JPH06118211A

JPH06118211A - 集積光学ミラーおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH06118211A
Application number: JP4352309A
Authority: JP
Inventors: Serge Valette; セルジュ・ヴァレット
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1994-04-28
Also published as: FR2685096A1; FR2685096B1; US5323407A; CA2084816A1; EP0547955A1

Abstract

(57)【要約】【目的】通常のミラー製造方法を使用しながら、理論
的な係数に等しい反射係数を有するミラーの製造を可能
にすることにある。【構成】光学ミラーは光ガイド、キヤビテイ、および
反射材料層を有する集積光学ミラーにおいて、前記光ガ
イド（２０）が基板（２２）の表面（２３）に製造され
かつ前記表面に対して平行な方向への光ビーム（３６）
の伝播に使用され、前記キヤビテイ（３０）が伝播方向
において該方向に対して垂直に方向付けられかつ断面に
おいてほぼ円弧形状を有する第１（３２）および第２
（３４）を有して前記光ガイド（２０）内に作られ、前
記２つの壁を隔てている距離（Ｌ）がミラーの光軸（３
７）において前記第２壁の曲率半径（Ｒ）に等しく、そ
して前記反射材料（３８）層が前記光ビームを前記第１
壁に反射するために前記第２壁上に単に配置され、第２
壁が凹状反射面を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集積光学系用ミラーに関
し、さらにその製造方法に関する。本発明は光ビームを
反射することが望まれるすべての分野においてかつとく
にリアルタイムレーダー信号処理の分野において、例え
ば、相関器、スペクトル分析器、干渉計において、光通
信の分野においてかつ光フアイバセンサおよび変換器の
分野において使用される。光フアイバセンサおよび変換
器はとくに宇宙、海軍、自動車および航空分野、ならび
に多数の目的用の製造ラインで使用される。より詳細に
は、前記ミラーは半導体レーザダイオードの安定化のた
めの外部キヤビテイを設けるようになされる。

【０００２】

【従来の技術】最近数年にわたつて研究された情報処理
および／または遠隔伝送方法は平面光ガイド中の光波に
よる伝送を利用する。これらの光ガイドは基板上に積層
された２つの上方および下方閉じ込め層の間に挿入され
たガイド層により構成され、該ガイド層は上方および下
方層の屈折率より実際に高い屈折率を有する。幾つかの
場合に、上方層は空気により置き換えられることができ
る。

【０００３】集積光学ミラーはすべて平面のガイド構造
集積光学ミラーの基本的な構成要素の１つを構成する。

【０００４】現在、集積光学系におけるミラーを製造す
るための最も容易な方法が添付の図１に長手方向断面図
で示される。この図で見ることができるのは、下方閉じ
込め層またはバツフア層、次いでガイド層６および最後
に上方閉じ込め層８により構成された光ガイド３を支持
する基板２である。

【０００５】ミラーの構造は基板までガイドの層４，６
および８を完全にエツチングしかつ層６により伝送され
た入射ビーム１４を再びガイド層６に反射するために、
金属化被覆１２によりエツチングされた側面１０を被覆
することからなる。反射されたビームは参照符号１５を
有する。金属化された被覆１２はミラーとして使用する
誘電体被覆の積み重ねにより置き換えられ得る。

【０００６】この型のミラーは、例えばＯＩＳ₂と呼ば
れる、Ｓｉ／ＳｉＯ₂／ＳＩ₃Ｎ₄／ＳＩＯ₂型の、ま
たはＯＩＳ₂と呼ばれる、ＳＩ／ＳＩＯ₂／ドーピング
されたＳｉＯ₂／ＳｉＯ₂型のシリコン基板上に形成さ
れたガイド構造にとくに使用される。ガイド層のドーピ
ングはその屈折率が上方および下方閉じ込め層の屈折率
より高いようになつている。

【０００７】

【発明が解決すべき課題】かかるミラーを製造する困難
は以下の２つの理由で実際のガイド構造のエツチングと
本質的に関連付けられる。すなわち、 −ガイド構造のエツチング厚さはかなりの厚さ、、光通
信に使用されるＯＩＳ₂構造に関して、例えば２５ない
し３０μｍになるかも知れず、 −表面状態の観点かつとくに側面の輪郭からエツチング
の品質がミラーの反射係数の値に関連して必須の役割を
演じる。

【０００８】ガイド構造のエツチングがガイド層の平面
に対して完全に垂直ならば、万事が完全である。残念な
がら、この状態は存在せずかつミラーの実際の輪郭は反
射係数の急激な降下に至る理想の輪郭に比して種々の範
囲で異なる。屈折係数はガイド層により支持される光ビ
ーム１４の入射がミラー（またはエツチングされた側面
１０）に対して垂直に近づくとき増加する。

【０００９】ＯＩＳ₂型構造において、最適な場合にお
ける反射時の光損失は理想の値に比してほぼ３ｄＢ（す
なわち、５０％）に達する。自明な解決はミラーに求め
られる理想の輪郭に近いガイド構造のエツチングに至る
技術的方法を使用することである。この分野において進
歩が望まれるけれども、これは絶対に理想的な解決にほ
とんど至らない長く、単調でかつそれゆえ高価な研究と
なる。

【００１０】本発明はこれらの欠点の除去を可能にする
集積光学ミラーおよびその製造方法に向けられる。とく
に、本発明は、通常のミラー製造方法を使用しながら、
理論的な係数に等しい反射係数を有するミラーの製造を
可能にする。

【００１１】本発明の原理は、通常得られるエツチング
輪郭を使用しながら、入射ビームにより遭遇されるガイ
ド構造の第２のかつ第１でないエツチングされた側面上
での瞬時のビームの反射を実施することにある。断面に
おいて、これらのエツチング側面は、その中心がミラー
の光軸上に概略配置される円弧状に形成される。

【００１２】より詳細には、本発明は、光ガイド、キヤ
ビテイ、および反射材料層を有し、前記光ガイドが基板
の表面に製造されかつ前記表面に対して平行な方向への
光ビームの伝播に使用され、前記キヤビテイが伝播方向
において該方向に対して垂直に方向付けられかつ断面に
おいてほぼ円弧形状を有する第１および第２を有して前
記光ガイド内に作られ、前記２つの壁を隔てている距離
がミラーの光軸において前記第２壁の曲率半径に等し
く、そして前記反射材料層が前記光ビームを前記第１壁
に反射するために前記第２壁上に単に配置され、前記第
２壁が凹状反射面を形成することを特徴とする集積光学
ミラーに関する。

【００１３】従来の集積ミラーの場合と違って、入射ビ
ームにより遭遇される第１壁が反射層により被覆されず
かつ結果として入射ビームを反射しない。

【００１４】ミラーの効率を改善しかつとくにキヤビテ
イ内に案内される光の拡散角度を減少するために、キヤ
ビテイは好都合には、またミラーの機械的な保護を提供
する誘電体材料で充填される。

【００１５】本発明による集積ミラーはパラボラ、楕円
形状または「平面」ミラーである。前者の２つの場合に
おいて、第２壁のガイド平面の断面はそれぞれパラボラ
または楕円でありかつ第１壁は該第１壁を前記第２壁か
ら隔てている距離が一定であるようになつている。

【００１６】本発明によるミラーはまた任意にパラボラ
または楕円フレネル型ミラーである。この場合に、第２
壁は光ビームの反射およびその分散の両方を保証する幾
つかの隣接面により構成されかつ第１壁は第２壁を隔て
ている距離が一定またはある程度一定であるような方法
において前記第２壁の輪郭に続いている。

【００１７】実際に、２つの壁を隔てている距離は１０
ないし１００μｍである。この距離についての精度はほ
ぼ１０％であり、それは僅かな問題を発生しかつ本発明
によるミラーは、従来の場合と違って、第２壁上のそれ
らの入射が第２壁に対して垂直であるかまたはそうでな
いに拘わらず、伴われるすべての半径に関して正確に作
用することが可能である。

【００１８】公知の方法において、光ガイドは下方閉じ
込め層、ガイド層および上方閉じ込め層からなり、前記
ガイド層が前記閉じ込め層間に挿入されかつ前記閉じ込
め層の屈折率より高い屈折率を有する。

【００１９】本発明によれば、キヤビテイはガイド構造
の上方層から下方層に延在し、その結果光線がキヤビテ
イ内に自由に拡散しかついかなる障害もなしに第２壁に
達する。

【００２０】本発明によるミラーは多数の基板上に製造
されかつとくにガラス、ニオブ酸塩リチウム、シリコ
ン、ＩＩＩ−Ｖ族材料上におよび例えばＧａＡｓまたは
ＩｎＰ上にまたはＩＩ−ＶＩ族材料、例えばＣｄＴｅ上
に製造されることができる。

【００２１】とくに、本発明によるミラーは以下の構
造、すなわち、 −イオン交換／ＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄／ＳｉＯ₂ −Ｓｉ／ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂ −Ｓｉ／ＳｉＯ₂／ＳｉＯ_XＮ_y／ＳｉＯ₂（０＜ｘ＜
および０＜ｙ＜４／３） −Ｓｉ／ＳｉＯ₂／ドーピングされたＳｉＯ₂／ＳｉＯ
₂ に適用し得る。

【００２２】シリカガイド層のドーパントは該ガイド層
が隣接層の屈折率より高い屈折率を有するようになつて
いる。

【００２３】閉じ込め層のシリカは純粋またはドーピン
グされた形状において使用されることができる。閉じ込
め層がその屈折率を減少するドーパントによりドーピン
グされるとき、ガイド層はドーピングされないシリカか
ら任意に製造され得る。

【００２４】その屈折率を増加する材料によるシリカの
ドーピングは燐、ゲルマニウム、チタニウムまたは窒素
により実施されることができそしてその屈折率を減少す
るドーパントによるシリカのドーピングはホウ素または
フツ素により実施されることができる。明らかなよう
に、ガイド層はさらに閉じ込め層の屈折率より高い屈折
率を持たねばならない。またシリコン基板をシリカ基板
に置き換えることも可能である。

【００２５】ＯＩＳ₁またはＯＩＳ₂型の構造におい
て、キヤビテイの充填のために任意に使用される誘電体
材料は純粋なまたはドーピングされたシリカの屈折率に
近いまたは大きな係数差を有するガイドの場合におい
て、案内されたモードの有効な係数に近い屈折率を有す
る。

【００２６】本発明はまた前述した型の集積光学ミラー
の製造方法に関する。この方法は基板の表面上に光ガイ
ドを形成し、前記光ガイド上に感光性樹脂マスクを製造
し、製造されるキヤビテイの位置に向かい合う開口を有
し、マスクされない光ガイドの領域を除去し、前記樹脂
マスクを除去しそして前記ガイドの表面に対して傾斜さ
れた、前記材料の先駆イオンビームを使用して前記第２
壁上に反射材料層を堆積することからなることを特徴と
する集積光学ミラーの製造方法に関する。

【００２７】ＯＩＳ₁およびＯＩＳ₂構造に関して、ト
レンチ（溝）の円弧壁はエツチングガスとしてとくにＣ
ＨＦ₃，Ｃ₂Ｆ₄またはＳＦ₆のごときフツ素−含有ガ
スを使用する反応イオンエツチングを使用することによ
り自然に得られ、エツチングガスは好ましくはＣＨＦ₃
である。

【００２８】本発明はまた、外部キヤビテイおよび反射
材料層によつて安定化され、前記外部キヤビテイが付与
された方向への前記ダイオードにより放出される光ビー
ムの伝播のために光ガイド内に形成され、前記キヤビテ
イが伝播方向において前記方向に対して垂直に方向付け
られかつ断面において、ほぼ円弧の形状を有する第１お
よび第２壁を有し、２つの壁を隔てている距離が前記外
部キヤビテイの光軸において前記第２壁の曲率半径に等
しく、前記反射材料の層が前記光ビームを前記第１壁に
反射するために前記第２壁上に単に堆積され、前記キヤ
ビテイの前記第１壁が前記ダイオードの入力面を構成す
ることを特徴とする半導体レーザダイオードに関する。

【００２９】本発明を非限定的な実施例に関連してかつ
添付図面を参照して以下により詳細に説明する。

【００３０】

【実施例】図２はガイド構造内の光伝播平面に対して垂
直な平面において断面図の形で本発明による集積「平
面」ミラーを略示する。

【００３１】従来技術に関してと同様に、本発明による
光学ミラーは、例えばシリコンまたはシリカからなる基
板２２の上面２３に載置するガイド構造２０内に形成さ
れる。

【００３２】ガイド構造２０は３つの重畳された層、す
なわち、純粋またはドーピングされたシリカからなる下
方閉じ込め層２４、高い屈折率を有するアルミナ、窒化
シリコン、酸窒化シリコンまたはシリカ（純粋またはド
ーピングされた）からなるガイド層２６および純粋また
はドーピングされたシリカからなる上方閉じ込め層２８
により構成される。

【００３３】これらの層のシリカはその屈折率を減少す
るドーパント（ホウ素またはフツ素）またはその屈折率
を増加するドーパント（ゲルマニウム、窒素、燐、チタ
ニウム）によりドーピングされることができる。シリカ
のドーピングはガイド層２６が層２６および２８の屈折
率より高い屈折率を有するようにしなければならない。

【００３４】ＯＩＳ₁構造に関して、層２４，２６およ
び２８はそれぞれ１ないし８μｍ、１０ないし２５０ｎ
ｍ、および１ないし８μｍの厚さを有する。ＯＩＳ₂構
造に関して、層２４，２６および２８はそれぞれ６ない
し１５μｍ、１ないし１０ｎｍおよび２ないし１２μｍ
の厚さを有する。

【００３５】本発明によれば、ガイド構造２０は層２
４，２６，２８の積層をエツチングすることにより画成
されたキヤビテイ３０を有する。このキヤビテイ３０
は、ガイドの平面に対して平行な、基板表面２３に対し
て平行な方向においてガイド層により運ばれる入射ビー
ム３６に対して垂直に方向付けられる入力壁３２（また
は第１壁）および出力壁３４（または第２壁）を有す
る。図２の平面において、壁３２および３４は、その中
心、それぞれＣおよびＣ’がミラーの光軸３７上に概略
置かれる円弧からなる近似形状を有する。

【００３６】本発明によれば、キヤビテイ３０の壁３
２，３４を隔てておりかつ記号Ｌで示される距離は壁３
４の曲率半径に等しい。実際に、距離Ｌはほぼ１０ない
し１００μｍである。その精度はほぼ１０％であり、そ
れはいかなる問題も発生せずかつ本発明によるミラーが
もたらされるすべての光線に関して作動することを可能
にする。

【００３７】壁の精密な形状はキヤビテイエツチング条
件に依存しかつそれゆえ、或る程度まで、異なる導波管
の特殊な特徴（とくに開口数）を考慮すべくなされるこ
とができる。

【００３８】第２壁３４は入射ビーム３６用の凹状ミラ
ーを画成しかつ壁３６に入射光を反射するのに使用され
る。反射されたビームは符号３９を有する。

【００３９】本発明によれば、反射材料、例えば金属か
らなる層３８がキヤビテイ壁３４に単に堆積される。こ
の層３８はとくにアルミニウム、金、銀等からなりそし
て代表的には５０ないし１０００ｎｍの厚さを有する。

【００４０】キヤビテイ３０の入力壁３２はまた、断面
入力、円弧の形状を有する。

【００４１】図２に示した実施例において、壁３２は一
般には壁３８の凹面と逆の凹面を有する。この凹面はミ
ラーの光軸３７に対して角度Ａだけ入射ビーム３６の拡
散を保証する。

【００４２】図３は本発明によるパラボラまたは楕円ミ
ラーを略示する。図３は前記ミラーの平面図でありかつ
それゆえガイドの平面内にある。この型のミラーにおい
て、ガイド層２６の光源点Ｆに関して、収束点Ｆは基板
表面２３に対して平行なガイドの平面内に置かれる。光
源点Ｓは集積ジオプター（フレネル型等の集積レンズ）
によりまたは光マイクロガイドの端部により供給される
ことができる。収束点Ｆはまたマイクロガイドの端部に
対応することができる。一般に、ＳおよびＦは第１壁３
２ａ上に置かれる。

【００４３】上述したように、入射ビーム３６により遭
遇される供給室３０ａの第２壁３４ａのみが反射層３８
により被覆される。本発明によれば、前記反射面３４ａ
のみが厳密に前記ミラーがパラボラまたは楕円ミラーで
あるかどうかに依存するパラボラまたは楕円にする必要
がある。入射光３６を回折するためにのみ使用されるキ
ヤビテイ３０ａの入力壁３２ａは、表面３２ａを表面３
４ａから隔てている距離Ｌがキヤビテイの底部からその
表面へ一定のままであるような方法において壁３４ａの
輪郭に追随する。かくして、壁３２ａは壁３４ａの凹面
と同一の凹面を有しかつそれゆえ楕円またはパラボラ形
状を有する。

【００４４】図４は本発明による分散的な、フレネル型
集積ミラーを平面図において示す。このミラーはキヤビ
テイ３０ｂを有し、その第２壁３４ｂは伝播平面に対し
て垂直な平面（すなわち、図４の平面に対して垂直な平
面）において概略円弧形状を有する。そのうえ、前記壁
３４ｂは入射表面３６の反射かつ波長の関数としてその
分散を保証する多重小面４０によつて構成される。

【００４５】かくして、ガイド層内の多重波長かつとく
に波長λ₁およびλ₂による光源点Ｓ’に関して前記ミ
ラーはキヤビテイ３０ｂの壁３４ｂの集束点を有しかつ
それゆえミラーはＦλ₁およびＦλ₂によりガイドの平
面内に置かれる。前述したように、点Ｓ’，Ｆλ₁およ
びＦλ₂は従来の作業において製造される光マイクロガ
イドの端部に対応することができ、光が再び集束される
マイクロガイドの方向付けは光カツプリングに有利であ
るように（一般に中央放射線の方向に）選ばれる。

【００４６】図４のミラーはとくに楕円ミラーである。

【００４７】図３に示したミラー関してと同様に、キヤ
ビテイ３０ｂの第２壁３４ｂは反射層３８により被覆さ
れる。そのうえ、入射ビーム３６により遭遇される第１
壁３２ｂは壁３４ｂの平均曲率半径に等しい距離Ｌにお
いて壁３４ｂの輪郭に追随する。

【００４８】小面４０の小さな変位、代表的には１μｍ
を心に留めて、これらの小面を壁３２ｂ上に再び製造す
る必要はない。それゆえ壁３２ｂは壁３４ｂの包絡面４
２に追随する。

【００４９】加えて、図３の実施例におけるように、２
つの壁３２ｂおよび３４ｂは凹状形状である。

【００５０】以下の説明は図２に示した「平面」光学ミ
ラーと同様な「平面」光学ミラーに関する。しかしなが
ら、この方法がまた他の型のミラーの製造に適用される
ことは自明である。

【００５１】図５を参照して、本方法の第１段階は基板
２２の表面２３上に光ガイド２０を層２４に関して基板
の熱酸化によりかつ層２６および２８に関して任意にプ
ラズマ支援化学気相成長により層２４，２６および２８
を連続して堆積することにより形成することからなる。
層堆積方法は従来技術による。

【００５２】通常のフオトリソグラフイ方法を使用し
て、これに続いてミラーキヤビテイ３０を製造したい位
置において開口４６を有する樹脂マスク４４が製造され
る。この樹脂マスク４４は例えば公知の３層方法（下方
樹脂層、誘電体層および上方樹脂層の連続堆積、上方樹
脂層内のマスクの製造、誘電体層のエツチング、上方樹
脂層の除去かつ次いで下方樹脂層をエツチングするため
の前記誘電体マスクの使用かつ最後に誘電体マスクの除
去）にしたがつて製造される。

【００５３】これに続いて高圧（＞９０ｍＴ、すなわち
使用される機械において＞１２Ｐａ）でフツ素含有剤４
７かつとくにＣＨＦ₃を使用してガイドの３つの層２
８，２６および２４の高電力反応イオンエツチング（２
５０ないし４００Ｗ）が行われる。これはその壁３２お
よび３４が断面において半径Ｒの円弧の形状を有しかつ
そのそれぞれの中心ＣおよびＣ’が光軸３７上に置かれ
る樹脂マスク４４の開口４６に向かい合うキヤビテイ３
０を付与する。キヤビテイは光軸３７上で最大幅を有す
るバレル形状である。

【００５４】フツ素含有化合物に基礎を置いたシリカの
反応イオンエツチングは使用されガス（ＣＨＦ₃＋Ｏ₂
等）の圧力、使用される電力、酸素レベルおよびエツチ
ング剤に対するマスクの抵抗の関数である種々のエツチ
ングされた形状の製造を可能にする。

【００５５】一般的な言葉で言えば、高い電力および高
い圧力により、エツチング剤とエツチングされるべき材
料との間の衝突数が増加しかつエツチングの異方性を減
少する傾向がある。これはしたがつて底部上の最大開口
によりり非垂直エツチングとなるが、実際にはマスク
は、エツチングに十分に抗する（良好な選択性）ことが
できるならば、３層マスク（厚い樹脂／ＳｉＯ₂／薄い
樹脂）を有する場合であるこの形状の獲得を妨害する。

【００５６】本発明におけると異なって、ここで使用さ
れるシリカより薄いシリカ厚かつとくにＯＩＳ₁構造に
より、低電力および低圧力で作動しかつしたがつてより
垂直な輪郭を得ることができる。

【００５７】樹脂マスク４４の除去に続いて、例えば適
合される溶媒マスク酸素プラズマの助けにより、図６に
示される方法において、金属層３８がキヤビテイ３０の
壁３４上に堆積される。この堆積はイオンビーム４８
を、例えばガイド２０の表面に対して角度Ｂだけ傾斜さ
れた金属マスク４９を介して供給することにより引き起
こされる。代表的にはＢは１０ないし１００μｍのＬに
関して２０ないし８０°である。このイオンビーム４８
は真空蒸着マスクカソードスパツタリングから結果とし
て生じることが可能である。

【００５８】傾斜の結果として、壁３２は金属化により
一般に接触されないかまたは影響を及ぼされずそして過
剰金属はその場合にエツチングにより除去され得る。こ
の場合に、壁の金属化はマスク４９なしに行うことがで
きる。

【００５９】また、堆積３８を形成するためにリフトオ
フ（持ち上げ）方法（樹脂マスクの堆積、金属化、樹脂
および該樹脂を被覆する金属の除去）を使用することが
できる。

【００６０】また、同一原理を使用して、金属堆積を誘
電体多重層堆積に置き換えることができる。

【００６１】図７は本発明によるミラーの構造的変形例
を概略的にかつ断面において示す。この変形例におい
て、ミラーはガイド層２４，２６および２８の屈折率に
好ましくは近い屈折率を有する誘電体材料５０かつした
がつて本件において、純粋なシリカまたはドーピングさ
れたシリカ、または顕著な屈折率差の場合において、案
内されたモード（ＯＩＳ₁の場合）の有効係数に近い屈
折率を有する誘電体材料５０によるキヤビテイ３０の充
填により前述のミラーと異なる。とくに、前記誘電体５
０はシリカゲルまたは光学的接着剤またはニカワにして
もよい。

【００６２】この誘電体５０はミラー用の機械的な保護
を備える。それはまたキヤビテイ３０内に案内される光
の拡散角度Ａ’を減少することによりりミラーの効率を
改善する。それはまたキヤビテイの第１壁３２上のフレ
ネル型反射による光損失を低減する。

【００６３】キヤビテイ３０は化学気相成長によるか、
または以前にエツチングされた充填回路に追随する注射
器によるか、またはろくろを使用することにより充填さ
れることができる。

【００６４】Ｓｉ／ＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄ＳｉＯ₂また
はＳｉ／ＳｉＯ₂／Ａｌ₂Ｏ₃／ＳｉＯ₂構造のごと
き、非常に異なる材料により構成されるガイド構造の場
合において、コア材料（Ｓｉ₃Ｎ₄またはＡｌ₂Ｏ₃）
のエツチングは周囲材料（ＳｉＯ₂）のエツチングと異
なることができる。

【００６５】この場合に、ミラーは図８および図９に示
される方法、すなわち、１）ガイド構造の下方２４およびガイド２６層の堆積；２）製造されるべきキヤビテイ３０の第１壁３２の上流
にコア材料を単に維持するような方法において平らなガ
イドまたはマイクロガイド２６ａ（図８）の形でガイド
層をエツチングし；３）２）において得られた構造上への上方閉じ込め層２
８の堆積（図８）；４）金属層３８の堆積に続いて、下方および上方閉じ込
め層２４，２８をエツチングすることによるキヤビテイ
３０の製造（図９）において好都合に製造される。

【００６６】ガイド２６ａのコアの端部とミラーの第１
壁３２との間の距離ｄが小さい（数μｍ）。

【００６７】この方法は、考え得るエツチングかつそれ
ゆえドライエツチングにおける材料のエツチング速度差
による壁３４の輪郭解放を回避しながら、単一材料型
（この場合にシリカ）の深いエツチングを要求するのみ
の利点を有する。

【００６８】前述されたミラーおよびその製造方法は外
部のキヤビテイにより半導体レーザダイオードを安定化
するのに好都合に使用されることができる。

【００６９】外部キヤビテイによる安定性の利点は単一
長手方向モード上のダイオードの作動およびモードジヤ
ンプの不足による周波数安定性である。

【００７０】図１０および図１１はそれぞれ、長手方向
断面図および平面図において、図２に関して説明される
ように、本発明によるミラーを備えた外部キヤビテイに
より安定化されるレーザダイオードを示す。

【００７１】平らなまたは閉じ込め能動領域５４を備え
たダイオード５２は金属溶接５６により基板２２にハイ
ブリツド化されかつ固定される。このダイオードはとく
に公知の方法を使用してＩＩＩ−Ｖ族材料から製造され
る。それは光学ガイド２０内にダイオードにより放出さ
れた光３６を集束するための集束レンズ６２に向かい合
って接着することにより得られた出力面５８および入力
面６０、および本発明によるミラーのキヤビテイ３０に
より構成された外部キヤビテイを有する。ミラーのかつ
それゆえ外部キヤビテイの光軸３７は能動領域５４を通
過する。

【００７２】ダイオードの入力面６０は半透明のミラー
として使用する非反射被覆６４を有しかつ第１ミラー壁
を構成する。本発明によるミラーの第２壁３４に形成さ
れた金属層３８は能動領域５４に向う半透明のミラー６
４の光通過の反射を可能にする。

【００７３】集束レンズ６２は光学ガイド２０内に画成
されかつ基板２２に作られた凹所６８に突出する舌片６
６の端部に形成される。舌片は２つの連続するエツチン
グ方法を実施することにより得られ、第１のエツチング
方法はキヤビテイ３０のエツチングと同時に行われ、一
方第２のエツチング方法は基板から舌片６６を自由にし
かつ凹所６８を形成するのに使用される。第２のエツチ
ングはＡｒ，ＳＦ₆およびＯ₂のごとき反応ガスを使用
するマイクロ波エツチングである。

【００７４】レンズ６２はＣＯ₂の放出のごときシリカ
により吸収される波長においてレーザ照射により舌片６
６の端部を溶融することにより得られる。

【００７５】ダイオード入力面および金属層を隔ててい
る距離Ｌはこの場合にに代表的には３０ないし３００で
ありかつミラーの曲率半径Ｒに等しい。これはダイオー
ドへの光の最大の再入射を可能にしかつ外部キヤビテイ
上での振動を可能にする。平面図において、本発明によ
るミラーの反射面３８はまた同一の曲率半径Ｒを備えた
球面形状を有する。

【００７６】

【発明の効果】叙上のごとく、本発明は、光ガイド、キ
ヤビテイ、および反射材料層を有する集積光学ミラーに
おいて、前記光ガイドが基板の表面に製造されかつ前記
表面に対して平行な方向への光ビームの伝播に使用さ
れ、前記キヤビテイが伝播方向において該方向に対して
垂直に方向付けられかつ断面においてほぼ円弧形状を有
する第１および第２を有して前記光ガイド内に作られ、
前記２つの壁を隔てている距離がミラーの光軸において
前記第２壁の曲率半径に等しく、そして前記反射材料層
が前記光ビームを前記第１壁に反射するために前記第２
壁上に単に配置され、前記第２壁が凹状反射面を形成す
る構成としたので、通常のミラー製造方法を使用しなが
ら、理論的な係数に等しい反射係数を有するミラーの製
造を可能にする集積光学ミラーを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の集積光学ミラーを略示する長手方向断面
図である。

【図２】本発明による「平面」集積光学ミラーを略示す
る長手方向断面図である。

【図３】本発明による楕円またはパラボラミラーを略示
する平面内である。

【図４】本発明によるフレネル型集積ミラーを略示する
平面図である。

【図５】第１変形例において本発明による集積ミラーの
製造の段階を略示する断面図である。

【図６】第１変形例において本発明による集積ミラーの
製造の段階を略示する断面図である。

【図７】本発明による集積ミラーの構造的変形例を概略
的に示す断面図である。

【図８】第２変形例において、本発明による集積ミラー
の製造の段階を略示する断面図である。

【図９】第２変形例において、本発明による集積ミラー
の製造の段階を略示する断面図である。

【図１０】外部キヤビテイにより安定化されかつ本発明
により構成されるレーザダイオードを略示する長手方向
断面図である。

【図１１】外部キヤビテイにより安定化されかつ本発明
により構成されるレーザダイオードを略示する平面図で
ある。

【符号の説明】

２０ガイド構造２２基板２４下方閉じ込め層２６ガイド層２６ａガイド層２８上方閉じ込め層３０キヤビテイ３０ａキヤビテイ３０ｂキヤビテイ３２第１壁３２ａ第１壁３２ｂ第２壁３４第２壁３４ａ第２壁３４ｂ第２壁３６光ビーム３７光軸３８反射材料層４０隣接面４２輪郭４４樹脂マスク４６開口４８先駆イオンビーム６０第１壁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ガイド、キヤビテイ、および反射材料
層を有する集積光学ミラーにおいて、前記光ガイド（２
０）が基板（２２）の表面（２３）に製造されかつ前記
表面に対して平行な方向への光ビーム（３６）の伝播に
使用され、前記キヤビテイ（３０，３０ａ，３０ｂ）が
伝播方向において該方向に対して垂直に方向付けられか
つ断面においてほぼ円弧形状を有する第１（３２，３２
ａ，３２ｂ）および第２（３４，３４ａ，３４ｂ）を有
して前記光ガイド（２０）内に作られ、前記２つの壁を
隔てている距離（Ｌ）がミラーの光軸（３７）において
前記第２壁の曲率半径（Ｒ）に等しく、そして前記反射
材料（３８）層が前記光ビームを前記第１壁に反射する
ために前記第２壁上に単に配置され、前記第２壁が凹状
反射面を形成することを特徴とする集積光学ミラー。
【請求項２】パラボラまたは楕円形状を有し、前記第
２壁（３４ａ９のガイドの平面における断面がそれぞれ
パラボラまたは楕円でありそして前記第１壁（３２ａ）
が該第１壁を前記第２壁から隔てている距離が一定であ
るようになつていることを特徴とする請求項１に記載の
集積光学ミラー。
【請求項３】フレネル型からなり、前記第２壁（３４
ｂ）が光ビームの反射およびその分散の両方を保証する
幾つかの隣接面（４０）により構成されかつ前記第１壁
（３２ｂ）が、前記第２壁を隔てている距離（Ｌ）が一
定またはある程度一定であるような方法において前記第
２壁の輪郭に続くことを特徴とする請求項１に記載の集
積光学ミラー。
【請求項４】２つの壁を隔てている距離（Ｌ）が約１
０％の精度で１０ないし１００μｍであることを特徴と
する請求項１に記載の集積光学ミラー。
【請求項５】前記キヤビテイ（３０）はミラーの機械
的な保護を備える誘電体材料（５０）で充填されること
を特徴とする請求項１に記載の集積光学ミラー。
【請求項６】前記光ガイドが下方閉じ込め層（２
４）、ガイド層（２６，２６ａ）および上方閉じ込め層
（２８）からなり、前記ガイド層（２６，２６ａ）が前
記閉じ込め層間に挿入されかつ前記下方および上方層の
屈折率より高い屈折率を有しそして前記キヤビテイ（３
０，３０ａ，３０ｂ）が前記上方層から前記下方層に延
在することを特徴とする請求項１に記載の集積光学ミラ
ー。
【請求項７】前記基板（２２）がシリコンまたはシリ
カから作られ、前記上方層（２８）および前記下方層
（２４）が純粋かまたは任意にドーピングされたシリカ
層でありそして前記ガイド層（２６，２６ａ）がドーピ
ングされたシリカ、アルミナ、窒化シリコンまたは酸窒
化シリコンから作られることを特徴とする請求項６に記
載の集積光学ミラー。
【請求項８】前記キヤビテイは純粋またはドーピング
されたシリカの屈折率に近いかまたは案内されたモード
の有効な率に近い屈折率を有する材料で充填されること
を特徴とする請求項７に記載の集積光学ミラー。
【請求項９】前記ガイド層は前記第１壁（３２）の上
流にのみ残るような方法においてエツチング（２６ａ）
されることを特徴とする請求項６に記載の集積光学ミラ
ー。
【請求項１０】光ガイド、およびキヤビテイを有し、
前記光ガイド（２０）が基板（２２）の表面（２３）に
製造されかつ前記表面に対して平行な方向への光ビーム
（３６）の伝播に使用され、前記キヤビテイ（３０，３
０ａ，３０ｂ）が伝播方向において該方向に対して垂直
に方向付けられかつ断面においてほぼ円弧形状を有する
第１（３２，３２ａ，３２ｂ）および第２（３４，３４
ａ，３４ｂ）を有して前記光ガイド（２０）内に作ら
れ、前記２つの壁を隔てている距離（Ｌ）がミラーの光
軸（３７）において前記第２壁の曲率半径（Ｒ）に等し
い集積光学ミラーの製造方法において、前記基板（２
２）の前記表面（２３）上に前記光ガイド（２０）を形
成し、前記光ガイド上に感光性樹脂マスク（４４）を製
造し、製造されるキヤビテイの位置に向かい合う開口
（４６）を有し、マスクされない光ガイドの領域を除去
し、前記樹脂マスク（４４）を除去しそして前記ガイド
の表面に対して傾斜された、前記材料の先駆イオンビー
ム（４８）を使用して前記第２壁上に反射材料層（３
８）を堆積することからなることを特徴とする集積光学
ミラーの製造方法。
【請求項１１】前記基板（２２）がシリコンまたはシ
リカから作られそして前記光ガイドが純粋かまたは任意
にドーピングされたシリカ層からなる下方閉じ込め層
（２４）、ドーピングされたシリカ、アルミナ、窒化シ
リコンまたは酸窒化シリコンからなるガイド層（２６，
２６ａ）および純粋または任意にドーピングされたシリ
カからなる上方閉じ込め層（２８）を有し、前記ガイド
層（２６，２６ａ）が前記閉じ込め層間に挿入されかつ
下方および上方層の屈折率より高い屈折率を有すること
を特徴とする請求項１０に記載の集積光学ミラーの製造
方法。
【請求項１２】エツチングがフッ素含有ガスにより実
施されることを特徴とする請求項１１に記載の集積光学
ミラーの製造方法。
【請求項１３】前記ガイドがａ）下方閉じ込め層（２
４）を基板（２２）上に堆積し、ｂ）ガイド層（２６）
を前記下方閉じ込め層上に堆積し、ｃ）形成されるキヤ
ビテイ（３０）の第１壁（３２）の上流にのみ前記ガイ
ド層の材料を維持するように前記ガイド層（２６ａ）を
エツチングしそしてｄ）上方閉じ込め層（２８）をｃ）
において得られた構造上に堆積することにより形成され
ることを特徴とする請求項１０に記載の集積光学ミラー
の製造方法。
【請求項１４】外部キヤビテイ（３０）および反射材
料層（３８）によつて安定化される半導体レーザダイオ
ードにおいて、前記外部キヤビテイ（３０）が付与され
た方向への前記ダイオードにより放出される光ビーム
（３６）の伝播のために光ガイド（２０）内に形成さ
れ、前記キヤビテイが伝播方向において前記方向に対し
て垂直に方向付けられかつ断面において、ほぼ円弧の形
状を有する第１（６０）および第２（３４）壁を有し、
２つの壁を隔てている距離（Ｌ）が前記外部キヤビテイ
（３０）の光軸（３７）において前記第２壁の曲率半径
（Ｒ）に等しく、前記反射材料（３８）の層が前記光ビ
ームを前記第１壁に反射するために前記第２壁上に単に
堆積され、前記キヤビテイの前記第１壁が前記ダイオー
ドの入力面（６０）を構成することを特徴とする半導体
レーザダイオード。