JPH06167627A - レンズ機能付きガラス導波路の製造方法およびそれを用いたldアレイモジュール - Google Patents

レンズ機能付きガラス導波路の製造方法およびそれを用いたldアレイモジュール

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JPH06167627A
JPH06167627A JP34091792A JP34091792A JPH06167627A JP H06167627 A JPH06167627 A JP H06167627A JP 34091792 A JP34091792 A JP 34091792A JP 34091792 A JP34091792 A JP 34091792A JP H06167627 A JPH06167627 A JP H06167627A
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JP
Japan
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waveguide
glass
core
layer
glass waveguide
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JP34091792A
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English (en)
Inventor
Naoto Uetsuka
尚登 上塚
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 石英ガラス導波路、特にレンズ機能を有した
導波路の製造方法と、それを用いた半導体レーザアレイ
モジュールを提供する。 【構成】 垂直な方位が<1,0,0>であるSi基板
上にバッファ層およびコア層を形成し、上記コア層を矩
形状に反応性イオンエッチング法によりエッチングし、
この上に火炎堆積法によりクラッド層を形成して燒結す
ることにより導波路を得る工程、上記導波路上にWSi
膜をスパッタ法により形成する工程、上記WSi膜上に
フォトレジストを塗布しマスクを用いて露光させ、WS
i層を反応性イオンエッチング法によりエッチングする
工程、上記WSi層の下地のガラス導波路を反応性イオ
ンエッチング法によりエッチングして端部の導波路に凸
部を形成する工程、ウエットエッチング法によりエッチ
ングして端部のクラッド層の長手方向に切り込まれた突
出部を形成する工程、上記クラッド層の突出部を放電加
工により加熱して表面張力により表面が滑らかなレンズ
状とする工程とからなるレンズ機能付きガラス導波路の
製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は石英系ガラス導波路、
特に、レンズ機能を有した導波路の製造方法に関し、こ
れにより製作されたガラス導波路を使用した半導体レー
ザ(LD)アレイおよび光ファイバを結合させた半導体
レーザ(LD)アレイモジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下、図面を参照して従来の技術を説明
する。図5は、半導体レーザ(LD)アレイモジュール
の一例の構成を示す斜視図である。即ち、テープファイ
バ3の先端には半導体レーザアレイ1が取りつけられ、
平板マイクロレンズ2を介してキャリア4に接続され
る。半導体レーザアレイ1から発した光は、そのピッチ
が250μmの平板マイクロレンズ2により集光され光
ファイバ3に入射するようになっている。なお、半導体
レーザアレイ1の駆動電流はキャリア4を介して行われ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように構成された
半導体レーザ(LD)アレイモジュールにおいては、次
のような問題点がある。平板マイクロレンズはその製
法上開口数(NA)を大きくとれないため、半導体レー
ザ(LD)の開口数(NA)より小さくなり、半導体レ
ーザ(LD)より発する光を全て集光することができな
い。その結果、光ファイバとの高効率結合が困難であ
り、トップデータでも約6dB(LD→ファイバ間)の
低い結合損失となっている。平板マイクロレンズはド
ーパントの拡散によりレンズ効果を持たせるため収差が
大きく、高い結合効率を得ることは困難となる。
【0004】この発明の目的は、上述した従来技術の欠
点を解消し、結合効率を大幅に増加させることができる
新規な半導体レーザ(LD)アレイモジュールを提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、垂直な方位
が<1,0,0>であるSi基板上にバッファ層および
コア層を形成し、上記コア層を矩形状に反応性イオンエ
ッチング法によりエッチングし、この上に火炎堆積法に
よりクラッド層を形成して燒結することにより導波路を
得る工程、上記導波路上にWSi膜をスパッタ法により
形成する工程、上記WSi膜上にフォトレジストを塗布
しマスクを用いて露光させ、WSi層を反応性イオンエ
ッチング法によりエッチングする工程、上記WSi層の
下地のガラス導波路を反応性イオンエッチング法により
エッチングして端部の導波路に凸部を形成する工程、ウ
エットエッチング法によりエッチングして端部のクラッ
ド層の長手方向に切り込まれた突出部を形成する工程、
上記クラッド層の突出部を放電加工により加熱して表面
張力により表面が滑らかなレンズ状とする工程とからな
るレンズ機能付きガラス導波路の製造方法である。ま
た、この発明は、基板面に垂直な方位が<1,0,0>
であるSi基板上に形成された石英系ガラスより構成さ
れ、矩形状あるいは円形状のコアの周囲をコアより低い
屈折率を持つクラッドガラスで埋め込まれたガラス導波
路を上記Si基板上に形成し、上記導波路のコアを中心
としてコアの数倍程度の幅となるように導波路ガラスの
端部に凸状のコアクラッドを得、さらに放電等による熱
源にて凸状の先端を滑らかにレンズ状したことを特徴と
するレンズ機能付きガラス導波路である。そして、上記
レンズ機能付きガラス導波路と半導体レーザ(LD)ア
レイを光学的に結合させた半導体レーザ(LD)アレイ
モジュールである。
【0006】
【作用】フォトリソグラフィの技術により高精度にガラ
ス導波路を形成させ、その端部を所望の形状にエチッン
グした突出部を形成し、その突出部の先端に放電加工に
より熱を加えることでガラス導波路先端をレンズ形状の
球面加工を施し、これによりレンズ作用を行わせて結合
効率を大幅に向上させることができる。
【0007】
【実施例】以下、図面に基づいてこの発明の実施例を説
明する。図1はこの発明の半導体レーザ(LD)モジュ
ール結合部の構成を示す拡大斜視図である。即ち、面方
位<1,0,0>のSi基板21上にガラス導波路アレ
イ22が形成されており、その導波路端面は滑らかなレ
ンズ状の凸状に加工されている。これにより、導波路の
等価的な開口数(NA)を大きくし、LDアレイ23と
の開口数(NA)とを整合させている。このため、ガラ
ス導波路アレイ22とLDアレイ23を高効率で結合で
きるようになっている。
【0008】図1のa−a´線に沿った断面を図2に示
す。即ち、ガラス導波路アレイ22は面方位<1,0,
0>のSi基板21上に約20μmのバッファ層26が
形成され、この上に約8μmの矩形状のコア27が形成
され、その周囲をクラッド28により埋め込まれた構成
となっている。
【0009】一般に、LDアレイモジュールは組み立て
る部品の寸法精度により、各アレイポートの光出力に大
きなばらつきが生じ問題となる。しかし、この発明にお
いてはガラス導波路アレイ22およびLDアレイ23は
フォトリソグラフィ技術を用いた微細加工技術により各
導波路のピッチ,LDのピッチをサブミクロン以下の高
精度に加工することができるため、ばらつきも小さくす
ることができる。
【0010】図3は、この発明の実施例のLDアレイモ
ジュールの外観図である。LDアレイ23の左側にファ
イバアレイ24を光学的に結合させ、さらにLDアレイ
23の部分は気密用蓋25によりシールする。このこと
により高信頼性のLDアレイモジュールが実現可能とな
る。全ての部品はSiにより構成されており、そのた
め、各部品の熱膨張率が同じであり、温度に対して光出
力が安定なLDアレイモジュールを実現することができ
る。
【0011】次に、図4に基づいてレンズ機能を有する
導波路の製作方法を説明する。この図において、左側の
(1a)〜(7a)は全て上視図、右側の(1b)〜
(7b)がその断面図である。まず、面方位<1,0,
0>のSi基板21上にバッファ層26およびコア層2
7aを形成し、このコア層27aを矩形状にエッチング
してコア27を形成するするのである。このエッチング
方法としては、反応性イオンエッチング法を用いる。こ
れにより、高精度なエッチングが可能となる。そして、
この上に火炎堆積法によりクラッド層28を形成し、燒
結することにより所望のガラス導波路を得る。〔図4
(1a),(1b)参照〕
【0012】次に、ガラス導波路の上面にWSi膜29
をスパッタ法により形成する。〔図4(2a),(2
b)参照〕
【0013】続いて、上記WSi膜29上にフォトレジ
スト30を一面に塗布し、端部が凹凸状のマスクを用い
てコア27に凸部になるように位置合わせしてこれを露
光し、このフォトレジスト30と共に下地のWSi層2
9をエッチングする。このエッチング法としては、NF
3 等をエッチャントとする反応性イオンエッチング法を
用いる。〔図4(3a),(3b)参照〕
【0014】次に、WSi層29を基に下地のガラス導
波路(コア層27aおよびクラッド層28)をエッチン
グする。この場合、CF4 ,H2 の混合ガスをエッチャ
ントとする反応性イオンエッチング法を用いる。〔図4
(4a),(4b)参照〕
【0015】続いて、WSi層29をエッチングする。
エッチャントはNF3 を用いる。これによりSi基板2
1上のガラス導波路の端部は凹凸形状に形成され、凸状
のコア27aを含むガラス導波路の突起部が31が形成
される。〔図4(5a),(5b)参照〕
【0016】次に、KOH等を用いたウエットエッチン
グにより、Si基板21のガラス導波路端部側(図では
右側)を約100μmエッチングする。これによりガラ
ス導波路のコア27の先端の突出部31はSi基板21
が切り込まれ、完全に空間的に突出した状態になる。
〔図4(6a),(6b)参照〕
【0017】最後に、放電加工により突出部31のガラ
ス導波路端面を2000度に加熱し、突出部31のコア
層27bは溶融して表面張力により表面が滑らかなレン
ズ状の凸部を形成する。この凸部31が高精度のレンズ
の機能を果たし、光ファイバアレイを高結合効率でLD
モジュールに結合させることができるようになる。〔図
4(7a),(7b)参照〕
【0018】
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明のレンズ
機能付きガラス導波路の製造方法によれば、フォトリソ
グラフィの技術によりガラス導波路を形成させ、その端
部を所望の形状にエチッングした突出部を形成し、その
突出部の先端に放電加工により熱を加えることでガラス
導波路先端をレンズ形状の球面加工を施し、これにより
レンズ作用を行わせるレンズ機能付きガラス導波路が高
精度に作成することができる。従って、レンズ機能付き
ガラス導波路と半導体レーザアレイ(LD)との結合効
率を大幅に向上させることができ、高性能なLDアレイ
モジュールが実現可能となる。また、光ファイバ間の光
出力のばらつきの小さなLDアレイモジュールが実現で
きる。そして、全ての部品がSiで形成されているた
め、温度に対して光出力が安定なLDアレイモジュール
が実現できる。さらに、比較的に製造が容易であり、製
品の品質が安定している。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例のLDアレイモジュール結合
部の構成を示す斜視図、
【図2】図1のa−a´線に沿った断面図、
【図3】この発明の実施例のLDアレイモジュールの外
観図、
【図4】(1a)〜(7a)および(1b)〜(7b)
は、レンズ機能を有する導波路の製作方法を説明するた
めの工程を示す上視図および断面図、
【図5】LDアレイモジュールの一例を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
21 Si基板 22 ガラス導波路アレイ 23 LDアレイ 24 ファイバアレイ 25 気密用蓋 26 バッファ層 27 コア 27a コア層 28 クラッド層 29 WSi層 30 フォトレジスト層 31 突出部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 垂直な方位が<1,0,0>であるSi
    基板上にバッファ層およびコア層を形成し、上記コア層
    を矩形状に反応性イオンエッチング法によりエッチング
    し、この上に火炎堆積法によりクラッド層を形成して燒
    結することにより導波路を得る工程、上記導波路上にW
    Si膜をスパッタ法により形成する工程、上記WSi膜
    上にフォトレジストを塗布しマスクを用いて露光させ、
    WSi層を反応性イオンエッチング法によりエッチング
    する工程、上記WSi層の下地のガラス導波路を反応性
    イオンエッチング法によりエッチングして端部の導波路
    に凸部を形成する工程、ウエットエッチング法によりエ
    ッチングして端部のクラッド層の長手方向に切り込まれ
    た突出部を形成する工程、上記クラッド層の突出部を放
    電加工により加熱して表面張力により表面が滑らかなレ
    ンズ状とする工程とからなるレンズ機能付きガラス導波
    路の製造方法。
  2. 【請求項2】 基板面に垂直な方位が<1,0,0>で
    あるSi基板上に形成された石英系ガラスより構成さ
    れ、矩形状あるいは円形状のコアの周囲をコアより低い
    屈折率を持つクラッドガラスで埋め込まれたガラス導波
    路を上記Si基板上に形成し、上記導波路のコアを中心
    としてコアの数倍程度の幅となるように導波路ガラスの
    端部に凸状のコアクラッドを得、さらに放電等による熱
    源にて凸状の先端を滑らかにレンズ状したことを特徴と
    するレンズ機能付きガラス導波路。
  3. 【請求項3】 請求項2記載のレンズ機能付きガラス導
    波路数本をそれぞれ平行に配置したアレイ導波路を用
    い、それにガラス導波路のピッチと同じ半導体レーザ
    (LD)アレイを光学的に結合させ、かつ、半導体レー
    ザ(LD)アレイと反対側の導波路に光ファイバアレイ
    を光学的に結合させたことを特徴とする半導体レーザ
    (LD)アレイモジュール。
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