DE19919415A1 - Linsen-Faser-Kopplereinheit und Verfahren zum Herstellen der Einheit - Google Patents

Linsen-Faser-Kopplereinheit und Verfahren zum Herstellen der Einheit

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DE19919415A1
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Dean Tran
Ronald L Strijek
Edward A Rezek
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Abstract

Eine optische Koppeleinheit koppelt optische Energie zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Vorrichtung. Dies wird realisiert, indem die anisotropen Ätzcharakteristiken von III-V-Halbleitermaterialien verwendet werden, um einen Faserhalter mit einem Kanal zum genauen Positionieren einer Faser und zur genauen Ausrichtung auf eine Wellenleitereinheit bereitzustellen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Linsen-Faser- Kopplereinheit zum Koppeln von elektrischer Energie zwischen optischen Vorrichtungen und ein Verfahren zum Herstellen der­ selben unter Verwendung von photolithographischen Verfahren und der anisotropen Ätzcharakteristiken von III-V-Halbleitern.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In optischen Kommunikationssystemen sind kompakte und robuste optische Koppelsysteme für mikrooptische Vorrichtungen erfor­ derlich. Ein zunehmend beliebteres Verfahren für die Kopplung optischer Energie zwischen optischen Vorrichtungen und Systemen verwendet Fasern und mikrooptische Linsen. Fasern stellen ein gutes Übertragungsmedium zwischen optischen Vorrichtungen dar, indem sie für Verbesserungen beim Kopplungswirkungsgrad sorgen. Für einen erhöhten Kopplungswirkungsgrad sorgen mikrooptische Linsen, indem sie divergente optische Ausgangsenergie vom Ende einer optischen Faser fokussieren. Insbesondere findet faser­ optische Technologie wachsende Anwendung im Bereich der Telekommunikation.
Bei vielen dieser Anwendungen wird ein sehr hoher Kopplungswir­ kungsgrad zwischen optischen Bauteilen wie Detektoren, Laser­ dioden und optisch integrierten Schaltkreisen benötigt.
Obwohl viel Arbeit in die Herstellung von hochkopplungsfähigen Systemen gesteckt wurde, sind die meisten Koppeleinheiten nicht kompakt und eignen sich nicht zur Herstellung in großen Stück­ zahlen. Außerdem ziehen viele der im Fachgebiet bekannten Kop­ peleinheiten keinen Nutzen aus der Verwendung von Halbleiter- Mikrobearbeitungstechnologie, III-V-Halbleitermaterialien und Mikrooptiktechnologie. Einfache, kompakte und zuverlässige Koppelsysteme, die unter Verwendung von Massenfertigungstech­ niken hergestellt werden können, sind äußerst erwünscht.
Auf der Grundlage von im Fachgebiet bekannten Techniken für opto-elektronische Kopplungssysteme ist eine Linsen-Faser- Einheit zum Koppeln von Licht aus einem Wellenleiter in eine opto-elektronische Vorrichtung äußerst erwünscht.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine optische Kop­ peleinheit zum Koppeln von optischer Energie zwischen optischen Vorrichtungen bereitzustellen, die eine optische Vorrichtung mit einer Wellenleitereinrichtung zum Übertragen von optischer Ener­ gie; einen Substratwafer, der an die optische Vorrichtung an­ grenzt und eine Rille aufweist, die in einer Oberfläche dessel­ ben ausgebildet ist, wobei die Rille auf die Wellenleiterein­ richtung ausgerichtet ist; und eine in der Rille angeordnete optische Faser, die ein Eingangsende zum Aufnehmen der optischen Energie und ein Ausgangsende zum Fokussieren der optischen Energie aufweist, umfaßt.
Es ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren zum Herstellen einer optischen Koppeleinheit zum Koppeln von optischer Energie zwischen optischen Vorrichtungen bereitzu­ stellen. Das Verfahren umfaßt die Schritte: Bereitstellen einer optischen Vorrichtung mit einer Ausgangsfläche und einer Wellen­ leitereinrichtung zum Übertragen von optischer Energie; Bereit­ stellen eines Substratwafers mit einer Oberfläche und einer Ein­ gangsfläche; Beschichten der Substratwaferoberfläche mit einer Schicht Photolackmaterial; Backen des Substratwafers; selektives Ausrichten einer Maske an der Substratwaferoberfläche; Einer- Lichtquelle-Aussetzen der mit der Schicht Photolackmaterial überzogenen Substratwaferoberfläche, um eine Photolackmaske zu bilden; Entwickeln der Substratwaferoberfläche; selektives Ätzen der Substratwaferoberfläche, um eine Rille in dieser zu bilden; Entfernen der Photolackmaske und Reinigen der Substratwaferober­ fläche; Anbringen einer optischen Faser mit einem Eingangsende und einem Ausgangsende in der Rille des Substratwafers; Ausrich­ ten der Wellenleitereinrichtung auf die Rille; und Verbinden der Ausgangsfläche der optischen Vorrichtung mit der Eingangsfläche des Substratwafers.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird nun Bezug auf die folgende Beschreibung und die beige­ fügten Zeichnungen genommen, in denen:
Fig. 1 eine isometrische Darstellung der natürlichen Kristallebenen eines III-V-Halbleiterwafers ist;
Fig. 2 eine Darstellung der optischen Koppeleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 eine Seitenansichtsdarstellung der optischen Kop­ peleinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4a-4d eine Darstellung der Herstellungsschritte für den Halbleiterhalter gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
Fig. 5 eine Darstellung des Metallisierungsverfahrens des Halbleiterhalters gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 6 eine Darstellung der Faserhaltereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 7 eine Darstellung einer alternativen Ausführungs­ form der Faserhaltereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 8 eine Darstellung der geschliffenen Eingangsfläche der Faserhaltereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
Fig. 9 eine Darstellung einer alternativen Ausführungs­ form der geschliffenen Eingangsfläche der Faser­ haltereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Halbleiter-Mikrobearbeitungstechnologie tritt als neue Tech­ nik zum Herstellen von photonischen Systemen in großen Stückzah­ len und zu niedrigen Kosten hervor. Verbunden mit Mikrooptik bietet diese Technologie neue Verfahren zum Herstellen von opti­ schen Systemen in großen Stückzahlen und zu niedrigen Kosten.
Ein Verfahren zur Mikrobearbeitung von Halbleitern ist selekti­ ves chemisches Ätzen. Chemisches Ätzen von Halbleitermaterialien hängt stark von den Halbleiterkristallebenen ab. In III-V-Halb­ leitermaterialien enthält eine Oberfläche entweder Atome der Gruppe III oder Atome der Gruppe V. Diese Atome werden mit un­ terschiedlichen Geschwindigkeiten geätzt, was eine unterschied­ liche Struktur erzeugt. Die Wahl von Ätzmittel und Ätzbedingun­ gen bestimmt die Qualität der geätzten Oberfläche. Zur Veran­ schaulichung sind die verschiedenen Kristallebenen eines III-V- Halbleiterwafers 16 und die möglichen durch den Ätzprozeß er­ zeugten Strukturen 10, 11, 12, 13, 14 und 15 in Fig. 1 gezeigt. Die Ätzcharakteristiken von Halbleitermaterialien können verwen­ det werden, um eine Vielzahl von Mikrostrukturen zum Ausrichten und Halten von kleinen optischen Fasern zu bilden.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Einheit zum Koppeln von optischer Energie von einem Wellenleiter und zum Fokussieren der optischen Energie in einen optoelektro­ nischen Schaltkreis und auf ein Verfahren zum Herstellen der Einheit, wobei die Ätzcharakteristiken von III-V-Halbleitern und die Waferherstellungstechnologie verwendet werden.
Wie zuvor erwähnt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine optische Koppeleinheit und genauer auf eine Faser-Linsen- Kopplereinheit 20, die zwei kurze, sich verjüngende (mit einer Linse versehene) Ein-Moden-Fasern 22 umfaßt, die an einem Sub­ stratwaferhalter 24 befestigt sind, der aus III-V-Halbleiter­ material hergestellt ist, wobei die Substratwafereingangsfläche 26 an der Ausgangsfläche 28 eines Siliziumwellenleiters 30 mit dualem Ausgang ausgerichtet und an diesem befestigt ist, wie in Fig. 2 dargestellt. Die Faser-Linsen-Kopplereinheit 20 überträgt die Ausgabe 32 des vorzugsweise 8 Quadratmikrometer-Ein-Moden- Wellenleiters 30, welche bei der bevorzugten Ausführungsform ein Gaußscher Strahl im TEM 00-Modus mit einer Strahldivergenz von 110,22 Mikroradian ist, an einen Photodetektor 34 mit 25 Mikro­ metern. Die optischen Fasern 22 sind in U-förmigen Rillen 36 (siehe auch Fig. 5) angebracht, die auf einer Oberfläche 38 des Substratwafers 24 ausgebildet sind, wodurch eine Doppel-Faser­ einheit 46 gebildet wird. Die Rillen 36 sind um einen vorgegebe­ nen Abstand wie z. B. 750 µm voneinander beabstandet, um sich an dem Abstand der beiden Ausgangswellenleiter 40 in der Silizium­ wellenleiterstruktur 30 auszurichten. Die Ausgangsfläche 44 der Doppel-Fasereinheit 46 umfaßt die beiden als Linse ausgestalte­ ten optischen Faserenden 48, die auf etwa 10 Mikrometer verjüngt sind und den optischen Energieausgang 32 aus der Faser 22 auf das Detektorpaar 34 fokussieren. Wahlweise wird ein Aufsatz 42 an dem Substratwafer 24 befestigt, um die optischen Fasern 22 weiter zu sichern.
Um Rückreflektionen an dem Übergang 50 vom Wellenleiter zum Sub­ strat zu verringern, ist, wie in Fig. 3 gezeigt, die Eingangs­ fläche 26 der Doppel-Fasereinheit 46 in einem Winkel 52 von nä­ herungsweise 8° geschliffen, um zu der Ausgangsfläche 28 des Wellenleiters 30 zu passen, die ebenfalls in einem Winkel 54 von näherungsweise 8° geschliffen ist. Wegen des Schleifens läßt sich die Eingangsfläche 26 mit der Ausgangsfläche 28 verbinden, wodurch eine Grenzfläche mit physikalischem Kontakt erzeugt wird, an der Lufteinschlüsse an dem Übergang 50 nicht vorhanden sind.
Es ist klar, daß die Prinzipien der vorliegenden Erfindung zum Koppeln von optischer Energie aus einem Wellenleiter zu anderen Arten von optischen Vorrichtungen anwendbar ist. Es ist ferner klar, daß, obwohl die dargestellte Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung zwei Paare Wellenleiter/optische Faser be­ schreibt, die Einheit einen oder eine Reihe Wellenleiter und op­ tische Fasern, abhängig von den Erfordernissen der Anwendung, haben kann.
Zur Veranschaulichung wird ein Verfahren zum Herstellen der op­ tischen Koppeleinheit in den Fig. 4 bis 9 beschrieben und weiter dargestellt. Insbesondere, und unter Bezug auf die Zeich­ nungen, betreffen die ersten Schritte der Herstellung der opti­ schen Koppeleinheit, wie sie in den Fig. 4a bis 4d darge­ stellt sind, die Bildung des Halbleiter-Doppelfaserhalters 24.
Der Halter wird hergestellt, indem die bevorzugten kristallo­ graphischen Ätzcharakteristiken eines Halbleiterwafers ausge­ nutzt werden, wobei U-förmige Rillen in eine Oberfläche des Halbleiterwafers geätzt werden. Die unverwechselbaren Kristall­ ebeneneigenschaften eines III-V-Halbleitermaterials, wie in Fig. 1 dargestellt, erlauben das bevorzugte Ätzen eines Paars von U-förmigen Rillen in eine Oberfläche eines Halbleitersubstrat­ wafers. Die Rillen halten die optischen Fasern, die Teil der op­ tischen Kopplereinheit sind, und sorgen für eine Ausrichtung derselben. Die U-Form der Rille ist wichtig, weil die Halbkreis­ form mehr Oberflächenbereichkontakt zwischen der runden opti­ schen Faser und dem Halbleiterwaferhalter zuläßt, wodurch die Gesamtstabilität der optischen Kopplereinheit erhöht wird.
Der erste Schritt des Herstellungsverfahrens für die Rille be­ steht wie in Fig. 4a dargestellt im Überziehen einer Schicht Photolackmaterial 56 über die gesamte Oberfläche 34 des Indium­ phosphid (InP)-Substratwafers 24. Das bevorzugte Photolackmate­ rial 56 ist 2-Ethoxypyethylacetat (60%) und n-Butylacetat (5%) in Xylol und Hexamethyldisilozan (HDMS) und wird wegen seiner Eignung zur Verwendung bei einer Vielzahl von Ätztechniken be­ vorzugt. Der Indiumphosphid-Substratwafer 24 wird wegen seiner kristallographischen Ätzcharakteristiken gewählt. Es ist wichtig anzumerken, daß für den Substratwafer 24 und den Photolack­ überzug 56 andere Materialien verwendet werden können. Bei­ spielsweise kann der Substratwafer 24 jedes III-V-Halbleiterma­ terial sein und Galliumarsenid (GaAs), Indiumarsenid (InAs) und Galliumphosphid (GaP) umfassen. Das Photolack-Überzugsmaterial 56 kann 2-Ethoxyethylacetat + n-Butylacetat in Xylollösung, 2-Ethoxyethylacetat + n-Butylacetat in Xylol und Siliziumdioxid (SiO2), 2-Ethoxyethylacetat + n-Butylacetat in Xylol und Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumdioxid (SiO2) und komplexem Siliziumnitrid (SixNy) oder Aluminiumoxid (Al2O3) umfassen.
Nach dem Überziehen der Schicht Photolackmaterial 56 über die Oberfläche 34 des Substratwafers 24 wird der Substratwafer 24 bei einer Temperatur von näherungsweise 100°C und für eine Dauer von näherungsweise 45 Minuten weich gebacken, um jedes Lösungs­ mittel von dem Photolackmaterial 56 zu entfernen.
Als nächstes wird, wie in Fig. 4b dargestellt, eine Mustermaske 58 verwendet, um ein Rillenmuster 60 von der Maske 58 auf den Substratwafer 24 zu übertragen. Die Maske 58 wird an dem Sub­ stratwafer 24 ausgerichtet, und die Schicht Photolackmaterial 56 wird dann einer UV-Lichtquelle 62 durch die Maske 58 ausgesetzt, um das Rillenmuster 60 auf das Photolackmaterial 56 zu übertra­ gen. Als nächstes wird, wie in Fig. 4c dargestellt, die Schicht Photolackmaterial 56 von Fig. 4b entwickelt, um eine Photolack­ maske 64 auf der Oberfläche 34 des Substratwafers 24 zu bilden.
Nach den zuvor erwähnten Photolithographieschritten wird der Substratwafer 24 vorzugsweise in den nicht durch die Photolack­ maske 64 geschützten Bereichen geätzt, wie in Fig. 4d darge­ stellt, um ein Paar von U-förmigen Rillen 36 zu bilden. Dieser bevorzugte Ätzschritt wird mittels eines naßchemischen Ätzpro­ zesses vollzogen, bei dem das Substrat 24 unter Verwendung einer Lösung von K2Cr2O7 : HBr : H3CCOOH geätzt wird. Alternative naßchemi­ sche Ätzlösungen können umfassen: Brom : Methanol (Br2 : H3COH), Brom : Isopropanol (Br2 : H5C2OH), entionisiertes Wasser : Bromwasser­ stoffsäure : Essigsäure (H2O : HBr : H3CCOOH), entionisiertes Wasser : Kaliumdichromat : Schwefelsäure : Salzsäure (H2O : K2Cr2O7 : H2SO4 : HCl), Phosphorsäure : Salzsäure (H3PO4 : HCl), Phosphorsäure : Salzsäure : entionisiertes Wasser (H3PO4 : HCl : H2O), Phosphorsäure : Salzsäure : Wasserstoffperoxid (H3PO4 : HCl : H2O2, Eisenchlorid : Salzsäure (FeCl3 : HCl) unter Lichtbestrahlung, Kaliumperiodid : Salzsäure (KIO3 : HCl), Salzsäure : Essigsäure : Wasserstoffperoxid (HCl : Essigsäure : H2O2, Salzsäure : Wasserstoffperoxid : entionisier­ tes Wasser (HCl : H2O2 : H2O), Schwefelsäure : Wasserstoffperoxid : ent­ ionisiertes Wasser (H2SO4 : H2O2 : H2O), Zitronensäure : Wasserstoff­ peroxid : entionisiertes Wasser (Zitronensäure : H2O2 : H2O), Brom : Methanol (Br2 : CH3OH), Salpetersäure : Flußsäure : entionisiertes Wasser (HNO3 : HF : H2O) oder Wasserstoffperoxid : Ammoniumhydroxid : entionisiertes Wasser (H2O2 : NH4OH : H2O).
Nach dem Ätzen der Substratwaferoberfläche 24 zur Bildung der U-förmigen Rillen 36 wird die Photolackmaske 64 von der Ober­ fläche 34 des Substratwafers 24 entfernt. Die Oberfläche 34 des Substratwafers 24 wird mittels Aceton gereinigt. Danach wird das Aceton von der Oberfläche 34 des Substratwafers 24 mittels Isopropanol entfernt, und das Isopropanol wird mittels entioni­ siertem Wasser entfernt. Schließlich werden Oxide von der Ober­ fläche 34 mittels Kaliumhydroxid (KOH) entfernt, und Ätzrück­ stände werden von der Oberfläche 34 mittels einer Lösung von Schwefelsäure : Wasserstoffperoxid : entionisiertem Wasser (H2SO4 : H2O2 : H2O) entfernt.
Um die Haltereinheit zu vervollständigen, werden optische Fasern 22 mit dem Halbleiterwafer 24 in den auf der Halbleiterwafer­ oberfläche 34 gebildeten Rillen 36 verbunden. Die Faserverbin­ dung kann entweder durch Löten oder durch Epoxidharzkleben er­ folgen. Eine Verbindung durch Löten gemäß der vorliegenden Er­ findung erfordert die Metallisierung der optischen Faser 22 und des Halbleiterwaferhalters 24. Der Halbleiterwafer 24 wird wie in Fig. 5 dargestellt durch einen Sputterprozeß (Kathodenzer­ stäubung) metallisiert. Genauer wird eine Schicht 86 aus Titan (Ti) auf die gesamte Oberfläche des Substratwaferhalters 24 auf­ gedampft 92, eine Schicht 88 aus Platin (Pt) wird auf die Schicht 86 aus Titan aufgedampft, und eine Schicht 90 aus Gold (Au) wird auf die Schicht 88 aus Platin aufgedampft. Nach dem Metallisierungsprozeß werden die Metallschichten 86, 88 und 90 einer Standardlegierungsbehandlung unterzogen, um die Schichten für eihe bessere Adhäsion zu verbinden. Schließlich werden die metallisierten optischen Faser 22 mittels eutektischem (AuSn) Lötmittel 23 in den Rillen 36 befestigt, wobei das als Linse ge­ staltete Faserende 48 in der Nähe der Ausgangsfläche 44 der Faserhaltereinheit 46 liegt.
Wie zuvor erwähnt, können die optischen Fasern 22 alternativ durch Epoxidharzkleben befestigt werden. Für Epoxidharzkleben wird keine Metallisierung benötigt, die optischen Fasern 22 wer­ den mittels Epoxidharzmaterialien wie thermisch gehärtetem oder optisch ultraviolett (UV)-gehärtetem Epoxidharz direkt an dem Halbleiterhalter 24 befestigt.
Wahlweise kann, wie in Fig. 7 gezeigt, eine Abdeckung 42 an der Faserhaltereinheit 46 befestigt werden, um die optischen Fasern 22 zwischen dem Halbleiterwafer 24 und der Abdeckung 42 weiter zu sichern. Die Abdeckung 42 kann durch Verlöten oder durch die zuvor beschriebenen Epoxidharzklebeschritte an dem Halbleiter­ wafer 24 befestigt werden.
Nach der Befestigung der Faser wird die Faserhaltereinheit 46 selektiv geschliffen, um Rückreflektionen von optischer Energie, die von einem Wellenleiter in die Faserhaltereinheit 46 über­ geht, zu unterdrücken. Wie in Fig. 8 gezeigt, wird die Halter­ einheit 46 zusammengefügt, und die Eingangsfläche 26 der Faser­ haltereinheit 46 wird durch Läppen in einem Winkel von nähe­ rungsweise 8° geschliffen, was zu einer Verringerung von Rück­ reflektionen um näherungsweise 60 dB führt, wenn die Eingangs­ fläche 26 an die Ausgangsfläche eines Wellenleiters angefügt wird, wobei eine physikalische Verbindung ohne Lufteinschlüsse hergestellt wird. Eine Verringerung der Rückreflektion ist wich­ tig, weil ohne den winkligen Übergang zwischen dem Wellenleiter und der Haltereinheit ein Teil der übertragenen optischen Ener­ gie in seine Ursprungsquelle zurückreflektiert werden kann und die Fähigkeit der Quelle stören kann, wirksam optische Energie auszusenden. Der winklige Übergang erlaubt es, daß die optische Energie, die sonst in die Quelle zurückreflektiert worden wäre, von der optischen Energiequelle abgelenkt wird. Wahlweise können Rückreflektionen weiter durch Beschichten des Übergangs von Wel­ lenleiter-Ausgangsfläche und Faserhaltereinheit-Eingangsfläche mit einem Antireflektions(AR)-Überzug verringert werden.
Um den optischen Kopplungswirkungsgrad zwischen einem Wellenlei­ ter und der Faserhaltereinheit 46 weiter zu verbessern, kann die geschliffene Rückseite 26 der Faserhaltereinheit 46 wahlweise selektiv weggeätzt werden, um einen kleinen Teil des Eingangs­ endes 70 der optischen Faser wie in Fig. 9 gezeigt freizulegen. Das selektive Ätzen läßt zu, daß eine Kopplungsverbindung mit physikalischem Kontakt an dem Übergang vom Wellenleiter zur Faserhaltereinheit hergestellt werden kann, wodurch Rückreflek­ tionen verringert werden.
Zusätzlich kann eine erhöhte Kopplung und verringerte Rückre­ flektion durch Beschichten des Linsen-Faserendes 48 der Faser­ haltereinheit 46 mit einem Antireflektions(AR)-Überzug erzielt werden.
Schließlich wird die Faserhaltereinheit 46 wie in Fig. 2 gezeigt auf eine Wellenleiter-Ausgangsfläche 28 ausgerichtet und mit dieser verlötet oder mit Epoxidharz verklebt. Zur Lötbefestigung wird der optische Wellenleiter 30 mit TiPtAu und einem eutekti­ schen (AuSn) Standardlötmittel wie bei den vorigen Lötbefesti­ gungsschritten beschrieben metallisiert. Vor der Befestigung wird die Wellenleiter-Ausgangsfläche 28 wie in Fig. 3 darge­ stellt in einem Winkel von näherungsweise 8° geschliffen, um zu der geschliffenen Eingangsfläche 26 der Faserhaltereinheit 46 zu passen. Die Winkel-Winkel-Grenzfläche zwischen dem Wellenleiter 30 und der Faserhaltereinheit 46 verringert Rückreflektionen und ist eine Technik, die bei Übertragungsanwendungen mit hohen Qualitätsanforderungen üblicherweise verwendet wird.
Die mit Linsen versehene Faser-Koppeleinheit der bevorzugten Ausführungsform, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, wird durch eine Faserhaltereinheit 46, die unter Verwendung von III-V-Halblei­ terwafer-Herstellungstechnologie gestaltet wurde und durch mit Linsen versehene optische Fasern 22 dargestellt, die in den U-Rillen 36 des Halbleiterhalters 24 ausgerichtet und befestigt sind. Die Eingangsfläche 26 der Faserhaltereinheit 46 wird mit der Ausgangsfläche 28 einer Wellenleitereinheit 30 verbunden, wobei optische Energie 32 von dem Wellenleiter 30 in die opti­ sche Faser 22 übergeht und auf ein Paar Photodetektoren 34 fokussiert wird.
Angesichts der obigen Lehren sind natürlich viele Änderungen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung möglich. Es ist somit klar, daß die Erfindung im Rahmen der Ansprüche anders als oben genau beschrieben umgesetzt werden kann.

Claims (41)

1. Optische Koppeleinheit, mit:
einer optischen Vorrichtung (30) mit einer Wellenleiterein­ richtung (40) zum Übertragen von optischer Energie;
einem Substratwafer (24), der an die optische Vorrichtung (30) angrenzt und eine in einer Oberfläche desselben ausgebil­ dete Rille (36) aufweist, wobei die Rille (36) auf die Wellen­ leitereinrichtung (40) ausgerichtet ist; und
einer optischen Faser (22), die in der Rille (36) angeordnet ist und ein Eingangsende (70) zum Aufnehmen der optischen Ener­ gie und ein Ausgangsende (48) zum Fokussieren der optischen Energie hat.
2. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 1, bei der die optische Vorrichtung (30) und der Substratwafer (24) jeweils eine ge­ schliffene Fläche (28, 26) haben.
3. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 2, bei der die ge­ schliffene Fläche (26) der optischen Vorrichtung (30) in einem Winkel von näherungsweise 8° ausgebildet ist.
4. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 2, bei der die ge­ schliffene Fläche (26) des Substratwafers (24) in einem Winkel von näherungsweise 8° ausgebildet ist.
5. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 2, bei der die ge­ schliffene Fläche (26) des Substratwafers (24) an die geschlif­ fene Fläche (28) der optischen Vorrichtung (30) angrenzt.
6. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 2, bei der das Ein­ gangsende (70) der optischen Faser (22) so ausgerichtet ist, daß es mit der geschliffenen Fläche (26) des Substratwafers (24) zusammenfällt.
7. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 1, bei der der Sub­ stratwafer (24) ein III-V-Halbleitermaterial umfaßt, das Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP) oder Indiumarsenid (InAs) ist.
8. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 1, bei der die Rille (36) U-förmig ausgebildet ist.
9. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 1, bei der die optische Faser (22) eine Ein-Moden-Faser ist.
10. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 1, bei der die optische Faser (22) eine sich verjüngende optische Faser (22) ist.
11. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 10, bei der sich das Ausgangsende (48) der sich verjüngenden optischen Faser auf näherungsweise 10 Mikrometer verjüngt.
12. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 1, bei der das Ein­ gangsende (70) der optischen Faser (22) in einem Winkel von näherungsweise 8° geschliffen ist.
13. Optische Koppeleinheit nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Abdeckung (42), die an die Substratwaferoberfläche an­ grenzt, wodurch die optische Faser (22) zwischen der Abdeckung (42) und dem Substratwafer (24) angeordnet ist.
14. Verfahren zum Herstellen einer optischen Koppeleinheit, mit den Schritten:
Bereitstellen einer optischen Vorrichtung (30) mit einer Ausgangsfläche (28) und einer Wellenleitereinrichtung (40) zum Übertragen von optischer Energie;
Bereitstellen eines Substratwafers (24) mit einer Oberfläche und einer Eingangsfläche (26);
Beschichten der Substratwaferoberfläche (34) mit einer Schicht Photolackmaterial (56);
Backen des Substratwafers (24);
selektives Ausrichten einer Maske (58) an der Substratwafer­ oberfläche (34);
Einer-Lichtquelle-Aussetzen der mit einer Schicht Photolack­ material (56) überzogenen Substratwaferoberfläche (34), um eine Photolackmaske zu bilden;
Entwickeln der Substratwaferoberfläche (34);
selektives Ätzen der Substratwaferoberfläche (34), um eine Rille (36) in dieser zu bilden;
Entfernen der Photolackmaske und Reinigen der Substratwafer­ oberfläche (34);
Anbringen einer optischen Faser (22) mit einem Eingangsende (70) und einem Ausgangsende (48) in der Rille des Substrat­ wafers;
Ausrichten der Wellenleitereinrichtung (40) auf die Rille (36); und
Verbinden der Ausgangsfläche (28) der optischen Vorrichtung (30) mit der Eingangsfläche (26) des Substratwafers (24).
15. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend den Schritt des Schleifens der Ausgangsfläche (28) der optischen Vorrichtung in einem Winkel von 8°.
16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Bereit­ stellens des Substratwafers (24) den Schritt umfaßt, den Sub­ stratwafer (24) aus einem III-V-Halbleitermaterial aus der aus Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP) und Indiumarsenid (InAs) bestehenden Gruppe auszuwählen.
17. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Überzie­ hens der Schicht von Photolackmaterial (56) über die Oberfläche (34) des Substratwafers (24) ferner den Schritt des Auswählens des Photolackmaterials umfaßt aus der Gruppe aus: 2-Ethoxyethyl­ acetat + n-Butylacetat in Xylol, 2-Ethoxyethylacetat + n-Butyl­ acetat in Xylol und Hexamethyldisilozan, 2-Ethoxyethylacetat + n-Butylacetat in Xylol und Siliziumdioxid (SiO2), 2-Ethoxyethyl­ acetat + n-Butylacetat in Xylol und Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumdioxid (SiO2) und komplexem Siliziumnitrid (SixNy) oder Aluminiumoxid (Al2O3).
18. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Backens des Substratwafers (24) bei einer Temperatur von näherungsweise 100°C vorgenommen wird.
19. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des selekti­ ven Ätzens der Oberfläche (34) des Substratwafers (24) zum Bil­ den der Rille ferner einen naßchemischen Ätzschritt umfaßt.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem beim Schritt des naßche­ mischen Ätzens zum Bilden der Rille (36) diese in einer U-Form gebildet wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des naßche­ mischen Ätzens ferner den Schritt des Auswählens einer naßchemi­ schen Ätzlösung aus der folgenden Gruppe umfaßt: Kaliumdichro­ mat : Bromwasserstoffsäure : Essigsäure (K2Cr2O7 : HBr : H3CCOOH), Brom : Methanol (Br2 : H3COH), Brom : Isopropanol (Br2 : H5C2OH), entionisier­ tes Wasser : Bromwasserstoffsäure : Essigsäure (H2O : HBr : H3CCOOH), entionisiertes Wasser : Kaliumdichromat : Schwefelsäure : Salzsäure (H2O : K2Cr2O7 : H2SO4 : HCl), Phosphorsäure : Salzsäure (H3PO4 : HCl), Phosphorsäure : Salzsäure : entionisiertes Wasser (H3PO4 : HCl : H2O), Phosphorsäure : Salzsäure : Wasserstoffperoxid (H3PO4 : HCl : H2O2), Eisenchlorid : Salzsäure (FeCl3 : HCl) unter Lichtbestrahlung, Kaliumperiodid : Salzsäure (KIO3 : HCl), Salzsäure : Essigsäure : Wasserstoffperoxid (HCl : Essigsäure : H2O2), Salzsäure : Wasserstoff­ peroxid : entionisiertes Wasser (HCl : H2O2 : H2O), Schwefelsäure : Wasserstoffperoxid : entionisiertes Wasser (H2SO4 : H2O2 : H2O), Zitro­ nensäure : Wasserstoffperoxid : entionisiertes Wasser (Zitronen­ säure : H2O2 : H2O) Erom : Methanol (Br2 : CH3OH), Salpetersäure : Fluß­ säure : entionisiertes Wasser (HNO3 : HF : H2O) oder Wasserstoff­ peroxid : Ammoniumhydroxid : entionisiertes Wasser (H2O2 : NH4OH : H2O).
22. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Anbrin­ gens der optischen Faser (22) ferner den Schritt des Anbringens einer optischen Ein-Moden-Faser umfaßt.
23. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Anbrin­ gens der optischen Faser (22) ferner den Schritt des Anbringens einer sich verjüngenden optischen Faser (22) umfaßt.
24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem eine sich verjüngende optische Faser (22) angebracht wird, deren Ausgangsende (48) sich auf näherungsweise 10 Mikrometer verjüngt.
25. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Anbrin­ gens der optischen Faser (22) in der Rille (36) des Substrat­ wafers (24) ferner den Schritt des Anbringens des Eingangsendes (70) der optischen Faser (22) in der Nähe der Eingangsfläche (26) des Substratwafers (24) umfaßt.
26. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Anbrin­ gens der optischen Faser (22) in der Rille (36) des Substrat­ wafers (24) ferner den Schritt des Anbringens des Ausgangsendes (48) der optischen Faser (22) in der Nähe der Ausgangsfläche des Substratwafers (24) umfaßt.
27. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Anbrin­ gens der optischen Faser (22) in der Rille (36) des Substrat­ wafers (24) ferner den Schritt des Verlötens der optischen Faser (22) mit dem Substratwafer (24) umfaßt.
28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem der Schritt des Verlö­ tens der optischen Faser (22) mit dem Substratwafer (24) ferner den Schritt des Metallisierens des Substratwafers (24) umfaßt.
29. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem der Schritt des Verlö­ tens der optischen Faser (22) mit dem Substratwafer (24) ferner den Schritt des Bereitstellens einer mit einem Metall überzoge­ nen optischen Faser (22) umfaßt.
30. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Anbrin­ gens der optischen Faser (22) in der Rille (36) des Substrat­ wafers (24) ferner den Schritt des Verklebens der optischen Faser (22) mit dem Substratwafer (24) mit Epoxidharz umfaßt.
31. Verfahren nach Anspruch 14, das ferner den Schritt des An­ bringens einer Abdeckung (42) an der Substratwaferoberfläche (34) umfaßt, um die optische Faser (22) weiter zu sichern.
32. Verfahren nach Anspruch 31, bei dem der Schritt des Anbrin­ gens der Abdeckung (42) an der Substratwaferoberfläche (34) fer­ ner den Schritt des Anlötens der Abdeckung (42) an der Substrat­ waferoberfläche (34) umfaßt.
33. Verfahren nach Anspruch 32, bei dem der Schritt des Anlötens der Abdeckung (42) an der Substratwaferoberfläche (34) ferner den Schritt des Metallisierens der Abdeckung (42) umfaßt.
34. Verfahren nach Anspruch 32, bei dem der Schritt des Anlötens der Abdeckung (42) an der Substratwaferoberfläche (34) ferner den Schritt des Metallisierens des Substratwafers (24) umfaßt.
35. Verfahren nach Anspruch 31, bei dem der Schritt des Anbrin­ gens der Abdeckung (42) an der Substratwaferoberfläche (34) fer­ ner den Schritt des Anklebens der Abdeckung (42) an die Sub­ stratwaferoberfläche (34) mit Epoxidharz umfaßt.
36. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend den Schritt des Schleifens der Eingangsfläche (26) des Substratwafers (24) in einem Winkel von näherungsweise 8°.
37. Verfahren nach Anspruch 36, ferner umfassend den Schritt des Schleifens des Eingangsendes (70) der optischen Faser (22) in einem Winkel von 8°.
38. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Verbin­ dens der Ausgangsfläche (28) der optischen Vorrichtung (30) mit der Eingangsfläche (26) des Substratwafers (24) ferner den Schritt des Verlötens der Ausgangsfläche (28) mit der Eingangs­ fläche (26) umfaßt.
39. Verfahren nach Anspruch 38, bei dem der Schritt des Verlö­ tens der Ausgangsfläche (28) mit der Eingangsfläche (26) ferner den Schritt des Metallisierens der optischen Vorrichtung (30) umfaßt.
40. Verfahren nach Anspruch 38, bei dem der Schritt des Verlö­ tens der Ausgangsfläche (28) mit der Eingangsfläche (26) ferner den Schritt des Metallisierens des Substratwafers (24) umfaßt.
41. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Verbin­ dens der Ausgangsfläche (28) der optischen Vorrichtung (30) mit der Eingangsfläche (26) des Substratwafers (24) ferner den Schritt des Verklebens der Ausgangsfläche (28) mit der Eingangs­ fläche (26) mit Epoxidharz umfaßt.
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