DE112016004854T5

DE112016004854T5 - Lichtwellenleitersubstrat

Info

Publication number: DE112016004854T5
Application number: DE112016004854.8T
Authority: DE
Inventors: Keiichiro Asai; Shoichiro Yamaguchi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2015-10-22
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2036-08-20
Also published as: DE112016004854B4; JPWO2017068847A1; US10746926B2; WO2017068847A1; US20180239090A1; JP6601982B2

Abstract

Ein Lichtwellenleitersubstrat 1 umfasst einen Lichtwellenleiter 9, der aus einem mehrschichtigen Film 4 aus einer Mehrzahl von optischen Materialfilmen 5, 6 ausgebildet ist und Endflächen aufweist, auf die Licht einfallen gelassen wird oder von denen Licht emittiert wird. Die Endfläche ist eine geätzte Oberfläche und auf der Endfläche ist eine Unebenheit 7 bereitgestellt, die einer Differenz der Ätzgeschwindigkeiten der optischen Materialfilme entspricht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lichtwellenleitersubstrat, das einen Lichtwellenleiter des Kanaltyps oder dergleichen umfasst.
STAND DER TECHNIK
Bei der Herstellung von optischen integrierten Schaltungen ist es zur Realisierung einer Verkleinerung und einer höheren Integration effektiv, ein Material mit einem hohen Brechungsindex für einen Kern eines Lichtwellenleiters zu verwenden. Da Ta₂O₅ ein Material mit einem hohen Brechungsindex und einer hohen Transparenz ist, ist es insbesondere möglich, einen Lichtwellenleiter mit einem geringen Verlust zu bilden (Nicht-Patentdokument 1). Ferner wurde die Form zum Verhindern eines wesentlichen Verlusts durch Einstellen der Struktur des Wellenleiters untersucht (Nicht-Patentdokument 2). Wenn ein Wellenleiter, der aus Ta₂O₅ hergestellt ist und einen geringen Verlust aufweist, realisiert wird, kann die Größe einer optischen integrierten Schaltung verglichen mit derjenigen beträchtlich kleiner gemacht werden, die unter Verwendung eines Lichtwellenleiters auf Siliziumoxidbasis realisiert wird. Ferner kann dann, wenn eine Schaltung mit einer hohen Integration realisiert wird, eine optische integrierte Schaltung mit einer verbesserten Funktion bereitgestellt werden.
DOKUMENTENLISTE

(Nicht-Patentdokument 1) „Optical Integrated circuits“ mit Nishihara, Haruna und Kurusu als Koautoren (überarbeitete Auflage), Seite 180, Ohmsha, Ltd.
(Nicht-Patentdokument 2) S. M. Lindecrantz et al., Applied Physics Letters, 74 (1999), Seite 2370

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wenn der Brechungsindex eines Kerns eines Lichtwellenleiters höher ist, wird die Reflexion an einem Endteil des Wellenleiters beträchtlicher, so dass die Durchlassmenge vermindert wird. Zum Verhindern der Reflexion an dem Endteil des Wellenleiters wird an dem Endteil des Lichtwellenleiters üblicherweise eine Antireflexionsbeschichtung ausgebildet. Normalerweise wird der Endteil einem Polieren an dessen Endfläche unterzogen und die Antireflexionsbeschichtung wird auf der Endfläche ausgebildet. Wenn jedoch versucht wird, eine komplexe optische integrierte Schaltung herzustellen, ist es erforderlich, Endabschnitte einer Mehrzahl von Wellenleitern parallel zueinander zu machen, so dass die Endflächen der Wellenleiter ausgerichtet sind. Dieses Erfordernis beschränkt die freie Gestaltung von optischen Schaltungen. Ferner ist es in dem Fall, bei dem die Endabschnitte der Lichtwellenleiter so positioniert sind, dass eine Mehrzahl der Endflächen nicht parallel zueinander ausgerichtet ist, erforderlich, die Endflächen polygonal zu polieren und Antireflexionsbeschichtungen auf den jeweiligen Endflächen zu bilden. Dies erfordert einige schwierige Verarbeitungsschritte.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, in einem Lichtwellenleitersubstrat, das einen Lichtwellenleiter umfasst, der aus einem optischen Material zusammengesetzt ist, eine Struktur zum Verhindern einer Reflexion an einer Endfläche der Einfallsseite oder Emissionsseite des Lichtwellenleiters bereitzustellen, ohne dass eine Antireflexionsbeschichtung auf der Endfläche bereitgestellt werden muss.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Lichtwellenleitersubstrat bereit, das einen Lichtwellenleiter umfasst, wobei der Lichtwellenleiter einen mehrschichtigen Film umfasst, der eine Mehrzahl von optischen Materialfilmen umfasst, wobei der Lichtwellenleiter ferner eine Endfläche umfasst, in die Licht einfällt oder von der das Licht emittiert wird;
wobei mindestens die Endfläche eine geätzte Oberfläche umfasst; und
wobei die Endfläche eine Unebenheit umfasst, die einer Differenz von Ätzgeschwindigkeiten der optischen Materialfilme entspricht.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleitersubstrats bereit; wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Bereitstellen eines Lichtwellenleiters, der einen mehrschichtigen Film umfasst, der eine Mehrzahl von optischen Materialfilmen umfasst, wobei der Lichtwellenleiter eine Endfläche umfasst, in die Licht einfällt oder von der Licht emittiert wird; und
Ätzen der Endfläche zum Bereitstellen einer Unebenheit auf der Endfläche, die eine Differenz von Ätzgeschwindigkeiten der optischen Materialfilme wiedergibt.

Die vorliegenden Erfinder haben Untersuchungen zur Bildung eines Lichtwellenleiters durch einen mehrschichtigen Film durchgeführt, in dem viele optische Materialflme laminiert sind. Dann ist es erforderlich, eine Antireflexionsbeschichtung an Endflächen des mehrschichtigen Films zu bilden, da die Reflexion von Licht festgestellt wird. Die Erfinder haben jedoch versucht, die Bedingung des Filmbildens während der Bildung des mehrschichtigen Films in einer geeigneten Weise zu verändern und dessen Endflächen einem Nassätzen zu unterziehen. Als Ergebnis wird gefunden, dass die Unebenheit auf der Endfläche des mehrschichtigen Films aufgrund einer Differenz von Ätzgeschwindigkeiten der optischen Materialfilme, die den mehrschichtigen Film bilden, gebildet wird. Es wird ferner gefunden, dass die Unebenheit als eine Art von Mottenaugenstruktur zum Verhindern der Reflexion an den Endflächen wirkt, und zwar in dem Fall, bei dem Licht in den Lichtwellenleiter eingestrahlt wird, in dem die Unebenheit auf der Endfläche ausgebildet ist. Die vorliegende Erfindung wurde auf diese Weise gemacht.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansicht, die schematisch ein Lichtwellenleitersubstrat 1 einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine Vorderansicht, die schematisch das Lichtwellenleitersubstrat 1 von 1 zeigt.
3 ist eine Draufsicht, die schematisch das Lichtwellenleitersubstrat 1 von 1 zeigt.
4 ist eine Seitenansicht, die schematisch den Zustand zeigt, bei dem eine Mehrzahl von Lichtwellenleitern auf einem Trägerkörper 2 ausgebildet ist.
5(a) ist eine Draufsicht, die eine Oberfläche des Trägerkörpers 2 zeigt, 5(b) ist eine Seitenansicht, die den Trägerkörper 2 zeigt, und 5 (c) zeigt den Zustand, bei dem eine Plattierungsschicht 3 auf dem Trägerkörper 2 bereitgestellt ist.
6 ist eine Seitenansicht, die den Zustand zeigt, bei dem ein mehrschichtiger Film auf der Plattierungsschicht 3 ausgebildet ist.
7(a) ist eine Draufsicht, die den Zustand zeigt, bei dem eine Maske 16 auf einem mehrschichtigen Film 14 bereitgestellt ist, und 7(b) ist eine Seitenansicht, die den Zustand zeigt, bei dem die Maske 16 auf dem mehrschichtigen Film 14 bereitgestellt ist.
8(a) ist eine Draufsicht, die den Zustand zeigt, bei dem ein Lichtwellenleiter des Rippentyps 9 auf einem mehrschichtigen Film 18 ausgebildet ist, und 8(b) ist eine Seitenansicht, die den Zustand zeigt, bei dem der Lichtwellenleiter des Rippentyps 9 ausgebildet ist.
9(a) ist eine Draufsicht, die Positionen des Ätzens auf einer Endfläche jeder Vorrichtung in einem mehrschichtigen Film 20 zeigt, in dem der Lichtwellenleiter des Rippentyps 9 ausgebildet ist, und 9(b) ist eine Seitenansicht, die den Zustand zeigt, bei dem der Lichtwellenleiter des Rippentyps 9 in dem mehrschichtigen Film ausgebildet ist.
10(a) ist eine Draufsicht, die Positionen auf einer Endfläche jeder Vorrichtung in dem mehrschichtigen Film 20 zeigt, bei denen der Lichtwellenleiter des Rippentyps 9 ausgebildet ist, und 10(b) ist eine Seitenansicht, die den Zustand zeigt, bei dem der Lichtwellenleiter des Rippentyps 9 in dem mehrschichtigen Film 20 ausgebildet ist und der Trägerkörper 2 und die Plattierungsschicht 3 mit einem Schutzfilm bedeckt sind.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Gemäß eines Beispiels der 1 bis 3 ist ein mehrschichtiger Film 4 auf einer oberen Fläche 2a eines Trägerkörpers 2 mittels einer Plattierungsschicht 3 bereitgestellt. 2c stellt eine Seitenfläche und 2b stellt eine Bodenfläche des Trägerkörpers 2 dar. Der mehrschichtige Film 4 wird durch abwechselndes Laminieren der optischen Materialfilme 5 und 6 gebildet, deren Herstellungsbedingungen voneinander verschieden sind. Die Endflächen 4a, 4b, 4c und 4d des mehrschichtigen Films 4 sind geätzte Flächen, in denen die Unebenheit 7 entsprechend einer Differenz der Ätzgeschwindigkeiten der optischen Materialschichten bereitgestellt ist. Insbesondere ist die Ätzgeschwindigkeit des optischen Materialfilms 6 relativ höher und die Ätzgeschwindigkeit des optischen Materialfilms 7 ist relativ niedriger. „d‘“ stellt eine Stufenhöhe der Unebenheit 7 dar.
Wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, ist z.B. ein Paar von Rippenrillen 8 in der optischen Materialschicht 4 ausgebildet und ein Lichtwellenleiter des Rippentyps 9 ist zwischen den Rippenrillen 8 ausgebildet. Licht wird durch eine Endfläche 9a auf der Einfallsseite in den Lichtwellenleiter 9 einfallen gelassen, breitet sich in dem Lichtwellenleiter 9 gemäß dem Pfeil A aus und emittiert von einer Endfläche 9b auf der Emissionsseite. Da jede der Endflächen 9a und 9b einen Teil der Endfläche 4a oder 4b bildet, wird die Unebenheit 7 entsprechend der Differenz der Ätzgeschwindigkeiten der optischen Materialfilme 5 und 6 bereitgestellt.
Ein Beispiel von 4 zeigt ein Beispiel, in dem eine Mehrzahl von mehrschichtigen Filmen 4 auf einer oberen Fläche 2a eines Trägerkörper 2 ausgebildet ist. Obwohl die Anzahl der mehrschichtigen Filme 4 in der 4 zwei beträgt, kann die Anzahl der mehrschichtigen Filme selbstverständlich in einer geeigneten Weise ausgewählt werden.
Eine Plattierungsschicht 3 ist auf der oberen Fläche 2a des Trägerkörpers 2 bereitgestellt und eine Mehrzahl der mehrschichtigen Filme 4 ist auf der Plattierungsschicht 3 mittels eines Schutzfilms 10 bereitgestellt. In dem Fall, bei dem die Plattierungsschicht 3 aus einem Material hergestellt ist, das während des Nassätzverfahrens bezüglich eines Ätzens sensibel ist, ist es bevorzugt, den Schutzfilm 10 darauf bereitzustellen, um das Ätzen der Plattierungsschicht 3 zu vermeiden.
Jeder der mehrschichtigen Filme 4 wird durch abwechselndes Laminieren der optischen Materialschichten 5 und 6 gebildet, deren Herstellungsbedingungen unterschiedlich sind. Jede der Endflächen 4a und 4b jedes mehrschichtigen Films 4 ist aus einer geätzten Oberfläche zusammengesetzt, in der eine Unebenheit entsprechend der Differenz der Ätzgeschwindigkeiten der optischen Materialschichten 5 und 6 bereitgestellt ist. Insbesondere ist die Ätzgeschwindigkeit der optischen Materialschicht 6 relativ hoch und die Ätzgeschwindigkeit der optischen Materialschicht 5 ist relativ niedrig, „d“ stellt die Höhe der Unebenheit 7 dar. Ein Raum 30 ist zwischen den benachbarten mehrschichtigen Filmen 4 bereitgestellt. Obwohl jeder der mehrschichtigen Filme 4 als Lichtwellenleiter des Plattentyps verwendet werden kann, ist es bevorzugt, einen Lichtwellenleiter des Kanaltyps zu bilden, wie er in den 2 und 3 gezeigt ist.
Dann werden der Trägerkörper 2 und die Plattierungsschicht 3 entlang des Raums 30 der benachbarten mehrschichtigen Filme 4 gemäß der gestrichelten Linie 29 geschnitten, so dass die jeweiligen Vorrichtungen getrennt werden.
Nachstehend wird ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleitersubstrats beschrieben.
Wie es in den 5(a) und 5(b) gezeigt ist, wird ein Trägerkörper 2 hergestellt. Das spezifische Material des Trägerkörpers ist nicht speziell beschränkt und umfasst Lithiumniobat, Lithiumtantalat, AIN, SiC, ZnO, ein Glas, wie z.B. Quarzglas, synthetischen Quarz, einen Quarzkristall, Si und dergleichen.
Die Dicke des Trägerkörpers kann im Hinblick auf die Handhabung 250 µm oder größer und im Hinblick auf die Verminderung der Größe 1 mm oder kleiner sein.
Dann wird, wie es in der 5(c) gezeigt ist, die Plattierungsschicht 3 auf dem Trägerkörper 2 ausgebildet. In dem Fall, bei dem die Plattierungsschicht bereitgestellt ist, kann das Austreten des sich ausbreitenden Lichts in den Trägerkörper durch Verdicken der Plattierungsschicht vermindert werden. Diesbezüglich kann die Dicke der Plattierungsschicht vorzugsweise 0,5 µm oder größer sein.
Ferner kann auf dem mehrschichtigen Film des Lichtwellenleitersubstrats zusätzlich eine obere Plattierungsschicht bereitgestellt werden. Eine solche Plattierungsschicht und obere Plattierungsschicht sind aus einem Material hergestellt, dessen Brechungsindex niedriger ist als derjenige des mehrschichtigen Films. Die Schichten können z.B. aus Siliziumoxid, Tantaloxid oder Zinkoxid ausgebildet werden. Ferner kann die Plattierungsschicht oder obere Plattierungsschicht zum Einstellen des Brechungsindex dotiert werden. Solche Dotierstoffe umfassen P, B, Al und Ga.
Dann wird, wie es in der 6 gezeigt ist, der mehrschichtige Film 14 auf der Plattierungsschicht 3 gebildet. Der mehrschichtige Film 14 ist aus einer Mehrzahl der optischen Materialschichten 5 und 6 zusammengesetzt. 14a und 14b stellen die jeweiligen Endflächen dar.
Als Verfahren zur Bildung des mehrschichtigen Films können CVD, Sputtern und ionenunterstützte Gasphasenabscheidungsverfahren genannt werden und ein ionenunterstütztes Gasphasenabscheidungsverfahren ist im Hinblick auf die Steuerbarkeit der Ätzgeschwindigkeiten bevorzugt.
Optische Materialien zur Bildung des mehrschichtigen Films können aus optischen Materialien, einschließlich Zinkoxid, Tantaloxid, Lithiumniobat, Lithiumtantalat, Titanoxid, Aluminiumoxid, Niobpentoxid, Magnesiumoxid und dergleichen, ausgewählt werden. Ferner kann der Brechungsindex der optischen Materialschicht vorzugsweise 1,7 oder höher und vorzugsweise 2 oder höher sein.
In dem optischen Material, das den mehrschichtigen Film bildet, kann ein Seltenerdelement enthalten sein. Das Seltenerdelement kann vorzugsweise Nd, Er, Tm, Ho, Dy oder Pr sein.
Obwohl die Gesamtdicke des mehrschichtigen Films nicht speziell beschränkt ist, kann sie im Hinblick auf die Verminderung des Ausbreitungsverlusts des Lichts 0,5 bis 3µm betragen.
Dabei können durch Ändern der Herstellungsbedingungen der jeweiligen optischen Materialfilme, die den mehrschichtigen Film bilden, die Ätzgeschwindigkeiten der jeweiligen optischen Materialfilme in dem Schritt des Ätzens der Endfläche voneinander verschieden gemacht werden.
Insbesondere werden die Herstellungsbedingungen zur Einstellung der Ätzgeschwindigkeiten der jeweiligen optischen Materialfilme wie folgt verändert. Insbesondere werden der Strahlstrom und die Strahlspannung einer lonenquelle während der ionenunterstützten Gasphasenabscheidung zur Einstellung der Ätzgeschwindigkeiten verändert. Wenn der Strahlstrom und die Strahlspannung höher sind, wird die Ätzgeschwindigkeit niedriger.
Beispielsweise beträgt in dem Fall von Ta₂O₅ die Ätzgeschwindigkeit des optischen Materialfilms 5 etwa 0,7 nm/s und die Ätzgeschwindigkeit des optischen Materialfilms 6 beträgt etwa 13 nm/s. Als Messverfahren wird diese auf der Basis der Abmessungen der Vorrichtung vor und nach dem Ätzen und einer Untersuchung des Querschnitts mittels eines Rasterelektronenmikroskops (SEM) nach dem Spalten berechnet.
Die Stufenhöhe „d“ der Unebenheit auf der Endfläche des mehrschichtigen Films wird auf der Basis der gewünschten Reflexionseigenschaften in einer geeigneten Weise gestaltet. Beispielsweise kann „d“ zum Vermindern der Reflexion bezüglich Licht mit einer Wellenlänge von 400 bis 800 nm vorzugsweise 20 nm oder größer und mehr bevorzugt 100 nm oder größer sein. Ferner kann „d“ vorzugsweise 800 nm oder kleiner und mehr bevorzugt 400 nm oder kleiner sein.
Obwohl der mehrschichtige Film als Lichtwellenleiter des Plattentyps verwendet werden kann, wird in dem mehrschichtigen Film vorzugsweise ein Lichtwellenleiter des Kanaltyps gebildet. Der Lichtwellenleiter des Kanaltyps ist nicht auf einen Lichtwellenleiter des Rippentyps beschränkt und kann ein Lichtwellenleiter des Protonenaustauschtyps oder des Metalldiffusionstyps sein.
Beispielsweise wird, wie es in den 7(a) und 7(b) gezeigt ist, eine Maskenmaterialschicht zur Bildung eines Lichtwellenleiters auf dem mehrschichtigen Film 14 gebildet. Dann wird die Maskenmaterialschicht zum Erhalten einer Maske 16 zur Bildung eines Lichtwellenleiters des Rippentyps strukturiert. Öffnungen 17 zur Bildung von Rippenrillen werden an vorgegebenen Positionen in der Maske 16 gebildet.
Die Oberfläche des mehrschichtigen Films 14 wird dann zur Bildung der Rippenrillen in einem mehrschichtigen Film 18 verwendet, wie es in den 8(a) und 8(b) gezeigt ist. Der Lichtwellenleiter des Rippentyps 9 ist zwischen einem Paar der Rippenrillen ausgebildet.
Als Material der Maskenmaterialschicht können Cr, Ni, Ti, Al, Wolframsilizid und dergleichen oder der mehrschichtige Film davon genannt werden.
Ferner können als Verfahren zum Ätzen der Maskenmaterialschicht oder des mehrschichtigen Films ein Trockenätzen und ein Nassätzen genannt werden.
Das Trockenätzen umfasst z.B. ein reaktives lonenätzen oder dergleichen und eine Gasspezies umfasst Gasspezies auf Fluorbasis oder Chlorbasis.
Das Nassätzen umfasst z.B. ein Nassätzen auf Flusssäure- oder TMAH-Basis.
In dem in der 8 gezeigten Zustand ist eine vorgegebene Anzahl von Chips für Lichtwellenleitersubstrate auf einem Trägerkörper 2 ausgebildet. Dann wird der Trägerkörper in die jeweiligen Chips geschnitten, die jeweils eine Form aufweisen, die in den 1 bis 3 gezeigt ist. Jeder Chip wird dann einer Ätzbehandlung unterzogen, so dass die Endfläche 18a jedes mehrschichtigen Films 18 der Ätzbehandlung zur Bildung der Unebenheit 7 unterzogen wird.
Als eine solche Ätzbehandlung kann ein geeignetes Ätzverfahren oder ein angewandtes Gas oder Mittel abhängig von den jeweiligen Materialien in einer geeigneten Weise ausgewählt werden. Beispielsweise handelt es sich vorzugsweise um ein Nassätzen unter Verwendung von Flusssäure. In dem Fall von Ta₂O₅ handelt es sich besonders bevorzugt um ein Nassätzen unter Verwendung von Flusssäure.
In dem Fall, bei dem viele Chips für Lichtwellenleitersubstrate auf dem Trägerkörper ausgebildet sind, wird dann, wenn die Endflächen der Chips nach dem Schneiden zu den Chips der Ätzbehandlung unterzogen werden, der Schritt der Ätzbehandlung schwierig. Folglich wird der Trägerkörper mit vielen Chips für Lichtwellenleitersubstrate nicht geschnitten und Rillen werden an vorgegebenen Positionen des mehrschichtigen Films gebildet, nur der mehrschichtige Film wird in Chipeinheiten aufgeteilt und Endflächen der jeweiligen mehrschichtigen Filme werden in dem Zustand geätzt, bei dem Endflächen bezüglich der Rillen freiliegen. In diesem Fall können viele Chips für Lichtwellenleitersubstrate gleichzeitig der Ätzbehandlung unterzogen werden, ohne diese zu schneiden, so dass die Produktivität verbessert werden kann.
Beispielsweise werden nach dem Bilden der Rippenrillen 8 in dem mehrschichtigen Film, wie es in den 9(a) und 9(b) gezeigt ist, Rillen 30 auf der Seite der oberen Fläche 20a des mehrschichtigen Films 20 gebildet. Jede Rille 30 wird jedoch so ausgebildet, dass sie sich in einer Richtung senkrecht zu der Rippenrille erstreckt. Ferner werden die Positionen und Abmessungen der Rillen 30 auf die Größen der Chips eingestellt, die schließlich erzeugt werden. Die benachbarten Rillen (Zwischenräume), die in der 4 gezeigt sind, werden dadurch gebildet, so dass die benachbarten mehrschichtigen Filme durch die Rillen aufgeteilt werden.
Die Endfläche jedes mehrschichtigen Films 20 wird auf dieser Stufe einem Ätzen unterzogen, so dass die Unebenheit entsprechend der Differenz der Ätzgeschwindigkeiten des optischen Materialfilms auf jeder Endfläche gebildet werden kann. Der Trägerkörper und die Plattierungsschicht werden z.B. entlang einer gestrichelten Linie 29, wie sie in der 4 gezeigt ist, entlang jeder Rille zum Erhalten jedes Chips geschnitten.
Ferner ist es in dem Fall, bei dem der Trägerkörper 2 und die Plattierungsschicht 3 aus einem Material wie z.B. Siliziumoxid hergestellt sind, das bezüglich eines Ätzens empfindlich ist, bevorzugt, dass die freiliegenden Flächen des Trägerkörpers und der Plattierungsschicht mit einem Schutzfilm bedeckt sind, der aus einem Material mit einer niedrigen Ätzgeschwindigkeit hergestellt ist. Beispielsweise werden gemäß eines Beispiels, das in der 10 gezeigt ist, die Bodenfläche 2b und die Endfläche 2c des Trägerkörpers 2 und die Plattierungsschicht 3 mit einem Schutzfilm 25 bedeckt.
Als Material für einen solchen Schutzfilm können Aluminiumoxid, Tantaloxid und dergleichen genannt werden und Aluminiumoxid ist im Hinblick auf die Beständigkeit gegen chemische Flüssigkeiten bevorzugt.
Ferner ist es, wie es in der 4 gezeigt ist, in dem Fall, bei dem eine Mehrzahl der mehrschichtigen Filme 4 entlang der Rillen 30 auf dem Trägerkörper 2 aufgeteilt wird, bevorzugt, das Ätzen des Trägerkörpers 2 und der Plattierungsschicht 3 zu verhindern, wenn die Endflächen der jeweiligen mehrschichtigen Filme 4 geätzt werden. Diesbezüglich ist es bevorzugt, eine optische Materialschicht 10 mit einer relativ niedrigen Ätzgeschwindigkeit zwischen dem mehrschichtigen Film 4 und dem Trägerkörper 2 (oder der Plattierungsschicht 3) zu bilden.
BEISPIELE
(Beispiel 1)
Das Lichtwellenleitersubstrat, das in den 1 bis 3 gezeigt ist, wurde gemäß dem Verfahren hergestellt, das unter Bezugnahme auf die 5 bis 8 beschrieben ist.
Ein y-geschnittenes Substrat aus LiTaO₃ wurde als der Trägerkörper 2 verwendet. Dann wurde die Plattierungsschicht 3 mit einer Dicke von 0,4 µm, die aus Aluminiumoxid hergestellt war, auf dem Trägerkörper 2 gebildet. Dann wurde der mehrschichtige Film 14 durch Laminieren der optischen Materialschichten 5 und 6, die jeweils aus Ta₂O₃ hergestellt sind, darauf gebildet. Wenn die optischen Materialschichten 5 und 6 gebildet wurden, wurden die Ionenunterstützungsbedingungen abwechselnd verändert. Insbesondere wurde zuerst die optische Materialschicht 5 einer Filmbildung von 100 nm bei stärkeren Unterstützungsbedingungen unterzogen und dann wurde die optische Materialschicht 6 einer Filmbildung von 100 nm bei schwächeren Unterstützungsbedingungen unterzogen. Die Filmbildungsverfahren wurden abwechselnd 12 Mal wiederholt. 100 nm der optischen Materialschicht 5 wurden als oberste Schicht bei den starken Unterstützungsbedingungen zur Bildung des mehrschichtigen Films mit einer Gesamtdicke von 2,5 µm gebildet.
Die lonenunterstützungsbedingungen waren wie folgt.

Starke Unterstützungsbedingungen: 1300 V und 1300 mA
Schwache Unterstützungsbedingungen: 500 V und 500 mA

Dann wurde der Lichtwellenleiter des Rippentyps mittels Photolithographie strukturiert und die Rippenrillen 8 wurden durch Trockenätzen gebildet (8). Insbesondere wurde ein Aluminiumfilm (Dicke von 100 nm) als Maskenmaterialfilm gebildet und die Öffnungen 17 für die Rippenrillen wurden mittels Photolithographie gebildet. Danach wurden die Rippenrillen 8 mit einer Tiefe von 1,5 µm in dem mehrschichtigen Film 14 durch ein Trockenätzen auf Fluorbasis zur Bildung des Lichtwellenleiters des Rippentyps 9 gebildet. Die Linienbreite der Photomaske wurde so eingestellt, dass die Breite des Rippenabschnitts 3 µm betrug. Während des anschließenden Ätzschritts wurde die Richtung der Ausbreitung von Licht in dem Wellenleiter identisch mit der x-Achse des Kristalls eingestellt, um das Ätzen des darunterliegenden Trägerkörpers 2 zu verhindern.
Dann wurde der resultierende Körper so in die jeweiligen Chips des Lichtwellenleitersubstrats geschnitten, dass die Länge jedes Wellenleiters 10 mm betrug, und die jeweiligen Endflächen der Chips wurden einem optischen Polieren unterzogen.
Die jeweiligen Chips wurden einem Nassätzen für 13 Sekunden in Flusssäure (Konzentration 50 Prozent) unterzogen, so dass die Unebenheit auf den jeweiligen Endflächen der mehrschichtigen Filme gebildet wurde. Der Trägerkörper und Plattierungsschichten wurden nicht geätzt. Ferner wurde bei der Untersuchung der jeweiligen Endflächen festgestellt, dass die optischen Materialfilme 6, die bei den schwachen Unterstützungsbe-dingungen gebildet worden sind, um 162 nm vertieft waren, und die optischen Materialfilme 5, die bei den starken Unterstützungsbedingungen gebildet worden sind, um 9 nm vertieft waren, so dass die Stufenhöhe „d“ zwischen diesen 153 nm betrug.
Dann wurde rotes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 633 nm durch eine Linse kondensiert und auf die Endfläche des Lichtwellenleiters des Rippentyps einfallen gelassen. Die Kopplungseffizienz wurde bewertet und betrug 70 Prozent.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ein Lichtwellenleitersubstrat wurde wie im Beispiel 1 hergestellt. Es wurde jedoch nicht der Schritt des Ätzens der Endflächen des mehrschichtigen Films durch Flusssäure durchgeführt. Das Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm wurde auf den Lichtwellenleiter einfallen gelassen und die Kopplungseffizienz wurde bewertet und betrug 63 Prozent.
(Vergleichsbeispiel 2)
Nach der Herstellung des Lichtwellenleitersubstrats des Vergleichsbeispiels 1 wurden auf den jeweiligen Endflächen des Lichtwellenleiters Antireflexionsbeschichtungen gebildet. Das Licht mit einer Wellenlänge von 633 nm wurde auf den Lichtwellenleiter einfallen gelassen und die Kopplungseffizienz wurde bewertet und betrug 72 Prozent. Daher zeigt die Lichtwellenleiterstruktur der vorliegenden Erfindung Antireflexionseigenschaften, die mit dem Lichtwellenleiter vergleichbar sind, dessen Endflächen durch die Antireflexionsbeschichtungen bedeckt sind.
(Beispiel 2)
Das Lichtwellenleitersubstrat wurde gemäß dem Verfahren hergestellt, das unter Bezugnahme auf die 5, 6, 7, 8, 9, 10 und 4 beschrieben ist.
Als Trägerkörper 2 wurde ein y-geschnittenes Substrat aus LiTaO₃ verwendet. Eine Plattierungsschicht 3 mit einer Dicke von 0,4 µm, die aus Aluminiumoxid hergestellt war, wurde dann auf dem Trägerkörper 2 gebildet, und darauf wurde der mehrschichtige Film 14 gebildet, in dem die optischen Materialfilme 5 und 6 laminiert sind. Wenn die jeweiligen optischen Materialschichten 5 und 6 gebildet wurden, wurden die lonenunterstützungsbedingungen abwechselnd verändert. Insbesondere wurde zuerst der optische Materialfilm 5 einer Filmbildung von 100 nm bei den starken Unterstützungsbedingungen unterzogen und dann wurde die optische Materialschicht 6 einer Filmbildung von 100 nm bei den schwachen Unterstützungsbedingungen unterzogen. Die Filmbildungsverfahren wurden abwechselnd 12 Mal wiederholt und 100 nm des optischen Materialfilms 5 wurden schließlich als oberster Film gebildet. Der mehrschichtige Film mit einer Gesamtdicke von etwa 2,5 µm wurde auf diese Weise gebildet.
Die lonenunterstützungsbedingungen waren wie folgt.

Dann wurde der Lichtwellenleiter des Rippentyps mittels Photolithographie strukturiert und die Rippenrillen wurden durch Trockenätzen gebildet (8). Insbesondere wurde ein Aluminiumfilm (Dicke von 100 nm) als Maskenmaterialfilm gebildet und die Öffnung 17 für die Rippenrillen wurde mittels Photolithographie bereitgestellt. Danach wurden die Rippenrillen 8 jeweils mit einer Tiefe von 1,5 µm in dem mehrschichtigen Film 14 durch ein Trockenätzen auf Fluorbasis zur Bildung des Lichtwellenleiters des Rippentyps 9 gebildet. Die Linienbreite der Photomaske wurde so eingestellt, dass die Breite des Rippenabschnitts 3 µm betrug. Die Ausbreitungsrichtung in dem Lichtwellenleiter wurde identisch mit der x-Achse des Kristalls eingestellt, so dass der darunterliegende Trägerkörper 2 während des anschließenden Ätzschritts kaum geätzt wird.
Dann wurde die aus Aluminiumoxid hergestellte Maskenmaterialschicht auf dem mehrschichtigen Film ausgebildet und die Rillen 30 wurden in dem mehrschichtigen Film mittels Photolithographie gebildet (9). D.h., die Rillen 30, die jeweils eine Tiefe von 2,4 µm aufweisen, wurden in dem mehrschichtigen Film durch ein Ätzen auf Fluorgasbasis so gebildet, dass der optische Materialfilm 5 eine Dicke von 0,1 µm aufwies. In dem Fall, bei dem die Genauigkeit der Verarbeitung gering ist, kann die Tiefe der Rillen bis zu einer geringen Tiefe von 2,3 µm ausgebildet werden.
Danach wurde ein Schutzfilm 25 aus Mo mit einer Dicke von 200 um auf den Boden- und Seitenflächen des Trägerkörpers 2 gebildet, so dass der in der 10 gezeigte Zustand erhalten wurde. Danach wurde der Trägerkörper für 13 Sekunden in Flusssäure (Konzentration 50 Prozent) nassgeätzt, so dass die Unebenheit auf den jeweiligen Endflächen jedes mehrschichtigen Films gebildet wurde. Es wurde gezeigt, dass der Trägerkörper und die Plattierungsschicht nicht geätzt worden sind.
Ferner zeigte die Untersuchung der jeweiligen Endflächen, dass der optische Materialfilm 6, der bei den schwachen Unterstützungsbedingungen gebildet worden ist, um 160 nm vertieft war, und die optische Materialschicht 5, die bei den starken Unterstützungsbedingungen gebildet worden ist, um 9 nm vertieft war und deren Stufenhöhe „d“ 151 nm betrug.
Die benachbarten mehrschichtigen Filme wurden dann entlang der Rillen in Chips geschnitten. Die Endflächen der Chips wurden poliert, so dass die jeweiligen Lichtwellenleitersubstrate erhalten wurden.
Dann wurden die optischen Eigenschaften gemäß demselben Verfahren wie im Beispiel 1 bewertet. Die Kopplungseffizienz wurde durch Einstrahlen des Lichts mit einer Wellenlänge von 633 nm bewertet und betrug 68 Prozent.
(Vergleichsbeispiel 3)
Das Lichtwellenleitersubstrat wurde gemäß demselben Verfahren wie im Beispiel 2 hergestellt. Der Schritt des Ätzens der Endflächen des mehrschichtigen Films durch Flusssäure wurde jedoch nicht durchgeführt. Die Kopplungseffizienz wurde durch Einstrahlen des Lichts mit einer Wellenlänge von 633 nm bewertet und betrug 61 Prozent.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

S. M. Lindecrantz et al., Applied Physics Letters, 74 (1999), Seite 2370 [0002]

Claims

Lichtwellenleitersubstrat, das einen Lichtwellenleiter umfasst, wobei der Lichtwellenleiter einen mehrschichtigen Film umfasst, der eine Mehrzahl von optischen Materialfilmen umfasst, wobei der Lichtwellenleiter ferner eine Endfläche umfasst, in die Licht einfällt oder von der das Licht emittiert wird; wobei mindestens die Endfläche eine geätzte Oberfläche umfasst; und wobei die Endfläche eine Unebenheit umfasst, die einer Differenz von Ätzgeschwindigkeiten der optischen Materialfilme entspricht.
Lichtwellenleitersubstrat nach Anspruch 1, bei dem der Lichtwellenleiter einen Lichtwellenleiter des Kanaltyps umfasst.
Lichtwellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, der ferner einen Trägerkörper und eine Plattierungsschicht umfasst, die auf dem Trägerkörper bereitgestellt ist, wobei der Lichtwellenleiter auf der Plattierungsschicht bereitgestellt ist.
Lichtwellenleitersubstrat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die optischen Materialfilme, die den mehrschichtigen Film bilden, die gleiche Substanz umfassen; und wobei die Differenz der Ätzgeschwindigkeiten der optischen Materialfilme durch eine Differenz der Herstellungsbedingungen der optischen Materialfilme bereitgestellt wird.
Lichtwellenleitersubstrat nach Anspruch 4, wobei die Differenz der Herstellungsbedingungen der optischen Materialfilme eine Differenz bei den lonenunterstützungsbedingungen umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Lichtwellenleitersubstrats, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Lichtwellenleiters, der einen mehrschichtigen Film umfasst, der eine Mehrzahl von optischen Materialfilmen umfasst, wobei der Lichtwellenleiter eine Endfläche umfasst, in die Licht einfällt oder von der Licht emittiert wird; und Ätzen der Endfläche zum Bereitstellen einer Unebenheit auf der Endfläche, die einer Differenz der Ätzgeschwindigkeiten der optischen Materialfilme entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Lichtwellenleiter einen Lichtwellenleiter des Kanaltyps umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, das ferner den Schritt des Bereitstellens einer Plattierungsschicht auf einem Trägerkörper umfasst, wobei der mehrschichtige Film auf der Plattierungsschicht bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die optischen Materialfilme, die den mehrschichtigen Film bilden, die gleiche Substanz umfassen; und wobei die Differenz der Ätzgeschwindigkeiten der optischen Materialfilme durch eine Differenz der Herstellungsbedingungen der optischen Materialfilme bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Differenz der Herstellungsbedingungen der optischen Materialfilme eine Differenz bei den lonenunterstützungsbedingungen umfasst.