JP2008076749A - Fabry-perot element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ファブリペロー型フィルタ、若しくは、ファブリペロー型レーザ（以下、ファブリペロー型素子と呼ぶ。）に関し、特に光学反射膜間の距離の制御が容易であると共に光学反射膜の傾きを抑えることが可能なファブリペロー型素子に関する。 The present invention relates to a Fabry-Perot type filter or a Fabry-Perot type laser (hereinafter referred to as a Fabry-Perot type element), and in particular, it is easy to control the distance between optical reflecting films and suppress the inclination of the optical reflecting film. The present invention relates to a Fabry-Perot type element that can
従来のファブリペロー型素子に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。 Prior art documents related to the conventional Fabry-Perot element include the following.
図３はこのような従来のファブリペロー型素子を示す構成断面図である。図３において１及び６は基板、２及び５は光学反射膜、３及び４は金（Ａｕ）バンプ、７及び８は金（Ａｕ）薄膜である。 FIG. 3 is a structural sectional view showing such a conventional Fabry-Perot element. In FIG. 3, 1 and 6 are substrates, 2 and 5 are optical reflecting films, 3 and 4 are gold (Au) bumps, and 7 and 8 are gold (Au) thin films.
基板１の表面中央部分に光学反射膜２が形成され、両端に金バンプ３及び金バンプ４が形成される。基板６の表面中央部分に光学反射膜５が形成され、両端に金薄膜７及び金薄膜８が形成される。 An optical reflection film 2 is formed at the center of the surface of the substrate 1, and gold bumps 3 and gold bumps 4 are formed at both ends. An optical reflection film 5 is formed at the center of the surface of the substrate 6, and a gold thin film 7 and a gold thin film 8 are formed at both ends.
光学反射膜２が光学反射膜５に対向するように金バンプ３及び金薄膜７並びに金バンプ４及び金薄膜８を合わせて接合する。この時、温度”３５０℃”程度の中で基板１と基板６を金バンプ３及び金バンプ４を挟み込むように圧力を加えて熱圧着接合する。 The gold bump 3 and the gold thin film 7, and the gold bump 4 and the gold thin film 8 are bonded together so that the optical reflective film 2 faces the optical reflective film 5. At this time, the substrate 1 and the substrate 6 are thermocompression-bonded by applying pressure so that the gold bump 3 and the gold bump 4 are sandwiched between temperatures of about 350 ° C.
ここで、図３に示す従来例の動作を説明する。図３に示すように、フィルタ構造として光学反射膜２と光学反射膜５の２つの反射膜の間の空気の層が中間層になり、光学的なバンドパスフィルタを形成している。また、レーザの場合には、その中間層の中にレーザ媒質を挟んだ構造となっている。 Here, the operation of the conventional example shown in FIG. 3 will be described. As shown in FIG. 3, an air layer between the two reflecting films of the optical reflecting film 2 and the optical reflecting film 5 serves as an intermediate layer as a filter structure, thereby forming an optical bandpass filter. In the case of a laser, the laser medium is sandwiched between the intermediate layers.
基板６の上面から入射光が入射され、中間層の高さと傾きで決まる波長の光が選択されて基板１の下面から出射される。 Incident light is incident from the upper surface of the substrate 6, and light having a wavelength determined by the height and inclination of the intermediate layer is selected and emitted from the lower surface of the substrate 1.
また、基板１と基板６の接合に関しては、金すず（ＡｕＳｎ）バンプによる接合も行われている。 In addition, the bonding between the substrate 1 and the substrate 6 is also performed by a gold tin (AuSn) bump.
この結果、光学反射膜２が光学反射膜５に対向するように基板１と基板６を金バンプ３及び金薄膜７並びに金バンプ４及び金薄膜８で接合し、光学反射膜２と光学反射膜５の２つの反射膜の間の空気の層が中間層になることにより、光学的なバンドパスフィルタが形成されるので、入射光より選択された波長の光を出射することが可能になる。 As a result, the substrate 1 and the substrate 6 are joined by the gold bump 3 and the gold thin film 7 and the gold bump 4 and the gold thin film 8 so that the optical reflection film 2 faces the optical reflection film 5. Since the air layer between the two reflective films 5 becomes an intermediate layer, an optical band-pass filter is formed, so that light having a wavelength selected from incident light can be emitted.
しかし、図３に示す従来例では、金バンプで基板間を接合しているため、接合時に金バンプが変形するので、光学反射膜間の距離、すなわち、中間層の高さの制御が難しいという問題があった。 However, in the conventional example shown in FIG. 3, since the substrates are joined by gold bumps, the gold bumps are deformed at the time of joining. Therefore, it is difficult to control the distance between the optical reflecting films, that is, the height of the intermediate layer. There was a problem.
また、基板接合時の金バンプの変形により、上下の光学反射膜の傾きにばらつきが発生し、これがフィルタ特性に影響するので、波長分解能の高いフィルタ、若しくは、発振波長の安定したレーザの作製には適していないという問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、光学反射膜間の距離の制御が容易であると共に光学反射膜の傾きを抑えることが可能なファブリペロー型素子を実現することにある。
Also, the deformation of the gold bumps at the time of bonding the substrates causes variations in the tilt of the upper and lower optical reflection films, which affects the filter characteristics. Therefore, it is possible to manufacture filters with high wavelength resolution or lasers with stable oscillation wavelengths. There was a problem that was not suitable.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to realize a Fabry-Perot element that can easily control the distance between the optical reflecting films and can suppress the inclination of the optical reflecting films.
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
ファブリペロー型素子において、
表面の中央部に第１の光学反射膜が形成され両端にシリコン膜が形成されると共にこのシリコン膜上に第１の金薄膜が形成された第１の基板と、表面の中央部に第２の光学反射膜が形成されると共に両端に第２の金薄膜が形成され前記第２の光学反射膜が前記第１の光学反射膜に対向するように前記第２の金薄膜が前記第１の金薄膜に接合された第２の基板とを備えたことにより、光学反射膜間の距離の制御が容易であると共に第２の光学反射膜の傾きを抑えて波長分解能を高くすることが可能になる。
In order to achieve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention is:
In a Fabry-Perot type element,
A first substrate in which a first optical reflecting film is formed at the center of the surface, a silicon film is formed at both ends and a first gold thin film is formed on the silicon film, and a second substrate is formed at the center of the surface. And the second gold thin film is formed so that the second optical reflective film is opposed to the first optical reflective film. By providing the second substrate bonded to the gold thin film, the distance between the optical reflecting films can be easily controlled, and the wavelength resolution can be increased by suppressing the inclination of the second optical reflecting film. Become.
請求項２記載の発明は、
ファブリペロー型素子において、
表面に形成された酸化膜上にシリコン膜が形成されると共にこのシリコン膜上に第１の金薄膜が形成され前記酸化膜に支持されたダイアフラム上に光学反射膜が形成され前記前記ダイアフラムの下部にレーザ出射口を有する第１の基板と、表面にミラー層が形成されると共にこのミラー層上に活性層が形成されこの活性層の両端に第２の金薄膜が形成され前記活性層が前記光学反射膜に対向するように前記第２の金薄膜が前記第１の金薄膜に接合された第２の基板とを備えたことにより、光学反射膜と活性層の間の距離の制御が容易であると共に光学反射膜及びミラー層の傾きを抑えて安定的に発振することが可能になる。
The invention according to claim 2
In a Fabry-Perot type element,
A silicon film is formed on the oxide film formed on the surface, a first gold thin film is formed on the silicon film, an optical reflecting film is formed on the diaphragm supported by the oxide film, and a lower portion of the diaphragm A first substrate having a laser emission port, a mirror layer is formed on the surface, an active layer is formed on the mirror layer, a second gold thin film is formed on both ends of the active layer, and the active layer is The second gold thin film is provided with the second substrate bonded to the first gold thin film so as to face the optical reflective film, so that the distance between the optical reflective film and the active layer can be easily controlled. In addition, it is possible to stably oscillate while suppressing the inclination of the optical reflection film and the mirror layer.
請求項３記載の発明は、
請求項１若しくは請求項２記載のファブリペロー型素子において、
前記第１の金薄膜と前記第２の金薄膜が、
熱圧着接合で接合されたことにより、光学反射膜間、若しくは、光学反射膜と活性層の間の距離の制御が容易であると共に第２の光学反射膜、若しくは、光学反射膜及びミラー層の傾きを抑えて安定的に発振することが可能になる。
The invention described in claim 3
The Fabry-Perot element according to claim 1 or 2,
The first gold thin film and the second gold thin film are:
By bonding by thermocompression bonding, it is easy to control the distance between the optical reflection films or between the optical reflection film and the active layer, and the second optical reflection film, or the optical reflection film and the mirror layer. It becomes possible to oscillate stably while suppressing the inclination.
請求項４記載の発明は、
請求項２記載のファブリペロー型素子において、
前記ダイアフラムを動かすことでレーザ光の波長を変化させることにより、光学反射膜と活性層の間の距離の制御が容易であると共に光学反射膜及びミラー層の傾きを抑えて安定的に発振することが可能になる。
The invention according to claim 4
The Fabry-Perot element according to claim 2,
By changing the wavelength of the laser beam by moving the diaphragm, it is easy to control the distance between the optical reflection film and the active layer, and the oscillation of the optical reflection film and the mirror layer is suppressed stably. Is possible.
本発明によれば次のような効果がある。
請求項１及び請求項３の発明によれば、第１の光学反射膜が第２の光学反射膜に対向するように第１の基板と第２の基板をシリコン膜、第１の金薄膜及び第２の金薄膜で接合することにより、従来例で発生していた変形を抑えられるので、光学反射膜間の距離の制御が容易であると共に第２の光学反射膜の傾きを抑えて波長分解能を高くすることが可能になる。
The present invention has the following effects.
According to the first and third aspects of the present invention, the first substrate and the second substrate are made of a silicon film, a first gold thin film, and a first substrate so that the first optical reflecting film faces the second optical reflecting film. By joining with the second gold thin film, the deformation occurring in the conventional example can be suppressed, so that the distance between the optical reflecting films can be easily controlled and the inclination of the second optical reflecting film is suppressed to reduce the wavelength resolution. Can be increased.
請求項２、請求項３及び請求項４の発明によれば、光学反射膜が活性層に対向するように第１の基板と第２の基板をシリコン膜、第１の金薄膜及び第２の金薄膜で接合することにより、従来例で発生していた変形を抑えられるので、光学反射膜と活性層の間の距離の制御が容易であると共に光学反射膜及びミラー層の傾きを抑えて安定的に発振することが可能になる。 According to the invention of claim 2, claim 3 and claim 4, the first substrate and the second substrate are made of a silicon film, a first gold thin film and a second substrate so that the optical reflection film faces the active layer. By bonding with a gold thin film, the deformation that has occurred in the conventional example can be suppressed, so that the distance between the optical reflection film and the active layer can be easily controlled, and the inclination of the optical reflection film and the mirror layer is suppressed and stable. Can oscillate automatically.
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るファブリペロー型素子の一実施例を示す構成断面図である。図１において１，２，５，６，７及び８は図３と同一符号を付してあり、９及び１１はシリコン（Ｓｉ）膜、１０及び１２は金（Ａｕ）薄膜である。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a structural sectional view showing an embodiment of a Fabry-Perot element according to the present invention. In FIG. 1, 1, 2, 5, 6, 7 and 8 are given the same reference numerals as in FIG. 3, 9 and 11 are silicon (Si) films, and 10 and 12 are gold (Au) thin films.
基板１の表面中央部分に光学反射膜２が形成され、基板１の両端部分にシリコン膜９及びシリコン膜１１がそれぞれ形成される。シリコン膜９上に金属膜１０が形成され、シリコン膜１１上に金属膜１２が形成される。基板６の表面中央部分に光学反射膜５が形成され、基板６の両端部分に金薄膜７及び金薄膜８がそれぞれ形成される。
An optical reflection film 2 is formed at the center of the surface of the substrate 1, and a
光学反射膜２が光学反射膜５に対向するように金薄膜１０及び金薄膜７並びに金薄膜１２及び金薄膜８を合わせて接合する。この時、図３の従来例と同様に、温度”３５０℃”程度の中で基板１と基板６をシリコン膜９及びシリコン膜１１を挟み込むように圧力を加えて熱圧着接合する。
The gold thin film 10 and the gold thin film 7, and the gold thin film 12 and the gold thin film 8 are bonded together so that the optical reflective film 2 faces the optical reflective film 5. At this time, similarly to the conventional example of FIG. 3, the substrate 1 and the substrate 6 are thermocompression-bonded by applying pressure so as to sandwich the
ここで、図１に示す実施例の動作を説明する。図１に示す実施例の動作は図３の従来例とほぼ同一であり、異なる点は基板１と基板６が金バンプではなく、シリコン膜と金薄膜で接合されていることである。 Here, the operation of the embodiment shown in FIG. 1 will be described. The operation of the embodiment shown in FIG. 1 is almost the same as that of the conventional example of FIG. 3, and the difference is that the substrate 1 and the substrate 6 are joined by a silicon film and a gold thin film, not by gold bumps.
この結果、光学反射膜２が光学反射膜５に対向するように基板１と基板６をシリコン膜９、金薄膜１０及び金薄膜７並びにシリコン膜１１、金薄膜１２及び金薄膜８で接合することにより、従来例で発生していた変形を抑えられるので、光学反射膜間の距離の制御が容易であると共に光学反射膜５の傾きを抑えて波長分解能を高くすることが可能になる。
As a result, the substrate 1 and the substrate 6 are bonded by the
図２は本発明に係るファブリペロー型素子の他の実施例を示す構成断面図である。図２において１３はすり鉢形状のレーザ出射口を有するＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板等の基板、１４は酸化膜、１５はダイアフラム、１６は光学反射膜、１７及び１９はシリコン膜、１８，２０，２４及び２５は金薄膜、２１は基板、２２はミラー層、２３は活性層である。１００は光学反射膜１６及びダイアフラム１５を透過して出射されるレーザ光である。
FIG. 2 is a structural sectional view showing another embodiment of a Fabry-Perot element according to the present invention. In FIG. 2, 13 is a substrate such as an SOI (Silicon on Insulator) substrate having a mortar-shaped laser exit, 14 is an oxide film, 15 is a diaphragm, 16 is an optical reflecting film, 17 and 19 are silicon films, 18, 20, 24 and 25 are gold thin films, 21 is a substrate, 22 is a mirror layer, and 23 is an active layer. A
基板１３の表面に酸化膜１４が形成され、酸化膜１４にダイアフラム１５が支持される。ダイアフラム１５の上に光学反射膜１６が形成され、酸化膜１４上の両端にシリコン膜１７及びシリコン膜１９がそれぞれ形成される。シリコン膜１７上に金薄膜１８が形成され、シリコン膜１９上に金薄膜２０が形成される。
An oxide film 14 is formed on the surface of the substrate 13, and a diaphragm 15 is supported on the oxide film 14. An optical reflection film 16 is formed on the diaphragm 15, and a
基板２１の表面にミラー層２２が形成され、ミラー層２２上に活性層２３が形成される。活性層２３の両端に金薄膜２４及び金薄膜２５がそれぞれ形成される。そして、光学反射膜１６が活性層２３に対向するように金薄膜１８及び金薄膜２４並びに金薄膜２０及び金薄膜２５を合わせて基板１３と基板２１を接合する。 A mirror layer 22 is formed on the surface of the substrate 21, and an active layer 23 is formed on the mirror layer 22. A gold thin film 24 and a gold thin film 25 are formed on both ends of the active layer 23, respectively. Then, the substrate 13 and the substrate 21 are bonded together by combining the gold thin film 18 and the gold thin film 24, the gold thin film 20 and the gold thin film 25 so that the optical reflection film 16 faces the active layer 23.
ここで、図２に示す実施例の動作を説明する。基板２１の表面及び活性層２３の表面にはそれぞれ電極が形成されており（図示せず）、この電極間に電圧が印加されると、活性層２３において正孔と電子の結合が生じて光が発生する。この光は光学反射膜１６とミラー層２２との間に形成される光共振器で光増幅され、光学反射膜１６及びダイアフラム１５を透過し、レーザ光１００として出射される。
Here, the operation of the embodiment shown in FIG. 2 will be described. Electrodes are formed on the surface of the substrate 21 and the surface of the active layer 23 (not shown), and when a voltage is applied between the electrodes, a combination of holes and electrons occurs in the active layer 23 to generate light. Will occur. This light is amplified by an optical resonator formed between the optical reflection film 16 and the mirror layer 22, passes through the optical reflection film 16 and the diaphragm 15, and is emitted as
また、基板１３の表面とダイアフラム１５には電極があり（図示せず）、この電極間に電圧を印加することで静電力が発生し、この静電力により光学反射膜１６を下に動かし、光学反射膜１６及びミラー層２２の間の距離、すなわち、光共振器の長さを変化させ、レーザ光１００の波長を変化することができる。
Further, there are electrodes on the surface of the substrate 13 and the diaphragm 15 (not shown), and an electrostatic force is generated by applying a voltage between the electrodes. The optical reflection film 16 is moved downward by this electrostatic force, and the optical force is applied. The wavelength of the
この結果、光学反射膜１６が活性層２３に対向するように基板１３と基板２１をシリコン膜１７、金薄膜１８及び金薄膜２４並びにシリコン膜１９、金薄膜２０及び金薄膜２５で接合することにより、従来例で発生していた変形を抑えられるので、光学反射膜１６と活性層２３の間の距離の制御が容易であると共に光学反射膜１６及びミラー層２２の傾きを抑えて安定的に発振することが可能になる。
As a result, the substrate 13 and the substrate 21 are bonded by the
１，６，１３，２１ 基板
２，５，１６ 光学反射膜
３，４ 金バンプ
７，８，１０，１２，１８，２０，２４，２５ 金薄膜
９，１１，１７，１９ シリコン膜
１４ 酸化膜
１５ ダイアフラム
２２ ミラー層
２３ 活性層
１００ レーザ光
1, 6, 13, 21 Substrate 2, 5, 16 Optical reflection film 3, 4 Gold bump 7, 8, 10, 12, 18, 20, 24, 25 Gold
Claims (4)
表面の中央部に第１の光学反射膜が形成され両端にシリコン膜が形成されると共にこのシリコン膜上に第１の金薄膜が形成された第１の基板と、
表面の中央部に第２の光学反射膜が形成されると共に両端に第２の金薄膜が形成され前記第２の光学反射膜が前記第１の光学反射膜に対向するように前記第２の金薄膜が前記第１の金薄膜に接合された第２の基板と
を備えたことを特徴とするファブリペロー型素子。 In a Fabry-Perot type element,
A first substrate in which a first optical reflecting film is formed at the center of the surface, a silicon film is formed at both ends, and a first gold thin film is formed on the silicon film;
A second optical reflecting film is formed at the center of the surface, a second gold thin film is formed at both ends, and the second optical reflecting film is opposed to the first optical reflecting film. A Fabry-Perot type element comprising a second substrate bonded to the first gold thin film.
表面に形成された酸化膜上にシリコン膜が形成されると共にこのシリコン膜上に第１の金薄膜が形成され前記酸化膜に支持されたダイアフラム上に光学反射膜が形成され前記前記ダイアフラムの下部にレーザ出射口を有する第１の基板と、
表面にミラー層が形成されると共にこのミラー層上に活性層が形成されこの活性層の両端に第２の金薄膜が形成され前記活性層が前記光学反射膜に対向するように前記第２の金薄膜が前記第１の金薄膜に接合された第２の基板と
を備えたことを特徴とするファブリペロー型素子。 In a Fabry-Perot type element,
A silicon film is formed on the oxide film formed on the surface, a first gold thin film is formed on the silicon film, an optical reflecting film is formed on the diaphragm supported by the oxide film, and a lower portion of the diaphragm A first substrate having a laser emission port on the substrate;
A mirror layer is formed on the surface, an active layer is formed on the mirror layer, a second gold thin film is formed on both ends of the active layer, and the active layer is opposed to the optical reflection film. A Fabry-Perot type element comprising a second substrate bonded to the first gold thin film.
熱圧着接合で接合されたことを特徴とする
請求項１若しくは請求項２記載のファブリペロー型素子。 The first gold thin film and the second gold thin film are:
The Fabry-Perot element according to claim 1 or 2, wherein the Fabry-Perot element is bonded by thermocompression bonding.
請求項２記載のファブリペロー型素子。 3. The Fabry-Perot element according to claim 2, wherein the wavelength of the laser beam is changed by moving the diaphragm.
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