JP2893093B2 - Fabrication method of optical waveguide with fiber guide - Google Patents

Fabrication method of optical waveguide with fiber guide

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JP2893093B2
JP2893093B2 JP1032223A JP3222389A JP2893093B2 JP 2893093 B2 JP2893093 B2 JP 2893093B2 JP 1032223 A JP1032223 A JP 1032223A JP 3222389 A JP3222389 A JP 3222389A JP 2893093 B2 JP2893093 B2 JP 2893093B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光導波路回路実現のためのキーテクノロジ
である簡便な光導波路−光ファイバ間の接続技術に関す
るものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a simple optical waveguide-optical fiber connection technology which is a key technology for realizing an optical waveguide circuit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光導波回路実現のために光導波路への簡便な光ファイ
バ接続技術の開発が求められている。石英系光導波路基
板上に光回路パタン化と同時に光ファイバ位置合わせ用
のガイドを形成し、このガイドを利用してファイバ接続
を行う方法[特開昭60−17406]は、簡便で信頼性の高
い光ファイバ接続技術として期待される。第10図は、こ
の接続方法の説明図であり、同図において、11は光回路
基板、12はリッジ状光導波路であり、12bはそのバッフ
ァ層、12aはコア層、12cはクラッド層である。13はファ
イバ・ガイド、14は光ファイバ、14aはそのコア層であ
る。ガイド13に囲まれたガイド溝部の幅及び深さは適切
に設定されているので光ファイバ14をガイド中に挿入す
るだけで光ファイバと光導波路との位置合わせが実現で
きる。しかも、光ファイバ14はガイド13によりその位置
が機械的に決定されるので、光ファイバの固定後におい
て使用環境の温度変動が生じたとしても位置ずれが発生
せず、したがって、信頼性の高いファイバ接続が実現で
きる。
In order to realize an optical waveguide circuit, there is a demand for the development of a simple optical fiber connection technology to an optical waveguide. A method of forming an optical fiber alignment guide at the same time as forming an optical circuit on a silica-based optical waveguide substrate and using this guide to connect the fibers [Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-17406] is simple and reliable. It is expected as a high optical fiber connection technology. FIG. 10 is an explanatory view of this connection method, in which 11 is an optical circuit board, 12 is a ridge-shaped optical waveguide, 12b is its buffer layer, 12a is a core layer, and 12c is a cladding layer. . 13 is a fiber guide, 14 is an optical fiber, and 14a is its core layer. Since the width and the depth of the guide groove surrounded by the guide 13 are appropriately set, the alignment between the optical fiber and the optical waveguide can be realized only by inserting the optical fiber 14 into the guide. Moreover, since the position of the optical fiber 14 is mechanically determined by the guide 13, even if the temperature of the use environment fluctuates after the optical fiber is fixed, no positional displacement occurs, and therefore, a highly reliable fiber Connection can be realized.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、上記のガイド溝接続法を埋め込み形光導波
路(クラッド層を厚く形成してコア層を埋め込んだ構造
の光導波路)に適用することは従来は困難であった。こ
の理由は、埋め込み型光導波路を製作する場合、従来
は、ガイドと光導波路とを1枚のフォトマスクを用いて
同時に形成することができず、例えば、第11図に示す工
程で製作していたからである。まず第11図(a)に示す
ように基板11上に光導波路12のコア部12aを形成し、ク
ラッド層12cで埋め込んだ後、同図(b)に示すように
クラッド層上面に形成したマスク材15をガイドパタンが
描かれたフォトマスク16を用いてパタン化する。次いで
同図(c)のようにクラッド層12cの不要部分をエッチ
ングすることによりファイバガイド13を形成していた。
このような工程においては、ガイドパタンを既に形成さ
れた光導波路12の位置に対して誤差1μm以内の位置合
わせ精度でパタン化する必要がある。しかし、下層に形
成された光導波路12は、コア層、クラッド層ともに透明
であるので精密位置合わせを実現することはきわめて困
難であった。
By the way, it has been conventionally difficult to apply the above-described guide groove connection method to an embedded optical waveguide (an optical waveguide having a structure in which a core layer is embedded by forming a thick clad layer). The reason for this is that, in the case of manufacturing a buried optical waveguide, conventionally, a guide and an optical waveguide cannot be formed simultaneously using one photomask, and for example, they were manufactured in a process shown in FIG. It is. First, a core portion 12a of an optical waveguide 12 is formed on a substrate 11 as shown in FIG. 11 (a), buried with a cladding layer 12c, and a mask formed on the upper surface of the cladding layer as shown in FIG. 11 (b). The material 15 is patterned using a photomask 16 on which a guide pattern is drawn. Next, as shown in FIG. 3C, the unnecessary portion of the cladding layer 12c was etched to form the fiber guide 13.
In such a process, it is necessary to pattern the guide pattern with an alignment accuracy of 1 μm or less with respect to the position of the optical waveguide 12 already formed. However, since the optical waveguide 12 formed in the lower layer is transparent for both the core layer and the cladding layer, it has been extremely difficult to realize precise alignment.

上記のように、従来のガイド溝接続法では埋め込み形
光導波路への適用が困難であるという問題があった。本
発明は、埋め込み型光導波路への適用を可能とするファ
イバ・ガイド部付き光導波路の製作方法を提供すること
にある。
As described above, the conventional guide groove connection method has a problem that it is difficult to apply the method to a buried optical waveguide. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical waveguide with a fiber guide, which can be applied to an embedded optical waveguide.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明のファイバ・ガイド部付き光導波路の製作方法
は、表面に凹部及び凸部が形成されたSi基板上に、石英
系光導波路バッファ層を形成するバッファ層形成工程
と、該基板表面を研磨しSi基板凸部表面を露出させ、か
つ、Si基板凹部上に形成した該石英系光導波路バッファ
層表面の高さを該Si基板凸部の高さと一致させる研磨工
程と、該基板上に光導波路コア層を形成するコア層形成
工程と、ガイド・コア層パタンと光導波路パタンとが同
時に描かれた一枚のフォトマスクを用い、かつ、該Si基
板凸部上面のコア層表面に該ガイド・コア層パタンが形
成され、該Si基板凹部上面のコア層表面に該光導波路パ
タンが形成されるように位置合わせをしてマスク材をパ
タン化する第1フォトリソグラフィ工程と、不要部分の
石英系光導波路コア層を除去し該Si基板凸部表面を露出
させるコア層エッチング工程と、該基板上にクラッド層
を形成する埋め込み工程と、該クラッド層上面に該光導
波路パタンが形成された領域を覆うようにマスク材をパ
タン化する第2フォトリソグラフィ工程と、不要部分の
クラッド層を除去しコア層で形成したガイド・コア層パ
タンを残してSi基板凸部を露出させるクラッド層エッチ
ング工程と、該コア層で形成したガイド・コア層パタン
をマスクとしてSi基板凸部をエッチングしファイバ・ガ
イド溝を形成するSi基板エッチング工程とからなること
を特徴としている。
The method for manufacturing an optical waveguide with a fiber guide portion of the present invention comprises the steps of: forming a buffer layer on a Si substrate having a concave portion and a convex portion formed on a surface thereof, forming a silica-based optical waveguide buffer layer; and polishing the substrate surface. A polishing step of exposing the surface of the convex portion of the Si substrate, and adjusting the height of the surface of the silica-based optical waveguide buffer layer formed on the concave portion of the Si substrate to the height of the convex portion of the Si substrate; A core layer forming step of forming a waveguide core layer, a single photomask in which a guide core layer pattern and an optical waveguide pattern are simultaneously drawn, and the guide is formed on the surface of the core layer on the upper surface of the convex portion of the Si substrate. A first photolithography step in which a core layer pattern is formed, and the optical waveguide pattern is formed so as to be formed on the core layer surface on the upper surface of the concave portion of the Si substrate to pattern the mask material; Except for the optical waveguide core layer Then, a core layer etching step of exposing the surface of the convex portion of the Si substrate, an embedding step of forming a clad layer on the substrate, and a mask material covering an area where the optical waveguide pattern is formed on the upper surface of the clad layer. A second photolithography step for patterning, a cladding layer etching step for removing unnecessary portions of the cladding layer and exposing the convex portions of the Si substrate while leaving the guide / core layer pattern formed of the core layer, The method is characterized by comprising a Si substrate etching step of forming a fiber guide groove by etching a Si substrate protrusion using the guide / core layer pattern as a mask.

上記クラッド層エッチング工程としては、該ガイド・
コア層パタン形成部とその他の部分での膜厚差およびコ
ア層・クラッド層間でのエッチング速度差を利用して、
コア層で形成したガイド・コア層パタンを残すことがで
きる。
As the cladding layer etching step, the guide
By utilizing the difference in film thickness between the core layer pattern formation part and other parts and the difference in etching rate between the core layer and clad layer,
The guide / core layer pattern formed by the core layer can be left.

また、上記バッファ層形成工程において、Si基板とし
て(100)面結晶を用い、上記第1フォトリソグラフィ
工程において、ガイド・コア層パタンをSi基板[110]
方向と平行に設けるようにしてあり、かつ、上記Si基板
エッチング工程においてSi基板異方性エッチングを行う
ことにより寸法精度の高いガイド溝を容易に形成するこ
とができる。
In the buffer layer forming step, a (100) plane crystal is used as the Si substrate, and in the first photolithography step, the guide / core layer pattern is changed to the Si substrate [110].
A guide groove having high dimensional accuracy can be easily formed by performing the Si substrate anisotropic etching in the Si substrate etching step.

従来技術と本発明との相異点としては、従来のファイ
バ・ガイド溝付き光導波路は平坦なSi基板上に形成して
いたのに対し、本発明では表面に凹部及び凸部が形成さ
れたSi基板上に形成する点が大きく異なる。また、従来
の製作方法では導波路パタンとガイドパタンとが同時に
描かれたフォトマスクを使用することはできないが、本
発明はそれを可能としている点で大きく異なる。
The difference between the prior art and the present invention is that the conventional optical waveguide with a fiber guide groove is formed on a flat Si substrate, whereas the concave and convex portions are formed on the surface in the present invention. The difference is that it is formed on a Si substrate. Although the conventional manufacturing method cannot use a photomask in which a waveguide pattern and a guide pattern are simultaneously drawn, the present invention is greatly different in that it is possible.

〔実施例〕〔Example〕

実施例1 第1図は、本発明の第1実施例である製作方法により
製作されたファイバ・ガイド部付き光導波路を示す斜視
図である。1はSi基板であり、1aはその凸部、1bはその
凹部である。Si基板1の凹部1bには石英系光導波路2が
設けられており、この石英系光導波路2はコア層2a、バ
ッファ層2b、クラッド層2cとで構成されている。バッフ
ァ層2bとクラッド層2cの屈折率は等しく、これはコア層
2aの屈折率より低い値となっている。また、バッファ層
2bの上面の高さはSi基板1の凸部1aの上面と同一高さに
揃えられている。なお、この第1実施例の光導波路は、
コア層2cが、十分に厚いバッファ層2bとクラッド層2cと
に埋め込まれている構造であり、このような構造のもの
は「埋め込み型光導波路」と称される。
Embodiment 1 FIG. 1 is a perspective view showing an optical waveguide with a fiber guide section manufactured by a manufacturing method according to a first embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a Si substrate, 1a denotes its convex portion, and 1b denotes its concave portion. A quartz optical waveguide 2 is provided in the concave portion 1b of the Si substrate 1, and the quartz optical waveguide 2 includes a core layer 2a, a buffer layer 2b, and a cladding layer 2c. The buffer layer 2b and the cladding layer 2c have the same refractive index,
The value is lower than the refractive index of 2a. Also, the buffer layer
The height of the upper surface of 2b is equal to the upper surface of the convex portion 1a of the Si substrate 1. The optical waveguide of the first embodiment is
This is a structure in which the core layer 2c is embedded in the buffer layer 2b and the cladding layer 2c that are sufficiently thick, and such a structure is called “embedded optical waveguide”.

また、Si基板1の凸部1aにはファイバ・ガイド部が設
けられている。このファイバ・ガイド部は、ファイバ・
ガイド・コア層パタン3と、ファイバ・ガイド溝4とで
構成されている。この構造で特徴的なことは、ファイバ
・ガイド・コア層パタン3は、光導波路のコア層2aと同
一のガラス層を用いて、Si基板1の凸部1a上に直接的に
設けられていることである。すなわち、上記のようにSi
基板1の凹部1b上には厚いバッファ層2bを介してコア層
2aが形成されているのに対し、凸部1a上にはバッファ層
2bを介することなく直接的にファイバ・ガイド・コア層
パタン3が形成されている。そして、そのファイバ・ガ
イド・コア層パタン3をマスクとしてSi基板1凸部1aの
一部に溝が形成され、それが上記ファイバ・ガイド溝4
となっている。
Further, a fiber guide portion is provided on the convex portion 1a of the Si substrate 1. This fiber guide section
It comprises a guide core layer pattern 3 and a fiber guide groove 4. The feature of this structure is that the fiber guide core layer pattern 3 is provided directly on the convex portion 1a of the Si substrate 1 using the same glass layer as the core layer 2a of the optical waveguide. That is. That is, as described above,
The core layer is formed on the concave portion 1b of the substrate 1 through the thick buffer layer 2b.
2a is formed, whereas a buffer layer is formed on the protrusion 1a.
The fiber guide core layer pattern 3 is formed directly without the interposition of 2b. Then, using the fiber guide core layer pattern 3 as a mask, a groove is formed in a part of the convex portion 1a of the Si substrate 1, and the groove is formed in the fiber guide groove 4.
It has become.

第2図は、上記光導波路の機能を説明するための断面
図である。5は光ファイバであり、5aはそのコア層であ
る。光ファイバ5とファイバ・ガイド溝4とはA,B,Cの
3点で接触している。ここに、AおよびBはファイバ・
ガイド・コア層パタン3の厚さ方向の中点にあたり、AC
を結ぶ直線は導波路コア層の中心Oとほぼ交わる。Bは
ファイバガイド溝の底面上の点である。ガイド溝の寸法
は、ファイバ半径R,ガイド溝幅W,ガイド溝深さ(導波路
コア中心Oからガイド底面まで)Dとすると D≒R、 W≒2R と設定してあるので、ファイバをガイド溝中に挿入した
だけでファイバと導波路間の位置合わせが実現できる。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the function of the optical waveguide. 5 is an optical fiber and 5a is its core layer. The optical fiber 5 and the fiber guide groove 4 are in contact at three points A, B, and C. Where A and B are fiber
At the midpoint in the thickness direction of the guide / core layer pattern 3, AC
Is substantially intersected with the center O of the waveguide core layer. B is a point on the bottom surface of the fiber guide groove. Assuming that the dimensions of the guide groove are: fiber radius R, guide groove width W, and guide groove depth (from the center O of the waveguide core to the bottom of the guide) D, D ≒ R and W ≒ 2R are set. Alignment between the fiber and the waveguide can be realized only by inserting it into the groove.

このようなガイド付き光導波路は第3図に示す方法で
製作できる。同図(a)は、凹部1bおよび凸部1aを有す
るSi基板1上に石英系光導波路バッファ層2bを形成し光
導波路基板を形成する工程である。本実施例において
は、火炎堆積法[M.Kawachi et.al.,Jan.J.Appl.Phys.,
Vol.22,(1983),p.1392]を用いた。すなわち、SiCl4,
TiCl4等のガラス形成原料ガスの火炎加水分解反応を利
用してSi基板1上にガラス微粒子膜を堆積させた後、電
気炉中で、ガラス微粒子膜を加熱して透明ガラス化する
ことにより形成する。この際、バッファ層2bの厚さはSi
基板凹部・凸部間の段差より厚くなるように形成した。
Such a guided optical waveguide can be manufactured by the method shown in FIG. FIG. 2A shows a step of forming a silica-based optical waveguide buffer layer 2b on a Si substrate 1 having a concave portion 1b and a convex portion 1a to form an optical waveguide substrate. In this example, the flame deposition method [M. Kawachi et.al., Jan. J. Appl. Phys.,
Vol.22, (1983), p.1392]. That is, SiCl 4 ,
After depositing a glass fine particle film on the Si substrate 1 using a flame hydrolysis reaction of a glass forming raw material gas such as TiCl 4 or the like, the glass fine particle film is formed by heating to a transparent vitrification in an electric furnace. I do. At this time, the thickness of the buffer layer 2b is Si
It was formed so as to be thicker than the step between the concave and convex portions of the substrate.

同図(b)は、上記光導波路基板表面を研磨すること
により、Si基板凸部表面を露出し、かつ、表面を平坦化
する工程である。同図(c)は、上記光回路基板上に光
導波路コア層2cを形成する工程である。ここでは、再び
火炎堆積法を用いた。
FIG. 3B shows a step of exposing the surface of the convex portion of the Si substrate and flattening the surface by polishing the surface of the optical waveguide substrate. FIG. 3C shows a step of forming an optical waveguide core layer 2c on the optical circuit board. Here, the flame deposition method was used again.

同図(d)は、ファイバ・ガイド・コア層パタン3と
光導波路パタン2aとが同時に描かれた1枚のフォトマス
クパタンを用いて、ファイバ・ガイド・コア層パタン3
がSi基板凸部上に来るように位置合わせをしてマスク材
10をパタン化するフォトリソグラフィ工程である。ここ
では、マスク材10としてアモルファスSi(a−Si)膜を
用いた。
FIG. 2D shows a fiber guide core layer pattern 3 using a single photomask pattern in which a fiber guide core layer pattern 3 and an optical waveguide pattern 2a are simultaneously drawn.
Is positioned so that the mask material is on the convex part of the Si substrate.
This is a photolithography process for patterning 10. Here, an amorphous Si (a-Si) film was used as the mask material 10.

同図(e)は、マスク材10を用いたエッチングにより
石英系光導波路膜の不要部分を除去し光導波路コア層パ
タン2aおよびファイバ・ガイド・コア層パタン3を形成
する工程である。ここでは、エッチングの手段としてフ
ッ素系エッチングガスによる反応性イオンエッチング
(RIE)を用いた。エッチングは不要部分のコア層が完
全に除去できるまで行った。この時、Si基板1の凸部1a
上では、ファイバ・ガイド・コア層パタン3を残して凸
部1a上面が露出する。この工程により、光導波路コア層
パタン2aがバッファ層2b上に形成されるとともに、ファ
イバ・ガイド・コア層パタン3は凸部1a上にバッファ層
2bを介することなく直接的に形成され、これが最終的に
はファイバ・ガイド溝4を形成するためのマスクとな
る。同図(f)はクラッド層2cを形成し下層パタンを埋
め込む工程、同図(g)は、クラッド層2c上面に光導波
路を形成した領域を覆うようにマスク材10aをパタン化
する工程である。
FIG. 4E shows a step of removing unnecessary portions of the quartz optical waveguide film by etching using the mask material 10 to form the optical waveguide core layer pattern 2a and the fiber guide core layer pattern 3. Here, reactive ion etching (RIE) using a fluorine-based etching gas was used as the etching means. The etching was performed until the unnecessary portion of the core layer was completely removed. At this time, the convex portion 1a of the Si substrate 1
Above, the upper surface of the projection 1a is exposed leaving the fiber guide core layer pattern 3. By this step, the optical waveguide core layer pattern 2a is formed on the buffer layer 2b, and the fiber guide core layer pattern 3 is placed on the convex portion 1a.
It is formed directly without the interposition of 2b, and this finally becomes a mask for forming the fiber guide groove 4. FIG. 1F shows a step of forming a cladding layer 2c and embedding a lower layer pattern, and FIG. 2G shows a step of patterning a mask material 10a so as to cover a region where an optical waveguide is formed on the upper surface of the cladding layer 2c. .

同図(h)はクラッド層の不要部分をエッチングによ
り除去し、ファイバ・ガイド・コア層パタン3およびそ
の間に挟まれたガイド溝部のSi基板を露出する工程であ
る。この工程において、エッチングの終了判定を適切に
行うとファイバ・ガイド・コア層パタン3を残したま
ま、その間の領域のSi基板表面を露出できる。これは、
第4図に示した理由による。すなわち、埋め込みクラッ
ド層を形成した場合、コア層が下層にある部分とない部
分では前者の部分の膜厚が後者より厚くなる(第4図
a)。これに加えて、エッチング速度がクラッド層とコ
ア層でわずかに異なり、コア層のエッチング速度がクラ
ッド層の速度より若干遅い(1〜2割程度)。そこで、
本実施例のようにSi基板凸部上にコア層およびクラッド
層が形成された2層構造の場合、必要となるエッチング
量が少ないために上記の膜厚差およびわずかのエッチン
グ速度差のためにコア層を残してSi基板表面を露出させ
ることが出来る(第4図b,c)。これに対して、平坦なS
i基板上にバッファ層、コア層およびクラッド層を形成
した従来の光導波路の場合、Si基板を露出させるにはバ
ッファ層までの深いエッチングが必要なこと、および、
バッファ層においては両者の間のエッチング速度の差が
無いことのために、エッチングの進行とともにファイバ
・ガイド・コア層パタンが不鮮明になり、第5図に示す
ように明確な段差が形成できなくなる。したがって、ガ
イド溝幅を正確に決定することは困難となる。
FIG. 7H shows a step of removing unnecessary portions of the cladding layer by etching to expose the fiber guide core layer pattern 3 and the Si substrate in the guide groove portion interposed therebetween. In this step, if the end of the etching is properly determined, the surface of the Si substrate in the region between the fiber guide core layer pattern 3 and the fiber guide core layer pattern 3 can be exposed. this is,
For the reason shown in FIG. That is, when the buried cladding layer is formed, the thickness of the former portion is larger than that of the latter portion in the portion where the core layer is not provided and in the portion where the core layer is not provided (FIG. 4a). In addition, the etching rate is slightly different between the cladding layer and the core layer, and the etching rate of the core layer is slightly lower (about 10 to 20%) than that of the cladding layer. Therefore,
In the case of the two-layer structure in which the core layer and the clad layer are formed on the convex portion of the Si substrate as in the present embodiment, since the required etching amount is small, the above-mentioned film thickness difference and slight etching rate difference cause The surface of the Si substrate can be exposed while leaving the core layer (FIGS. 4b and 4c). On the other hand, the flat S
In the case of a conventional optical waveguide in which a buffer layer, a core layer and a clad layer are formed on an i-substrate, deep etching up to the buffer layer is necessary to expose the Si substrate, and
In the buffer layer, since there is no difference in the etching rate between the two, the fiber guide core layer pattern becomes unclear as the etching proceeds, and a clear step cannot be formed as shown in FIG. Therefore, it is difficult to accurately determine the guide groove width.

この後、上記のエッチング工程の後に残ったファイバ
・ガイド・コア層パタン3をマスクとして、Si基板を第
2図に示した深さの条件を満足するようにエッチングす
ればSi基板1の凸部1a上に溝が形成され、この溝が第1
図に示すファイバ・ガイド溝4となる。
Thereafter, using the fiber guide core layer pattern 3 remaining after the above etching step as a mask, the Si substrate is etched so as to satisfy the condition of the depth shown in FIG. 1a, a groove is formed on the first groove.
It becomes the fiber guide groove 4 shown in the figure.

以上のように、本実施例では、ガイド溝をSi基板凸部
上面に形成するようにしたので、第3図(h)における
エッチング深さを浅くすることができる。この結果、光
導波路の膜厚差およびコア層,クラッド層間のわずかの
エッチング速度差を利用できるようになり、ファイバ・
ガイド・コア層パタン3を残したまま、その間の領域の
Si基板表面を露出できるようになった。このファイバ・
ガイド・コア層パタン3をマスクとしてSi基板をエッチ
ングすることによりファイバ・ガイド溝が形成できる。
このようにして、本発明で埋め込み形光導波路へのガイ
ド溝形成にあたり、1枚のフォトマスクを用いてファイ
バ・ガイド溝と光導波路とを形成できるようになったの
である。
As described above, in this embodiment, since the guide groove is formed on the upper surface of the convex portion of the Si substrate, the etching depth in FIG. 3 (h) can be reduced. As a result, the difference in the thickness of the optical waveguide and the slight difference in the etching rate between the core layer and the cladding layer can be used, and the fiber and the fiber can be used.
With the guide / core layer pattern 3 left,
The Si substrate surface can now be exposed. This fiber
A fiber guide groove can be formed by etching the Si substrate using the guide core layer pattern 3 as a mask.
Thus, in the present invention, when forming the guide groove in the embedded optical waveguide, the fiber guide groove and the optical waveguide can be formed using one photomask.

なお、上記第3図(h)のクラッド層エッチング工程
において、ファイバ・ガイド・コア層パタン3を残した
ままその間の領域のSi基板表面を露出するためには、本
実施例で説明した方法の他に埋め込みマスク法[特開昭
62−94936]を用いることも可能である。すなわち、同
図(f)の埋め込み工程において、ファイバ・ガイド・
コア層パタン3上にマスク材10を残したままクラッド層
2で埋め込み、この埋め込まれたマスク材10を同図
(h)のクラッド層エッチング工程におけるマスクとす
る方法である。しかし、この方法と比較すると、本実施
例の製作方法はプロセス数が少ない点で有利である。
In the cladding layer etching step of FIG. 3 (h), in order to expose the Si substrate surface in the region between the fiber guide core layer patterns 3 while leaving the fiber guide core layer pattern 3, the method described in the present embodiment must be used. Other than the embedded mask method [Japanese
62-94936]. That is, in the embedding process shown in FIG.
In this method, the mask material 10 is buried on the core layer pattern 3 with the mask material 10 remaining, and the buried mask material 10 is used as a mask in the cladding layer etching step of FIG. However, as compared with this method, the manufacturing method of the present embodiment is advantageous in that the number of processes is small.

実施例2 第6図は、本発明の第2実施例である製作方法により
製作されたファイバ・ガイド部付き光導波路を示す斜視
図である。本第2実施例においては、Si基板1として
(100)面結晶を用いる。光導波路2はSi基板凹部1bに
形成し、ガイド溝4はSi基板凸部1aに[110]方向と平
行に設ける。ガイド溝はV溝形状で、その側壁はSi(11
1)面4aにより形成されている。これは後に述べるよう
にSi基板の異方性エッチングにより形成したものであ
る。また、光導波路端部20は、凸状に突き出した形状と
した。
Embodiment 2 FIG. 6 is a perspective view showing an optical waveguide with a fiber guide portion manufactured by a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, a (100) plane crystal is used as the Si substrate 1. The optical waveguide 2 is formed in the concave portion 1b of the Si substrate, and the guide groove 4 is provided in the convex portion 1a of the Si substrate in parallel with the [110] direction. The guide groove has a V-groove shape, and its side wall is formed of Si (11
1) It is formed by the surface 4a. This is formed by anisotropic etching of the Si substrate as described later. The optical waveguide end 20 has a shape protruding in a convex shape.

第7図は、上記光導波路におけるファイバ・ガイド溝
の機能を説明するための断面図である。ガイド溝側壁4a
が基板面となす角度θ、光ファイバ5の半径R、導波路
コア層2aの厚さhのとき、ファイバ・ガイド・コア層パ
タン3の間隔Wは、 W=2[(R/sinθ)−(h/(2tanθ))] の関係を満たすように設定する。このような寸法に設定
すると、光ファイバ5とガイド溝4との接触点Aおよび
Bから光導波路コア層中心Oまでの距離はRとなるの
で、光ファイバ5をガイド溝4に挿入するだけで光導波
路コア層2aと光ファイバ・コア層5aの中心が一致し、フ
ァイバ−導波路間の位置合わせが実現できる。本実施例
においては、Si基板(100)面の異方性エッチングによ
りV溝を形成したので、θ=54.74゜となる。したがっ
て、光ファイバ外径125μm(R=62.5μm)、導波路
コア層厚h=8μmの時、最適なファイバ・ガイド・コ
ア層パタン3の間隔Wは、148μmとなる。
FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining the function of the fiber guide groove in the optical waveguide. Guide groove side wall 4a
Is the angle θ with the substrate surface, the radius R of the optical fiber 5, and the thickness h of the waveguide core layer 2a, the interval W between the fiber guide core layer patterns 3 is W = 2 [(R / sin θ) − (H / (2tanθ))]. With such dimensions, the distance from the contact points A and B between the optical fiber 5 and the guide groove 4 to the center O of the optical waveguide core layer becomes R, so that the optical fiber 5 is simply inserted into the guide groove 4. The center of the optical waveguide core layer 2a and the center of the optical fiber core layer 5a coincide, and positioning between the fiber and the waveguide can be realized. In this embodiment, since the V-groove was formed by anisotropic etching of the Si substrate (100), θ = 54.74 °. Therefore, when the outer diameter of the optical fiber is 125 μm (R = 62.5 μm) and the thickness h of the waveguide core layer is 8 μm, the optimum distance W between the fiber guide core layer patterns 3 is 148 μm.

このような構造のファイバ・ガイド溝は基本的には第
1実施例の製作方法と同様の方法で製作できる。すなわ
ち、ファイバ・ガイド・コア層パタン3を形成するにあ
たっては、第3図と同様のプロセスにしたがった後、Si
基板の異方性エッチングを行えばよい。Si基板の異方性
エッチングには、例えば、エチレンジアミンピロカテコ
ール等のアルカリエッチング液を用いる。エッチング液
に光導波路基板を浸せば、石英系ガラス膜でできたファ
イバ・ガイド・コア層パタン3および光導波路2をマス
クとしてSi基板がエッチングされてSi基板にV溝が形成
される。
The fiber guide groove having such a structure can be manufactured basically by the same method as the manufacturing method of the first embodiment. That is, in forming the fiber guide core layer pattern 3, the same process as in FIG.
The substrate may be subjected to anisotropic etching. For anisotropic etching of the Si substrate, for example, an alkaline etching solution such as ethylenediamine pyrocatechol is used. If the optical waveguide substrate is immersed in an etchant, the Si substrate is etched using the fiber guide core layer pattern 3 made of a quartz glass film and the optical waveguide 2 as a mask to form a V-groove in the Si substrate.

本第2実施例の製作方法のメリットは上記第1実施例
の製作方法と比較して、ガイド溝の加工精度を高めるこ
とが容易な点にある。すなわち、上記のエッチング液を
用いた場合、Si結晶面とエッチング速度の関係は、(10
0):(110):(111)≒50:30:3であるので(111)面
が現れると、その面は、それ以上エッチングされなくな
る。このため、ファイバ・ガイド・コア層パタン3の間
隔Wさえ精度よく形成すればガイド溝寸法が正確に決定
でき、したがって、エッチング深さの制御が不要とな
る。これに対して、第1実施例ではファイバ・ガイド・
コア層パタン3の間隔Wとともに、ガイド溝の深さも精
密に制御する必要があった。
An advantage of the manufacturing method of the second embodiment is that the processing accuracy of the guide groove can be easily increased as compared with the manufacturing method of the first embodiment. That is, when the above etching solution is used, the relationship between the Si crystal plane and the etching rate is (10
0): (110): (111) ≒ 50: 30: 3, so that when the (111) plane appears, it is no longer etched. For this reason, if even the interval W of the fiber guide core layer pattern 3 is formed with high accuracy, the guide groove dimension can be determined accurately, so that the control of the etching depth becomes unnecessary. In contrast, in the first embodiment, the fiber guide
It was necessary to precisely control the depth of the guide groove together with the interval W between the core layer patterns 3.

なお、本実施例において第6図に示したように光導波
路端部20をSi基板凸部1aに突出させたのは以下の理由に
よる。導波路端部20が平坦であると、第8図のように導
波路端部20直下のSi基板にも(111)面4aが現れて、こ
の結果、同図(b)に示すように、光ファイバ5と光導
波路2の端面どうしを接触させることができなくなる。
導波路端部20をSi基板凸部に突出させると、第9図に示
すように、(111)面ではない液晶面4a′が現れ、この
結果、光導波路下部のSi基板がエッチングされるので同
図(b)に示すようにファイバおよび導波路端部を接触
することが可能となる。
In this embodiment, the optical waveguide end 20 is projected from the Si substrate projection 1a as shown in FIG. 6 for the following reason. If the waveguide end 20 is flat, the (111) plane 4a also appears on the Si substrate immediately below the waveguide end 20 as shown in FIG. 8, and as a result, as shown in FIG. The end faces of the optical fiber 5 and the optical waveguide 2 cannot be brought into contact with each other.
When the waveguide end 20 protrudes from the convex portion of the Si substrate, as shown in FIG. 9, a liquid crystal surface 4a 'other than the (111) plane appears, and as a result, the Si substrate below the optical waveguide is etched. As shown in FIG. 4B, the fiber and the end of the waveguide can be brought into contact.

以上のように、本実施例においては、ガイド溝をSi基
板凸部に設けるにあたり、異方性エッチングによるV溝
形状としたので、ガイド溝は、その幅のみ精度良く形成
すればよくなり、この結果、精密ガイド溝の形成が容易
となった。
As described above, in the present embodiment, when the guide groove is provided in the convex portion of the Si substrate, the guide groove is formed in a V-groove shape by anisotropic etching. As a result, formation of the precision guide groove was facilitated.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

請求項1の発明によれば、表面に凹部および凸部を有
するSi基板を用い、その凹部にバッファ層、コア層およ
びクラッド層からなる光導波路を形成するとともに、Si
基板凸部をガイド・コア層パタンをマスクとしてエッチ
ングすることでファイバ・ガイド溝を形成するようにし
たので、1枚のフォトマスクを用いてガイド・コア層パ
タンおよび光導波路パタンを同時にパタン化できるよう
になり、したがってファイバ・ガイド部付きの埋め込み
型光導波路を効率良くかつ精度良く製作することが可能
となる。また、請求項2の発明によれば、他の製作方法
に較べてプロセス数を少なくすることができる。さら
に、請求項3の発明によれば、ガイド溝をSi基板凸部に
形成するにあたり、ガイド溝をSi基板異方性エッチング
により形成するので、ガイド溝の幅のみ正確に設定すれ
ば深さ方向の制御をする必要がなくなり、寸法制度の高
いガイド溝を容易に製作できる。
According to the invention of claim 1, an Si substrate having a concave portion and a convex portion on a surface is used, and an optical waveguide including a buffer layer, a core layer, and a clad layer is formed in the concave portion,
Since the fiber guide groove is formed by etching the substrate protrusion using the guide / core layer pattern as a mask, the guide / core layer pattern and the optical waveguide pattern can be simultaneously patterned using one photomask. Therefore, the embedded optical waveguide with the fiber guide portion can be manufactured efficiently and accurately. Further, according to the invention of claim 2, the number of processes can be reduced as compared with other manufacturing methods. Further, according to the third aspect of the present invention, when forming the guide groove in the convex portion of the Si substrate, the guide groove is formed by anisotropic etching of the Si substrate. It is not necessary to control the size of the guide groove, and a guide groove having a high dimensional accuracy can be easily manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図ないし第5図は本発明方法の第1実施例を示すも
ので、第1図は本第1実施例の方法により製作された埋
め込み型光導波路の斜視図、第2図はそのファイバ・ガ
イド部の説明図、第3図(a)〜(h)は本第1実施例
の方法の工程図、第4図(a)〜(c)および第5図
(a)〜(c)はガイド・コア層パタンの形成工程の説
明図である。第6図ないし第9図は本発明方法の第2実
施例を示すもので、第6図は本第2実施例の方法により
製作された埋め込み型光導波路の斜視図、第7図はその
ファイバ・ガイド部の説明図、第8図(a),(b)お
よび第9図(a),(b)は光導波路端部の構造の説明
図である。第10図は従来のガイド付き光導波路の斜視
図、第11図は従来の方法で、埋め込み形光導波路にガイ
ドを形成する工程を示す工程図である。 1……Si基板、1a……Si基板凸部、1b……Si基板凹部、
2……光導波路、2a……光導波路コア層、2b……光導波
路バッファ層、2c……光導波路クラッド層、3……ファ
イバ・ガイド・コア層パタン、4……ファイバ・ガイド
溝、4a……ガイド溝側壁(Si(111)面)、5……光フ
ァイバ、5a……光ファイバ・コア層、10,10a……マスク
材。
1 to 5 show a first embodiment of the method of the present invention. FIG. 1 is a perspective view of an embedded optical waveguide manufactured by the method of the first embodiment, and FIG. FIGS. 3 (a) to 3 (h) are explanatory views of the guide portion, FIGS. 3 (a) to 3 (h) are process diagrams of the method of the first embodiment, FIGS. 4 (a) to 4 (c) and 5 (a) to 5 (c). FIG. 3 is an explanatory view of a step of forming a guide / core layer pattern. 6 to 9 show a second embodiment of the method of the present invention. FIG. 6 is a perspective view of a buried optical waveguide manufactured by the method of the second embodiment, and FIG. FIGS. 8 (a) and (b) and FIGS. 9 (a) and 9 (b) are illustrations of the structure of the end of the optical waveguide. FIG. 10 is a perspective view of a conventional optical waveguide with a guide, and FIG. 11 is a process diagram showing a process of forming a guide in a buried optical waveguide by a conventional method. 1 ... Si substrate, 1a ... Si substrate convex, 1b ... Si substrate concave,
2 optical waveguide 2a optical waveguide core layer 2b optical waveguide buffer layer 2c optical waveguide clad layer 3 fiber guide core layer pattern 4 fiber guide groove 4a ... guide groove side wall (Si (111) surface), 5 ... optical fiber, 5a ... optical fiber core layer, 10, 10a ... mask material.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−117513(JP,A) 特開 昭63−131104(JP,A) 特開 昭61−267010(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 6/00 - 6/54 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-61-117513 (JP, A) JP-A-63-131104 (JP, A) JP-A-61-267010 (JP, A) (58) Field (Int.Cl. 6 , DB name) G02B 6 /00-6/54

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】表面に凹部及び凸部が形成されたSi基板上
に、石英系光導波路バッファ層を形成するバッファ層形
成工程と、 該基板表面を研磨しSi基板凸部表面を露出させ、かつ、
Si基板凹部上に形成した該石英系光導波路バッファ層表
面の高さを該Si基板凸部の高さと一致させる研磨工程
と、 該基板上に光導波路コア層を形成するコア層形成工程
と、 ガイド・コア層パタンと光導波路パタンとが同時に描か
れた一枚のフォトマスクを用い、かつ、該Si基板凸部上
面のコア層表面に該ガイド・コア層パタンが形成され、
該Si基板凹部上面のコア層表面に該光導波路パタンが形
成されるように位置合わせをしてマスク材をパタン化す
る第1フォトリソグラフィ工程と、 不要部分の石英系光導波路コア層を除去し該Si基板凸部
表面を露出させるコア層エッチング工程と、 該基板上にクラッド層を形成する埋め込み工程と、 該クラッド層上面に該光導波路パタンが形成された領域
を覆うようにマスク材をパタン化する第2フォトリソグ
ラフィ工程と、 不要部分のクラッド層を除去しコア層で形成したガイド
・コア層パタンを残してSi基板凸部を露出させるクラッ
ド層エッチング工程と、 該コア層で形成したガイド・コア層パタンをマスクとし
てSi基板凸部をエッチングしファイバ・ガイド溝を形成
するSi基板エッチング工程とからなることを特徴とする
ファイバ・ガイド部付き光導波路の製作方法。
1. A buffer layer forming step of forming a silica-based optical waveguide buffer layer on a Si substrate having a concave portion and a convex portion formed on a surface thereof, and polishing the substrate surface to expose the Si substrate convex portion surface. And,
A polishing step of making the height of the surface of the silica-based optical waveguide buffer layer formed on the concave portion of the Si substrate coincide with the height of the convex portion of the Si substrate, and a core layer forming step of forming an optical waveguide core layer on the substrate, Using a single photomask in which the guide core layer pattern and the optical waveguide pattern are simultaneously drawn, and the guide core layer pattern is formed on the core layer surface on the upper surface of the convex portion of the Si substrate,
A first photolithography step of aligning the optical waveguide pattern so as to be formed on the surface of the core layer on the upper surface of the concave portion of the Si substrate to pattern the mask material, and removing an unnecessary portion of the silica-based optical waveguide core layer. A core layer etching step of exposing the surface of the convex portion of the Si substrate, an embedding step of forming a clad layer on the substrate, and a mask material patterned so as to cover a region where the optical waveguide pattern is formed on the upper surface of the clad layer. A second photolithography step of forming a core layer, an unnecessary part of the clad layer, and a clad layer etching step of exposing the convex portion of the Si substrate leaving a guide / core layer pattern formed of the core layer; and a guide formed of the core layer. A silicon substrate etching step of etching the silicon substrate protrusions using the core layer pattern as a mask to form a fiber guide groove. Production method of de unit equipped optical waveguide.
【請求項2】上記クラッド層エッチング工程において、
該ガイド・コア層パタン形成部とその他の部分での膜厚
差およびコア層・クラッド層間でのエッチング速度差を
利用して、コア層で形成したガイド・コア層パタンを残
したことを特徴とする請求項1記載のファイバ・ガイド
部付き光導波路の製作方法。
2. In the cladding layer etching step,
Utilizing a difference in film thickness between the guide core layer pattern forming portion and other portions and a difference in etching rate between the core layer and the cladding layer, a guide core layer pattern formed of a core layer is left. The method for manufacturing an optical waveguide with a fiber guide section according to claim 1.
【請求項3】上記バッファ層形成工程において、Si基板
として(100)面結晶を用い、上記第1フォトリソグラ
フィ工程において、ガイド・コア層パタンをSi基板[11
0]方向と平行に設けるようにしてあり、かつ、上記Si
基板エッチング工程においてSi基板異方性エッチングを
行うことを特徴とする請求項1または2記載のファイバ
・ガイド部付き光導波路の製作方法。
3. The method according to claim 1, wherein the (100) plane crystal is used as the Si substrate in the buffer layer forming step, and the guide / core layer pattern is changed to the Si substrate [11] in the first photolithography step.
0] direction, and the Si
3. The method of manufacturing an optical waveguide with a fiber guide according to claim 1, wherein anisotropic etching of the Si substrate is performed in the substrate etching step.
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