專利名稱：光波導(dǎo)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光波導(dǎo)，更詳細(xì)地說，涉及具有能夠減小其變形和存在于其中的應(yīng)力從而避免了雙折射的特殊摻雜劑分布的光波導(dǎo)。本發(fā)明還涉及制造這種光波導(dǎo)的方法。
光波導(dǎo)是一種適合于在縱方向上傳播光波、同時(shí)把這些光波限制在一定的橫截面范圍內(nèi)從而降低光波傳播損耗的傳輸路徑。通常，這種光波導(dǎo)包括芯子和表現(xiàn)出比該芯子的折射率低的折射率的包層。
為了制造這種光波導(dǎo)，普遍使用的是火焰水解淀積法，其中，在基片上順序地形成下包層、芯層和上包層。
根據(jù)火焰水解淀積法，通過利用氧和氫火焰使諸如SiCl4，GeCl4，POCl3，BCl3等等化學(xué)物質(zhì)氧化和水解，在基片上淀積粉塵。然后，在燒結(jié)爐中在高溫下把淀積的粉塵燒結(jié)，以便獲得透明的二氧化硅薄膜。


圖1圖解說明這樣一種狀態(tài)，其中，用于按照傳統(tǒng)方法制造光波導(dǎo)的硅基片由于該硅基片和在該硅基片上形成的下包層之間的熱膨脹系數(shù)的差別以及所述下包層的玻璃化(glassification)溫度而變形。
通常，硅基片110的熱膨脹系數(shù)高于在其上面形成的下包層120的熱膨脹系數(shù)。由于這種熱膨脹系數(shù)差異的緣故，在下包層120經(jīng)高溫?zé)Y(jié)之后又冷卻的工藝過程中，硅基片110和下包層120變形，如圖1中所示。當(dāng)在上述變形的基片110上形成芯層130時(shí)，該芯層由于基片110的變形而變形。此外，芯層130中保存著殘余應(yīng)力。由于芯層130的變形的緣故，可能在光刻過程中形成不均勻的波導(dǎo)圖案。存在于芯層130中的殘余應(yīng)力使誘發(fā)的雙折射導(dǎo)致波導(dǎo)通路中的光信號(hào)在橫電(TE)極化模式和橫磁(TM)極化模式之間變化。結(jié)果，可能使最后輸出的光信號(hào)畸變。
為了減小這種誘發(fā)的雙折射，已經(jīng)提出了許多方法。一種方法是形成不對(duì)稱的應(yīng)力釋放槽。另一種方法是在包層薄膜上淀積應(yīng)力施加構(gòu)件。已經(jīng)提出了再一種方法，其中，在基片和下包層之間插入緩沖層。
第一種方法應(yīng)當(dāng)使用蝕刻工藝，而第二種方法需要在所述包層薄膜的整個(gè)部分上或者在包層薄膜的中間部分上形成由硅或者Si4N4構(gòu)成的附加的應(yīng)力施加層。在利用緩沖層的情況下，應(yīng)當(dāng)使用淀積和燒結(jié)所述緩沖層的工藝。由于這些工藝步驟的緣故，處理時(shí)間變長(zhǎng)了，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種包括這樣的下包層的光波導(dǎo)所述下包層形成在硅基片上，同時(shí)用摻雜劑摻雜，以便減小硅基片和下包層之間的熱膨脹系數(shù)差異，并且降低下包層的玻璃化溫度，從而避免硅基片被變形并且減小存在的殘余應(yīng)力。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供制造所述光波導(dǎo)的方法。
按照一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種光波導(dǎo)，它包括基片；用摻雜劑摻雜的下包層，所述摻雜劑的含量在該下包層的厚度方向上連續(xù)地變化，使得該下包層呈現(xiàn)在其厚度方向上變化的折射率分布；以及在所述下包層上形成的芯層。
根據(jù)另一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種制造光波導(dǎo)的方法，該方法包括以下步驟(a)在基片上淀積下包層，同時(shí)以這樣的方式連續(xù)地改變摻雜在下包層中的摻雜劑的劑量，使得該下包層呈現(xiàn)在其厚度方向上變化的折射率分布；以及(b)在所述下包層上形成芯層。
通過參考附圖詳細(xì)地描述其最佳實(shí)施例，本發(fā)明的上述目的和其它優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見，附圖中圖1是圖解說明這樣一種狀態(tài)的橫截面圖其中，用于按照傳統(tǒng)方法制造光波導(dǎo)的硅基片由于該硅基片和在該硅基片上形成的下包層之間的熱膨脹系數(shù)的差別以及所述下包層的玻璃化(glassification)溫度而變形；圖2是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的光波導(dǎo)的橫截面圖；以及圖3是描述按照本發(fā)明使用的摻雜劑的劑量和淀積時(shí)間之間的關(guān)系的曲線圖。
下面將描述根據(jù)本發(fā)明的光纖陣列光連接器和用來制造這種光纖陣列光連接器的方法的各個(gè)最佳實(shí)施例。
圖2是圖解說明按照本發(fā)明的光波導(dǎo)的橫截面圖。如圖2中所示，光波導(dǎo)包括基片210；淀積在所述基片210上的下包層220；以及淀積在所述下包層220上的芯層230。
根據(jù)本發(fā)明，在基片210上淀積下包層220，同時(shí)，按照這樣的方式用摻雜劑對(duì)所述下包層220進(jìn)行摻雜，使得摻雜劑的劑量在下包層的厚度方向上連續(xù)地變化，從而使下包層220具有在其厚度方向上變化的折射率。以這樣的方式使下包層220在其下部具有最大的摻雜劑含量，而在其上部具有最小的摻雜劑含量，使得它具有所需要的相對(duì)于芯層230折射率差值。另一種方法是，可以按照這樣的方式在多個(gè)淀積步驟中進(jìn)行下包層的淀積，使得摻雜劑含量朝著所述各淀積步驟中的后一個(gè)步驟逐漸減小，而在每一個(gè)淀積步驟中是均勻的。在這種情況下，下包層220以這樣的方式包含多個(gè)具有不同摻雜劑含量的緩沖層，使得每一個(gè)緩沖層的摻雜劑含量在該緩沖層的厚度方向上是均勻的。在具有上述結(jié)構(gòu)的下包層220上淀積芯層230。
眾所周知，出現(xiàn)在包括基片和形成在該基片上的下包層的光波導(dǎo)中的雙折射正比于基片和下包層之間熱膨脹系數(shù)的差值，并且正比于下包層的玻璃化(glassification)溫度和環(huán)境溫度的差值，如以下的表達(dá)式1所表示的[表達(dá)式1]B＝C×Δα×ΔT其中，“B”代表雙折射，“C”代表常數(shù)，“Δα”代表基片和下包層之間的熱膨脹系數(shù)差值，而“T”代表下包層的玻璃化(glassification)溫度和環(huán)境溫度的差值。
當(dāng)?shù)矸e下包層220的淀積過程中使用的摻雜劑的劑量增加時(shí)，最后得到的下包層呈現(xiàn)增加的熱膨脹系數(shù)，使得它呈現(xiàn)一種相對(duì)于硅基片210的減小的熱膨脹系數(shù)差值。下包層220還呈現(xiàn)一種降低的玻璃化溫度，使得玻璃化溫度和環(huán)境溫度之間的差值ΔT減小。因此，當(dāng)在淀積過程的起始階段增加使用的摻雜劑劑量時(shí)，有可能把淀積下包層220過程中硅基片210的變形和存在的殘余應(yīng)力減至最小。下包層220的與芯層230相鄰的部分還應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)一種與其剩余部分的折射率相比的降低的折射率，使得它的與芯層230相鄰的部分呈現(xiàn)一種所需要的相對(duì)于芯層230的折射率差值。為此目的，減小在淀積過程的最后階段中使用的摻雜劑劑量。這種方法不需要淀積任何單獨(dú)的緩沖層或者使用任何燒結(jié)工藝，因?yàn)?，下包?20能夠起緩沖層的作用。因此，按照這種方法，存在不增加制造成本的優(yōu)點(diǎn)。
通過以下步驟完成下包層220的淀積在多個(gè)淀積步驟中分別利用氧和氫火焰在硅基片210上淀積粉塵層，同時(shí)調(diào)整每一個(gè)淀積步驟中使用的摻雜劑劑量，以便使最后得到的的結(jié)構(gòu)在其厚度方向上具有所需要的折射率分布，然后在燒結(jié)爐中燒結(jié)所述最后得到的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)下包層220中的摻雜劑的含量增加時(shí)，下包層220的熱膨脹系數(shù)增大，從而使硅基片210和下包層220之間的熱膨脹系數(shù)差值減小。結(jié)果是使下包層220淀積過程中硅基片210的變形達(dá)到最小值。因此，最后得到的光波導(dǎo)能夠呈現(xiàn)一種減小的雙折射。此外，下包層220中增加的摻雜劑含量導(dǎo)致下包層220的玻璃化溫度的降低。結(jié)果是，下包層220的玻璃化溫度和環(huán)境溫度之間的差值ΔT減小了。因此，最后得到的光波導(dǎo)能夠呈現(xiàn)最小的雙折射。
為此，根據(jù)本發(fā)明，下包層220的淀積是在以下的條件下進(jìn)行的在淀積過程的初始階段，增加待摻雜到下包層220中的諸如BCl3或POCl3的摻雜劑的劑量，以便增加下包層220中摻雜劑的含量。為了使下包層220的與芯層230相鄰的部分呈現(xiàn)所需要的相對(duì)于芯層230的折射率差值，在淀積過程中調(diào)整摻雜劑的劑量。
就是說，按照本發(fā)明，下包層220在其厚度方向上具有所需要的這樣的組分分布，使得它在其下部分具有增加的摻雜劑含量，以便減小其相對(duì)于硅基片210的熱膨脹系數(shù)差值以及其玻璃化溫度和環(huán)境溫度之間的差值，同時(shí)，朝著其上部分具有逐漸降低的摻雜劑含量，以便在其鄰近芯層230的部分獲得所需要的相對(duì)于芯層的折射率差值。
圖3舉例說明在下包層220的淀積過程中使用的摻雜劑劑量的變化。圖3中，圖線31對(duì)應(yīng)于在下包層220的淀積過程中摻雜劑的劑量連續(xù)變化的情況。圖3的圖線32對(duì)應(yīng)于在下包層220的淀積過程中摻雜劑的劑量變化一次的情況，在下包層220的淀積過程中，利用不同的摻雜劑劑量進(jìn)行兩個(gè)淀積步驟，從而使下包層220具有包含一個(gè)緩沖層的雙層結(jié)構(gòu)。圖3的圖線33和34分別對(duì)應(yīng)于在下包層220的淀積過程中摻雜劑的劑量變化兩次和三次的情況，在下包層220的淀積過程中，利用不同的摻雜劑劑量進(jìn)行多個(gè)淀積步驟，從而使下包層220具有包含若干個(gè)緩沖層的多層結(jié)構(gòu)。
按照本發(fā)明以上述方式形成的下包層220在其鄰近硅基片210的部分、就是說在淀積過程的初始階段形成的部分、呈現(xiàn)高的熱膨脹系數(shù)和低的玻璃化溫度，同時(shí)，在其鄰近芯層230的部分、就是說在淀積過程的最后階段形成的部分、由于降低摻雜劑含量而呈現(xiàn)低的熱膨脹系數(shù)和高的玻璃化溫度。在利用磷來調(diào)整下包層220中的摻雜劑含量的場(chǎng)合，下包層220在其厚度方向上具有這樣的折射率分布，即，其折射率從其下部向其上部降低。另一方面，在利用硼來調(diào)整下包層220中的摻雜劑含量的場(chǎng)合，下包層220在其厚度方向上具有這樣的折射率分布，即，其折射率從其下部向其上部增加。當(dāng)然，在任何一種情況下，對(duì)下包層220中摻雜劑含量的調(diào)整的限度是在其上部分，下包層220呈現(xiàn)所需要的相對(duì)于芯層230的折射率差值。
從以上的描述可以明白，根據(jù)本發(fā)明，在以下條件下進(jìn)行下包層的淀積在淀積過程的起始階段，待摻雜到下包層中的摻雜劑劑量增加，以便提高下包層鄰近硅基片的部分中的摻雜劑含量。因此，下包層表現(xiàn)出相對(duì)于硅基片的降低的熱膨脹系數(shù)差值以及其玻璃化溫度和環(huán)境溫度之間的降低的差值。結(jié)果，有可能使硅基片在下包層的淀積過程中免于變形，同時(shí)把存在的殘留應(yīng)力減至最小。這樣，最后得到的光波導(dǎo)就不會(huì)表現(xiàn)出任何誘發(fā)的雙折射。
此外，借助于根據(jù)本發(fā)明在下包層的淀積過程中進(jìn)行的摻雜劑劑量調(diào)整，所述下包層在其厚度方向上具有所需要的組分分布。因此，與包含單獨(dú)的緩沖層的淀積過程的傳統(tǒng)方法相比，存在不需要淀積任何單獨(dú)的緩沖層或者使用任何燒結(jié)工藝的優(yōu)點(diǎn)。
雖然已經(jīng)參考其特定的實(shí)施例詳細(xì)地顯示和描述了本發(fā)明，但是，本專業(yè)的技術(shù)人員將明白，在不脫離后附的權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍的情況下，可以在其中的形式和細(xì)節(jié)方面實(shí)施各種各樣的變化。
權(quán)利要求
1.一種光波導(dǎo)，它包括基片；用摻雜劑摻雜的下包層，所述摻雜劑的含量在所述下包層的厚度方向上連續(xù)地變化，使得所述下包層呈現(xiàn)在其厚度方向上變化的折射率分布；以及在所述下包層上形成的芯層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光波導(dǎo)，其特征在于所述下包層具有包含緩沖層的多層結(jié)構(gòu)，所述各緩沖層以這樣的方式具有不同的摻雜劑含量，即，每一個(gè)緩沖層中的摻雜劑含量在該緩沖層的厚度方向上是均勻的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的光波導(dǎo)，其特征在于所述摻雜劑是磷或者硼。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的光波導(dǎo)，其特征在于所述摻雜劑是磷，使得所述下包層具有這樣的折射率分布，即，它表現(xiàn)出從其下部到其上部降低的折射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的光波導(dǎo)，其特征在于所述摻雜劑是硼，使得所述下包層具有這樣的折射率分布，即，它表現(xiàn)出從其下部到其上部增加的折射率。
6.一種制造光波導(dǎo)的方法，所述方法包括以下步驟(a)在基片上淀積下包層，同時(shí)以這樣的方式連續(xù)地改變待摻雜到下包層中的摻雜劑的劑量，使得所述下包層表現(xiàn)出在其厚度方向上變化的折射率分布；以及(b)在所述下包層上形成芯層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述步驟(a)是這樣進(jìn)行的在所述下包層的所述淀積的起始階段使用增加的所述摻雜劑劑量，而在所述下包層的所述淀積的最后階段使用減少的所述摻雜劑劑量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述步驟(a)是按照多個(gè)淀積步驟進(jìn)行的，同時(shí)，以這樣的方式逐漸改變所述摻雜劑的劑量，使得所述下包層具有包含多個(gè)緩沖層的多層結(jié)構(gòu)。
全文摘要
公開一種具有特殊的摻雜劑分布的光波導(dǎo),所述摻雜劑分布能夠減小光波導(dǎo)的變形并且減小其中存在的殘留應(yīng)力,從而避免雙折射。還公開一種制造光波導(dǎo)的方法。該光波導(dǎo)包括:基片;用摻雜劑摻雜的下包層,該摻雜劑的含量在下包層的厚度方向上連續(xù)地變化,使得下包層呈現(xiàn)在其厚度方向上變化的折射率分布;以及在下包層上形成的芯層。
文檔編號(hào)G02B6/122GK1261157SQ0010110
公開日2000年7月26日 申請(qǐng)日期2000年1月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月18日
發(fā)明者宋永揮, 金泰勛, 鄭善太 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社