JPH0567202B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発・受光素子、その他光デバイスと
光導波路、光フアイバとの接続に用いる光接続回
路、特に、シリコン基板上の光導波路の光接続回
路の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

光通信の発展に伴い基板上に半導体レーザーや
光スイツチ等の光機能素子をハイブリツドに集積
し、これらの素子間を光導波路で結ぶ光回路が開
発されている。そしてこれらの光導波路アレイと
光機能素子アレイ、あるいは光導波路アレイと光
フアイバアレイの光接続回路に特に高精度で生産
性のよい光接続回路が求められている。

この光接続回路としては多数のものが提案され
ているが、その一つとして第６図に示すものがあ
る。第６図ａは光導波路と光フアイバとを接続し
た光接続回路の正面図、第６図ｂはその側面図で
あるが、この従来の光接続回路によれば、シリコ
ン（100）基板１上に光導波路コア９及び光導波
路バツフア層１０よりなる光導波路２を形成し、
この光導波路２と中心軸を同じくする所望の大き
さのＶ溝３をシリコン（100）基板１に形成し、
このＶ溝３に光フアイバ４を挿入することにより
光導波路２と光フアイバ４、光フアイバコア８の
位置合わせを行つている。

また、シリコン基板１へのＶ溝３は、シリコン
（100）基板上にフオトリソグラフイー技術を用い
てSiO₂をマスクとしてパターン化し、沸点まで
加熱したKOHエツチング液中に浸し、シリコン
の異方性エツチングを用いて作成している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第６図の構造ではＶ溝３の終端部に（１１１）
結晶面５が露出する。この（１１１）結晶面５は
シリコン（100）基板１の表面に対し、θ＝54.7゜
の傾きを持つている。このため光導波路２の端面
と光フアイバ４の端面との間に隙間があき、両端
面が密着した場合に比べ光の結合損失が増加す
る。

また、加熱されたKOHエツチング液により、
シリコンに比べエツチングレートは遅いが光導波
路２もエツチングされ、光導波路２の端面や側面
も変形を受ける。このため、光導波路端面及び側
面における光の散乱損失が増加する。

本発明の目的は、このような欠点を除去した光
接続回路の製造方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の光接続回路の製造方法は、シリコン基
板上に光導波路を形成し、前記基板を熱反応性の
エツチング液中に浸し、前記基板上にレーザービ
ームを照射することにより、前記光導波路と基板
面内の中心軸を同じくし、少なくとも一端が前記
光導波路の下部にある光素子位置合わせ用溝を形
成することを特徴としている。

〔作用〕

光フアイバ位置合わせ用のＶ溝の後端部を光導
波路の下部まで形成することにより、光導波路の
端面と光フアイバの端面とを密着させることが可
能となり、光の結合損失を減少させることができ
る。

また、熱反応性のエツチング液、例えばKOH
を用い、常温のエツチング液中にシリコン基板を
浸し、レーザービームを絞り込んで照射すること
により、シリコン基板を部分的に加熱し、局部的
にエツチング反応を誘起する（以下このエツチン
グ方法をレーザーアシストエツチングと呼ぶこと
にする）。レーザービームは光導波路を誘過し、
シリコン基板のみを加熱するため、ビームが照射
され、かつエツチング液に接したシリコン基板表
面でのみエツチング反応が進む。照射面積が微小
であるため、エツチング液の対流による影響はな
い。このレーザーアシストエツチングを用いるこ
とにより、光導波路に悪影響を与えることなくＶ
溝を光導波路下部まで形成することができる。

〔実施例〕

以下図面により本発明の実施例を詳細に説明す
る。

第２図は本発明の製造方法により製造される光
接続回路の構造を示す斜視図である。第３図ａは
第２図の光接続回路の光導波路に光フアイバを接
続した状態での正面図、第３図ｂは側面図であ
る。

この光接続回路は、光導波路コア９及び光導波
路バツフア層１０よりなる光導波路２が形成され
ているシリコン（100）基板１上に位置合わせ用
Ｖ溝３が、光導波路２の下部まで形成されてい
る。このＶ溝の側面には（111）結晶面６と（１
１ １）結晶面７が露出し、終端部には（１１１）
結晶面５が露出している。

シリコン（100）面と＜111＞面の角度は常に一
定でθ＝54.7゜である。このようなＶ溝３に第３
図に示すように光フアイバ４が挿入される。この
場合、第３図ｂに示すようにＶ溝３が光導波路２
の下部まで形成されているため、光フアイバ４を
Ｖ溝３の終端部である（１１１）面５に妨げられ
ることなく、光導波路２の端面と密着させること
が可能である。

また第３図ａに示すように、シリコン（100）
基板１表面からＶ溝３に挿入された光フアイバ４
のコア８の中心までの高さｘにより、Ｖ溝３の開
口幅ｗは決まる。したがつて、光導波路２とＶ溝
３の水平方向の中心軸を一致させ、Ｖ溝３の開口
幅ｗを制御することにより、光フアイバコア８と
光導波路コア９を精度よく一致させることができ
る。

例えば、ｘ＝10μｍ、フアイバ外径125μｍとす
ると、光導波路２の下部のＶ溝長さＬ≧37.2μｍ
となり、Ｖ溝開口幅ｗ＝139.0μｍとなる。

次に、第２図の光接続回路の製造方法の一実施
例を第１図によつて説明する。なお、第１図はレ
ーザーアシストエツチングによつて位置合わせ用
Ｖ溝の形成を行う装置の断面図である。

シリコン（100）基板上にバツフア層、コア層
を成膜し、反応性イオンエツチング等の方法によ
り、光導波路バツフア層１０及び光導波路コア９
よりなる光導波路２を形成すると同時に、位置合
わせ用Ｖ溝を形成する部分のシリコン（100）面
を露出させる。この基板を常温のKOHエツチン
グ液１１の入つた容器１２の中に浸す。Arレー
ザー１３を出射したレーザービーム１４を、反射
鏡１５、集束用レンズ１６を通り、最小3μｍの
スポツト径で基板に照射する。反射鏡１５を取り
外し、観察光学系１７を用いて焦点位置を変える
ことによりスポツト径を調節し、またビームを所
望の開始位置にセツトすることができる。容器１
２は精密移動台１８の上に固定されており、この
精密移動台１８の移動量とArレーザー１３の出
力を制御することにより所望の形状及びパターン
の位置合わせ用Ｖ溝３を形成することができる。
この場合、レーザービームは光導波路２を透過し
てシリコン基板１のみを加熱するため、光導波路
が直接エツチングされることはない。加熱された
エツチング液の対流による影響も、照射面積が微
小であるため発熱量が少なく、光導波路コア９に
は及ばない。したがつて、光の散乱損失を増加さ
せることなく、光導波路下部までＶ溝を作成する
ことができる。

以上の製造方法によれば、Arレーザー１３の
出力を1W、移動速度を25〜100μｍ／sec、スポツ
ト径を３〜10μｍとすることにより、１％程度の
精度でＶ溝３の開口幅ｗを制御できることがわか
つた。

第４図に本発明の他の実施例を示す。本実施例
においては、光導波路２の形成時に、Ｖ溝３を形
成する部分のみ所望の開口幅ｗでシリコン面を露
出させ、残りの膜１９をマスクとして使用する。

この方法によれば、レーザーアシストエツチン
グを行う際の光導波路２とＶ溝３の水平方向の中
心軸合わせ、及び開口幅ｗの制御をより容易に行
うことが可能である。なお、第４図において、第
２図と同一の要素には同一の番号を付して示して
いる。

以上の実施例においてはレーザー光源として
Arレーザーを用いたが、これに限るものではな
く、エツチング液を透過しシリコン基板を加熱す
ることのできる波長域の他のレーザー例えば
VAGレーザーを用いることもできる。エツチン
グ液も、KOHに限らず、シリコンに対しエツチ
ング異方性を持つ、熱反応性のエツチング液たと
えばエチレンダイアミン（ethylenediamine）
46.5mol％、フイロカテイコール
（pyrocatechol）4mol％水溶液等を利用すること
もできる。また精密移動台を用いて基板を移動す
るかわりにレーザービームを移動させながらエツ
チングを行うことも可能である。

第５図に、本発明により製造された光接続回路
における光導波路と光フアイバの結合損失を示
す。従来は光導波路と光フアイバの間隔が37.2μ
ｍ以上であつたが、この間隔を０にすることによ
り1.35dBの損失改善が得られた。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明の製造方法により製
造された光接続回路によれば、光導波路と光フア
イバや導波形半導体デバイスとの端面を密着さ
せ、さらに精密、かつ簡易に位置合わせを行うこ
とが可能となる。

また、本発明のレーザーアシストエツチングを
用いると、レーザービームは光導波路を透過して
シリコン基板のみを加熱するため、光導波路が直
接エツチングされることはない。加熱されたエツ
チング液の対流による影響も照射面積が微小であ
るため、発熱量が少なく光導波路コア層には及ば
ない。したがつて、光の散乱損失を増加させるこ
となく光導波路下部までＶ溝を作成することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における位置合わせ
用溝形成方法の説明図、第２図は本発明の製造方
法により製造される光接続回路の斜視図、第３図
ａは第２図の光接続回路に光フアイバを接続した
正面図、第３図ｂは側面図、第４図は本発明の他
の実施例を説明するための光接続回路の斜視図、
第５図は本発明により製造された光接続回路と従
来の光接続回路の光結合損失を示す図、第６図ａ
は従来の光接続回路を示す正面図、第６図ｂは側
面図である。 １……シリコン（100）基板、２……光導波路、
３……位置合わせ用Ｖ溝、４……光フアイバ、５
……シリコン（１１１）面、６……シリコン
（111）面、７……シリコン（１１ １）面、８…
…光フアイバコア、９……光導波路コア、１０…
…光導波路バツフア層、１１……KOHエツチン
グ液、１２……エツチング液容器、１３……Ar
レーザー、１４……レーザービーム、１５……反
射鏡、１６……集束用レンズ、１７……観察光学
系、１８……精密移動台、１９……マスク用膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリコン基板上に光導波路を形成し、前記基
   板を熱反応性のエツチング液中に浸し、前記基板
   上にレーザービームを照射することにより、前記
   光導波路と基板面内の中心軸を同じくし、少なく
   とも一端が前記光導波路の下部にある光素子位置
   合わせ用溝を形成することを特徴とする光接続回
   路の製造方法。