JPH0735948A - 光結合構造 - Google Patents

光結合構造

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JPH0735948A
JPH0735948A JP5177735A JP17773593A JPH0735948A JP H0735948 A JPH0735948 A JP H0735948A JP 5177735 A JP5177735 A JP 5177735A JP 17773593 A JP17773593 A JP 17773593A JP H0735948 A JPH0735948 A JP H0735948A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の工程のままで基板の結晶軸とＶ溝の向
きの正確な位置合わせを必要とせずに光導波路と光ファ
イバとの結合を低い損失で可能にする光結合構造の提
供。 【構成】 光ファイバと接するＶ字状の面４が細分化さ
れた構造を持ち、基板１の結晶軸とＶ字状の面４の平行
度のずれが存在してもＶ字状の面４の幅の広がりを防止
する。この構造により、光導波路と光ファイバの正確な
位置合わせが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバと光導波路と
の光結合構造に関し、特に簡便かつ高精度の位置合わせ
を与える結合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に光通信、光交換システムを構成す
る際にその基本構成要素として光変調器、光合分波器、
光スイッチ等がよく用いられる。そして、これらの構成
要素は一般に光導波路デバイスで構成されるため、光導
波路と光ファイバとの結合は必要不可欠である。特に近
年、加入者網の光化にむけての研究が進み、さらに光デ
バイスの基板上への集積化が研究されるにつれ、光導波
路と光ファイバの光結合はますますその重要性を増し、
光の低損失、作製の簡便性、外力および熱に対する安定
性等の特性が望まれている。
【０００３】従来より光導波路と光ファイバの結合に用
いられる方法には、光学治具を用いて光の結合損失が最
も小さくなるように両者を最適位置に調整し、その状態
で光学接着剤等で固定する方法が一般的であった。ただ
しこの方法の場合、最適位置調整に時間がかかる、
一括して処理できないので量産性に適さない、外力等
による信頼性の低下、等の欠点を有していた。これらを
改善する方法の一つとして、光ファイバを設置する結晶
基板の面方位（１００）面を異方性エッチングにより除
去し、面方位（１１１）面からなるＶ字状の溝を形成す
ることによりこのＶ溝をガイドとして光ファイバを設置
する方法がある。これを図３（ａ）に示す。この方法の
利点は、Ｖ溝４’を構成する際のマスク３の位置合わ
せが通常のフォトリソグラフィーの工程で行われるた
め、位置合わせ精度が良く、一括処理が可能であるた
め量産性に適し、異方性エッチングにより光ファイバ
５の設置面を作製するため設置面の角度が正確でありま
た面精度がよく、光ファイバ５をこのＶ溝４’上に置く
だけで、光導波路との光結合に最適な位置に光ファイバ
５を設置できる、等である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このＶ溝を用いた方法
には上記のように数多くの利点があるものの、以下に記
する欠点もある。すなわち、Ｖ溝４’用のマスク３の位
置合わせにおいてＶ溝４’の軸方向の向きは正確に結晶
基板の＜１１０＞軸方向と平行にする必要がある。図３
（ｂ）に示す様にマスク３と基板１の平行度がずれる
と、基板１の異方性エッチングは（１１１）面を残して
行われるため、図３（ｃ）に示すようにＶ溝４’の幅Ｗ
が広がり、光ファイバ５との正確な位置合わせが困難に
なってしまう。計算によるとＶ溝４’の長さ、幅をそれ
ぞれＬ，Ｗとし、角度ずれをθとすると、異方性エッチ
ングを充分に行ったときの幅Ｗの広がりの最大値ΔＷは
Ｌｓｉｎθで表される。例えばＬ＝５ｍｍ、θ＝１°と
するとΔＷ＝８７μｍとなり一般的な光ファイバの幅が
１２５μｍであるため正確な位置合わせは困難となる。
また一般に購入される基板１のオリエンテーションフラ
ットは±１°程度の誤差をもつから、結晶基板の正確な
結晶軸を知るためにはさらに別の評価を行う必要があ
り、工程が複雑になる。
【０００５】本発明の目的は、このような煩雑な工程を
必要とせず、従来の工程のままで基板の結晶軸とＶ溝の
向きの正確なマスクの位置合わせをしなくても光導波路
と光ファイバとの正確な位置合わせを可能にする結合構
造の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明は次の手段を提供する。
【０００７】（１）異方性エッチングにより結晶基板に
形成されたＶ溝の壁面にファイバを当接し、前記結晶基
板に形成された光導波路の光軸と前記光ファイバの光軸
とを一致させ、該光導波路と該光ファイバとの光結合を
する光結合構造において、前記光ファイバに当接する部
分の前記Ｖ溝壁面が該光ファイバの軸方向に関し複数の
領域に分割されていることを特徴とする光結合構造。
【０００８】（２）前記結晶基板の表面において平坦な
領域から斜面をなして盛りよがった島状領域が４つ又は
それ以上形成され、前記Ｖ溝壁面は前記斜面で構成され
ていることを特徴とする（１）に記載の光結合構造。
【０００９】
【作用】Ｖ字状の面が細分化されているため、連続の場
合に比べて光ファイバと接する個々のＶ字状の面の長さ
Ｌを短くすることができる。すなわち長さＬを持つ個々
のＶ字状の面による幅の広がりは、連続である場合に比
べて小さくすることができる。この面の長さＬは理論的
には無限に短くすることが可能でありＶ溝幅の広がりΔ
ＷをＶ溝幅Ｗに比べて無視できる量にすることができる
ため、結晶基板の軸方向とＶ溝の平行度のずれによるＶ
溝幅の広がりを防止することができる。さらにこのＶ溝
面が複数個存在するため光ファイバの位置は従来と同
様、設置するだけで容易に決定される。すなわち光導波
路と光ファイバの正確な位置合わせが従来と同じ工程で
実現できる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【００１１】図１は本発明による第１の実施例を示す斜
視図である。図１において基板１上には光導波路を構成
するコア層２及びクラッド層２’が形成され光ファイバ
との結合部分においてコア層２及びクラッド層２’をエ
ッチングすることにより光導波路の端面を露出させてい
る。基板１上に形成された本光結合構造構成用のマスク
３は突起部を４ケ所持ち、このマスク３以外の部分が異
方性エッチングされることによりＶ字面４を構成する。
【００１２】またこのマスク３を形成する工程としては
コア層２及びクラッド層２’の形成前に予めマスク３を
作製し、その上にコア層２及びクラッド層２’を形成し
た後に光ファイバ設置部分のコア層２及びクラッド層
２’を除去する方法と、基板１上に直接光導波路を形成
し、エッチングにより光ファイバ設置部分のコア層２、
クラッド層２’を除去した後にマスク３を形成する方法
とがある。この内、前者は後者の方法に比べてマスクの
パターニングの際に段差がないため微細加工に適してい
るという利点があるが、コア層及びクラッド層の形成工
程においてマスクの変質がないことがこの方法を用いる
条件となる。
【００１３】このマスク３により基板１の異方性エッチ
ングを行うことによって、細分化されたＶ字状の面４が
形成される。図１の場合、Ｖ字状の面４は２対形成さ
れ、この２対の面によって光ファイバ５の位置が一義的
に決定された後、光学接着剤等を用いて固着される。
【００１４】図２は本発明による第２の実施例を示す斜
視図である。この図２の実施例では、マスク３のパター
ンは、図１のものとは異なり、４ケ所の方形の島状パタ
ーンを形成しているが、異方性エッチングを行った後に
は光ファイバと接するＶ字面４が細分化されている点で
は同一であり、細分化されたＶ字状の面４は図１の第１
の実施例と同様に２対形成されている。
【００１５】なお、さらに多数のＶ字面を形成し面の長
さを短くすることによって光ファイバの位置決め精度は
向上するが、異方性エッチングが進行するにつれ、マス
クのコーナー部分においてパターンのなまり等により
（１００）面よりエッチング速度の速い面が出現するた
めマスクのコーナー部分が急速にエッチングされ、図４
（ａ）に示す様に光ファイバと接するＶ字面７がコーナ
ー部分８のエッチングにより侵食され深い異方性エッチ
ングを行う場合にはＶ字面７が失われてしまう。このＶ
字面７の侵食を防ぐための方法として、図４（ｂ）に示
す様にコーナー部分にあらかじめ補正用のパターン６を
配置し、このパターン６がＶ溝形成時の異方性エッチン
グが終了したと同時に消滅し、本来のマスクのコーナー
部分が出現するように設計する方法が必要である。
【００１６】第１及び第２の実施例は１対の光導波路と
光ファイバの光結合構造であるが、さらに本発明は複数
本の光ファイバと光導波路からなる光結合構造にも適用
でき、第１及び第２の実施例に示した光結合構造と同様
に全ての光導波路と光ファイバに対して正確な位置合わ
せが可能であることは明らかである。
【００１７】この光結合構造を構成しうる基板として一
般にＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の結晶基板があり、Ｓｉ
基板の場合光導波路としてＰ、Ｇｅ、Ｂ、Ｔｉ等をドー
プした石英系の光導波路が用いられ、その作製方法には
ＣＶＤ法、ＥＢ蒸着法、スパッタ法、火炎堆積法等があ
る。ＩｎＰ、ＧａＡｓ基板の場合はＩｎＧａＡｓＰ、Ａ
ｌＧａＡｓ等の半導体系の光導波路がよく用いられる。
また異方性エッチング液としてＳｉ結晶基板に対しては
一般にＫＯＨ、ＫＯＨ＋アルコール、エチレンジアミン
＋ピロカテコール等の溶液が用いられ、ＧａＡｓ，Ｉｎ
Ｐ結晶基板に対してはＨ2 ＳＯ4 ＋Ｈ2 Ｏ2 ＋Ｈ2 Ｏ、
ＨＣｌ、ＨＢｒ等の溶液が用いられる。さらにマスク材
には上記エッチング液に対して基板結晶の（１００）面
よりエッチング速度の遅い材料が選ばれ、主に金属膜や
誘電体膜、特にＳｉ基板の場合Ｓｉの熱酸化膜等が用い
られる。
【００１８】
【発明の効果】本発明の光結合構造によると煩雑な工程
を必要とせず、従来の工程のままで基板の結晶軸とＶ溝
の向きの正確なマスクの位置合わせをしなくても光導波
路と光ファイバとの正確な位置合わせができ、結合効率
および量産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係わる光結合構造の斜
視図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係わる光結合構造の斜
視図である。
【図３】（ａ）は従来の光結合構造の斜視図である。
（ｂ）は従来の光結合構造において平行度がずれた場合
のＶ溝幅の広がりを示す平面図である。（ｃ）は従来の
光結合構造において平行度がずれた場合のＶ溝幅の広が
りを示す断面図である。
【図４】（ａ）はマスクのコーナー部分のエッチングを
示す斜視図である。（ｂ）はマスクのコーナー部分のエ
ッチングを除去するためのマスクの構造を示す平面図で
ある。
【符号の説明】
１ 基板 ２ コア層 ２’ クラッド層 ３ マスク ４ Ｖ字面 ４’ 従来のＶ溝 ５ 光ファイバ ６ 補正パターン ７ 侵食されたＶ字面 ８ コーナー部分のエッチング面
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年８月２３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】（２）前記結晶基板の表面において平坦な
領域から斜面をなして盛りあがった島状領域が４つ又は
それ以上形成され、前記Ｖ溝壁面は前記斜面で構成され
ていることを特徴とする（１）に記載の光結合構造。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 異方性エッチングにより結晶基板に形成
    されたＶ溝の壁面にファイバを当接し、前記結晶基板に
    形成された光導波路の光軸と前記光ファイバの光軸とを
    一致させ、該光導波路と該光ファイバとの光結合をする
    光結合構造において、前記光ファイバに当接する部分の
    前記Ｖ溝壁面が該光ファイバの軸方向に関し複数の領域
    に分割されていることを特徴とする光結合構造。
  2. 【請求項２】 前記結晶基板の表面において平坦な領域
    から斜面をなして盛りよがった島状領域が４つ又はそれ
    以上形成され、前記Ｖ溝壁面は前記斜面で構成されてい
    ることを特徴とする請求項１に記載の光結合構造。
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