JPH0777629A - 劈開された光ガイドとガイド−ファイバ光結合のための光ファイバ支持体とを集積してなる構造体の製造方法およびその得られた構造体 - Google Patents

劈開された光ガイドとガイド−ファイバ光結合のための光ファイバ支持体とを集積してなる構造体の製造方法およびその得られた構造体

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JPH0777629A
JPH0777629A JP6157642A JP15764294A JPH0777629A JP H0777629 A JPH0777629 A JP H0777629A JP 6157642 A JP6157642 A JP 6157642A JP 15764294 A JP15764294 A JP 15764294A JP H0777629 A JPH0777629 A JP H0777629A
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Louis Menigaux
ルイ・マニゴウ
Adrien Bruno
アドリアン・ブルーノ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 劈開された光ガイドと、ガイド−ファイバ光
結合のための光ファイバ支持体とを集積した構造体を製
造する。 【構成】 結晶方位＜１，０，０＞の基体８上に、エッ
チングバリア層１８、下方の光閉込め層２０、活性層２
２、光閉込め層２４を順次エピタキシャル結晶成長によ
り形成する。これらの層をエッチングして、パターンと
結晶方位＜０，１，−１＞に平行な光ガイド帯状部を形
成する。得られた構造体を耐異方性ウェット化学エッチ
ング保護層３４で被覆する。保護層３４のパターンの両
側に、光ガイドに平行な縦軸を有し、かつ該方向に垂直
で構造体の劈開面に平行な方向に通じる２つの開口部３
６、３８を形成する。基体８を異方性化学エッチングし
て、固定されない端部と固定された端部とを有するはり
を形成する。はりを、その固定された端部の位置で加圧
流体ジェットにより劈開する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明は半導体構造体、特に、１つのまた
はそれ以上の、劈開された端部を有する帯状の光ガイド
と、１本のまたはそれ以上の光ファイバを支持する支持
体とを一体的に集積化してなり、ファイバの光学軸とガ
イドの光学軸とが一致する構造体の製造方法に関する。
【０００２】この一体的な構造体は、遠隔測定のための
光通信および光センサの分野で本質的に有用なものであ
る。特にこの集積化構造体は、光ファイバと、例えばコ
ヒーレント検波光通信システムなどの、ヘテロダイン受
信回路の光受信器、あるいはレーザダイオードとの結合
を確実にするために用いることができる。この構造体は
また、例えば、高集積化された高速電子チップ間、コン
ピューター間、あるいはコンピューター内の光接続にも
用いることが可能である。
【０００３】本発明は、結晶の結晶面を用いた単結晶基
体をエッチングして、その基体にファイバのためのＶ字
状のくぼみを形成することに基づくものである。この原
理は、シリコン基体に関して、文書（１）エッチ・ピー
・シュ（H.P.Hsu）およびエー・エフ・ミルトン（A.F.M
ilton）の”シングルモード光ファイバとチャンネル導
波路とのエンドファイヤ結合へのフリップチップアプロ
ーチ（flip-chip approach to endfire coupling）”エ
レクトロニクスレターズ、第１２巻、第１６号、１９７
６年８月（Electronics Letters,vol.12,No.16,August
1976,）第４０４〜４０５頁、および文書（２）ブロ
ンダー（Blonder）らのＵＳ−Ａ−４９６６ ４３３に
記載されている。
【０００４】この原理はまた、III−Ｖ族物質基体にも
用いられる。文書（３）ＥＰ−Ａ−４２０ ０２８、お
よび文書（４）エム・ハマケレット（M.Hamacheret）ら
の”ＩｎＰ上に集積化されたひずみレリーフ（strain r
elief）を用いた新規なファイバ／チップ結合技術”、
ＥＣＯＣ ９２、ベルリン、第５３７〜５４０頁、１９
９２年を参照せよ。
【０００５】シリコン中にＵ字状のエッチングを形成す
ることもまた研究されてきた。文書（５）ジー・グラン
ド（G.Grand）らの”シングルモード光ファイバとシリ
コンガイドの間の光結合を低コストでおよび有効に行な
う新しい方法”、エレクトロニクスレターズ、第２７
巻、第１号、１９９１年１月（Electronics Letters,v
ol.27,No.1,January 1991,）を参照せよ。
【０００６】結晶面を用いた基体をＶ字状にエッチング
する技術はまた、レーザダイオードと光検出器との結合
に関して、文書（６）シー・チェン（C.Chen）およびエ
ス・リー（S.Lee）の”ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ面発光
レーザダイオードと光検出器の一体的集積化”Appl.Phy
s.Lett.,59,27,１９９１年１２月，第３５９２〜３５９
４頁に記載されている。
【０００７】文書（７）エッチ・ブラウベント（H.Blau
vent）らの”一体的集積化に適した微細劈開された鏡を
用いたＡｌＧａＡｓレーザ”Appl.Phys.Lett.,40(4),１
９９２年２月，第２８９〜２９０頁の記載からは、基体
から突き出た半導体のはりを微細劈開すること、および
超音波振動を用いることによって出力面が得られるIII
−Ｖ族物質レーザを製造することも知られる。この超音
波に基づいた微細劈開技術はまた、文書（４）に光ガイ
ドの出力面を形成することに関して記載されている。
【０００８】ファイバ端部とガイド構造体の端部との間
の最適な結合を確実にするためには、光ファイバ軸とガ
イド軸とを一致させることが必要である。しかしなが
ら、このガイドとファイバを一列にすることは、ファイ
バ径とガイド幅とのサイズの違いのために困難である。
さらに、ガイドのファイバに向う出力面は完全に劈開さ
れていなければならない。
【０００９】上述のＵまたはＶ字状のエッチング技術で
は、ファイバとガイドを最適に一列にすることはできな
い。さらに、上述の超音波を用いた微細劈開技術では、
ファイバ−ガイド結合を最適にするための、単結晶面に
完全な劈開を確実に行なうことはできないが、大半の結
晶微細面はできる。超音波によってつくられた微細な割
れ目によって変えられた結晶微細面は、良好なファイバ
−ガイド結合に悪い影響を及ぼす。さらに、これらの微
細劈開方法は、ファイバの接近中に劈開面を保護するこ
とができないものである、そしてこのことは、特に、ガ
イドの劈開面がレーザの発光部分を構成する時は、光ガ
イドの活性域と同じ高さの劈開面の劣化をもたらすこと
がある。この劈開面はレーザのくぼみに対する鏡である
が、この面の劣化は上記レーザの性能特性に重要な劣化
をもたらすものである。
【００１０】本発明は、明確には、これらの不利点を回
避しうる上記の方法によって形成された、劈開された光
ガイドと光ファイバのための結合支持体を有する、一体
的集積化構造体を製造するための新規な方法に関するも
のである。特に、本発明はファイバ端部における光ガイ
ドの出力面を劈開することに関して最大の成功率をもっ
て、ガイドまたはレーザの劈開面が劣化するというリス
クなしに、最適の手法で、光ファイバと光ガイドあるい
はレーザとを結合させることを可能にする。
【００１１】さらに、本発明による方法はいかなる光フ
ァイバ端部に関して、特に単に劈開されたファイバに関
して適用可能であるのに対して、文書（４）において
は、光ファイバ端部に円錐状のテーパが形成されている
時以外は、帯状の光ガイドと光ファイバとの間の効果的
な結合はできない。
【００１２】最後に、本発明は、以下の工程からなる、
劈開された光ガイドとファイバ支持体とを有する集積化
構造体の製造方法に関するものである： ａ）単結晶基体の平坦な表面上に、エッチングバリア面
を有する該基体の結晶方位＜１，０，０＞の第１の面に
平行に、該基体に対するエッチングバリア層、下方の光
閉込め層、活性層および上方の光閉込め層を、順次、エ
ピタキシャル結晶成長により形成する。 ｂ）上記のエピタキシャル結晶成長により形成された層
を、所望のパターンに従ってエッチングし、少なくとも
１つの、少なくとも一部分が上記基体の結晶方位＜０，
１，−１＞の第１の方向に平行な光ガイド帯状部を形成
する。 ｃ）上記ｂ）で得られた構造体を、上記基体の異方性ウ
ェット化学エッチングに対して耐性を有する保護層で被
覆する。 ｄ）上記パターンの両側で、上記保護層に、上記ガイド
の第１の方向に平行な縦軸を有し、かつ該第１の方向に
垂直で構造体の劈開面に平行な第２の方向で通じる少な
くとも２つの開口部を形成する。 ｅ）工程ｄ）の間にさらされた基体を、上記の異方性化
学エッチングにさらす。このエッチング操作により基体
のエッチングがもたらされ、上記第１の方向にしたがっ
て方向づけられ、かつ固定されない端部と固定された端
部とを有する少なくとも１つのはりが形成される。およ
び、 ｆ）上記はりを、その固定された端部の位置ではりの劈
開をもたらす加圧流体ジェットの作用にさらす。
【００１３】考えられる応用によれば、活性層は透明で
もよく（ライトガイドの場合）、透明吸収性のものでも
よく（変調器の場合）、増幅機能を有するものでもよい
（レーザまたは増幅器の場合）など。
【００１４】考えられる応用によれば、工程ｂ）におい
て、エピタキシャル結晶成長により形成された層に、得
ようとするデバイス（光電子回路のためのガイド、レー
ザ、増幅器）のために選ばれた形状にしたがって、例え
ば一連の帯状の光ガイドを、フォトリソグラフィやウェ
ット化学エッチング（当部門で知られてる）を用いて、
＜０，１，−１＞の方向に形成してもよい。
【００１５】工程ｃ）からｅ）によって、各はりの下の
基体がエッチングされて、はりがその弾性の範囲を越え
て垂直に移動できる十分な深さが形成される。そしてそ
の結果、加圧流体ジェットによってそれぞれのはりが劈
開される。
【００１６】しかしながら、もしそのはりと基体との間
隔が小さすぎて上記のような移動ができないと、流体ジ
ェットによる割れ目はできない。その変形は弾性の範囲
にとどまり、割れ目にまでは達しない。特にこれは、文
書（４）および（７）に記載されている方法において
は、事実である。さらに、これらの微細劈開には超音波
振動を用いた劈開技術を必要とするが、この技術は激し
すぎるので効果的な劈開を確実に得ることはできない。
【００１７】本発明の方法は、エッチングバリア面また
は停止面を有するいかなる単結晶基体にも適用できるも
ので、一般に、基体の結晶方向＜０，１，−１＞に対し
て２０〜８０゜の角度を形成する。これらバリア面は＜
２，１，１＞面または＜１，１，１＞面とすることがで
きる。
【００１８】特に、基体がそのようであると、方位＜
１，−１，０＞に平行な第１の方向にＶ字状のエッチン
グが得られ、そのＶ字の枝部が上記第１の方向に平行な
面に含まれる。
【００１９】そのように、本発明は、シリカおよび／ま
たは窒化ケイ素に基づくガイド構造を用いたシリコン基
体、あるいは好ましくはＧａＩｎＡｓＰまたはＩｎＰに
基づくガイド構造を用いたＩｎＰ基体に、適用できるも
のである。
【００２０】ＩｎＰに光電子構造を形成する間、基体に
対して、得ようとする光性能特性に適合するエッチング
バリア層を用いるのが好ましく、特に用いられる光を吸
収しないような層を用いるのが好ましい。というのは、
最終の構成要素において、ガイド構造体と基体の間には
同様の光が使用し続けられるからである。文書（４）に
おいて用いられるＩｎＧａＡｓが、ＩｎＰ構造体によっ
て伝送されたあるいは放射された光を吸収するのに対し
て、ＧａＩｎＡｓＰ層の使用がより好ましいとされる
（ＩｎＰのレーザでは、１．５５μｍ付近で発光す
る）。
【００２１】流体ジェットは加圧された水流ジェット、
ガスジェット、あるいは他のそのような機械的圧力源と
なるものでもよい。特に、上記流体ジェットは加圧され
たエアージェットである。
【００２２】保護層は、基体に対して用いられるエッチ
ング溶液によって、化学的に食刻されない物質から形成
されなければならない。ＩｎＰのエッチングのための、
オルトリン酸および塩酸を基本とするエッチング溶液の
場合には、窒化ケイ素層、酸化ケイ素層またはオキシ窒
化ケイ素層、および化学エッチング溶液に耐えうる一般
のあらゆる層を用いることができる。
【００２３】もし必要ならば、工程ｆ）に先だって、構
造体に、劈開開始体として用いられる少なくとも１つの
Ｖ字状の切込みを、はりの固定された端部と同じ高さに
形成することができる。この切込みは、その切込みがは
りの固定された端部付近にあるのであれば、はりの上に
形成してもよく、またはりの固定されている部位に形成
してもよい。
【００２４】マスクの開口部は、＜１，０，０＞面にお
ける基体のエッチングの形状を決める。これらの開口部
は、上記＜１，０，０＞面に沿う長方形とすることがで
き、例えばダブルコーン（double cone,diabolo）形の
ように幅が連続して変化している長方形、あるいは上記
の面に段を形成するように幅が引き続いて変化している
長方形とすることができる。
【００２５】このことは、保護層においてパターンの両
側に、補足の形状を有し、かつ第１の方向に平行な軸に
関して対称な、少なくとも２つの開口部を形成すること
によって達成される。
【００２６】得られた構造体の容易な扱いを確実にする
ために、ｆ）で得られた構造体をエッチングして、少な
くとも上記劈開面から突き出た構造体の部分を除去する
ことができる。
【００２７】得られた一体的構造体は主に、１あるいは
それ以上の光ファイバと、１あるいはそれ以上のガイド
構造体との光結合のための支持体として用いられる。そ
してそのガイド構造体は、レーザまたは他の構造体でも
よく、あるいはレーザとガイドを組み合わせたものなど
でもよい。本発明はまた、少なくとも１つの光ファイバ
の一体的光結合支持体に関するものでもある。本発明に
よれば、はりの下方をエッチングすることにより、ファ
イバ支持体として用いられるＶ字状の凹部が得られる。
【００２８】最適のガイド−ファイバ結合は、主に、エ
ピタキシャル結晶成長により形成された層の厚さ、ガイ
ドの幅、はりの長さ、Ｖ字状の開口部（連続して、ある
いは引き続いて変化しうる）の長さといった寸法を適切
に選択することによって得られる。
【００２９】本発明の変形例によれば、帯状の光ガイド
を、方向＜０，１，−１＞とは異なる方向に実現させる
ことも可能である。例えば、このような本発明の変形例
においては、ガイドは方向＜０，１，１＞に平行に方向
づけられてもよい。
【００３０】この場合、本発明の方法は以下の工程から
なるものである： ａ）単結晶基体の平坦な表面上に、結晶方位＜１，０，
０＞の第１の面に平行に、該基体に対するエッチングバ
リア層、下方の光閉込め層、活性層、および上方の光閉
込め層を、順次、エピタキシャル結晶成長により形成す
る。 ｂ）上記のエピタキシャル結晶成長により形成された層
を、所望のパターンに従ってエッチングし、少なくとも
１つの、少なくとも一部分が上記基体の結晶方位＜０，
１，１＞の第１の方向に平行な光ガイド帯状部を形成す
る。 ｃ）上記ｂ）で得られた構造体を、化学エッチングおよ
びイオンエッチングに対して耐性を有する保護層で被覆
する。 ｄ）上記保護層に、上記パターンの端部を囲むＵ字状の
開口部を形成する。該Ｕ字状の開口部は、上記パターン
の端部の前方の上記横断部分および該パターンの一部分
の両側に広がる枝部からなる。 ｅ）枝部が上記第１の方向に垂直で、かつ上記平坦な表
面に垂直なＶ字状エッチングを得るために、上記開口部
にイオンエッチングを行なう。 ｆ）上記開口部の横断部分に相当する範囲の基体を、異
方性化学エッチングに対して耐性を有するマスクで被覆
する。 ｇ）上記枝部を含む開口部の一部に選択的異方性化学エ
ッチングを行い、上記第１の方向にしたがって方向づけ
られ、かつ固定されない端部および固定された端部を有
するはりを形成する。および、 ｈ）上記はりを、その固定された端部の位置ではりの劈
開をもたらす、加圧流体ジェットの作用にさらす。
【００３１】以下、本発明の実施例に関して、添付の図
面を参照しながらより詳しく説明する。尚、本発明は以
下の実施例に限定されるものではない。
【００３２】図１は、ファイバ４を支持し、かつガイド
６を有する、ガイドおよびファイバ保持体２を示すもの
である。ファイバ４の光学軸とガイド６の光学軸は一致
する。ファイバ４は、基体表面１６に垂直な面に一致
し、かつガイド６の方向に沿うように、Ｖ字状の凹部に
配置される。ガイド６は劈開面１２を有し、劈開面１２
は光ガイド６に対して垂直に方向づけられ、かつその劈
開された端部４ａが光ファイバ４に面している。
【００３３】光ファイバ４は、そのコアがガイド６の劈
開された活性域に面するように配置され、この光ファイ
バ４の配置は、Ｖ字の枝部を構成する凹部の側面１４に
よって確実なものとされる。
【００３４】本発明によれば、基体表面１６は方位＜
１，０，０＞を有し、その上面にガイド６が形成され
る。ガイド６は基体の結晶方位＜０，１，−１＞に平行
で、Ｖ字状の凹部１０の側面１４は基体の結晶方向＜
２，１，１＞に平行で、これら側面はエッチングバリア
面あるいは停止面である。
【００３５】本発明の方法の結果、ファイバ４とガイド
６との間の光結合は最適に行われ、かつファイバ−支持
体の組合せにおいて機械的安定が得られる。さらに、フ
ァイバ４が接近する間に、ガイドの劈開面１２が劣化す
るリスクは、上記支持体の周知の製造方法に比べて、か
なり低減される。さらに、本発明の支持体によれば、フ
ァイバのコア配置を鉛直方向において１μｍ未満の範囲
で達成することができる。
【００３６】ここで、本発明による図１のファイバ結合
支持体の製造方法について説明する。まず、図２に示す
ように、結晶方位＜１，０，０＞の基体８の表面１６上
に、エッチングバリア層だけでなく、異なる半導体層が
エピタキシャル結晶成長により順次形成され、光ファイ
バに結合される光ガイドを有する一体的構造体が構成さ
れる。
【００３７】例えば、適切には、厚さ２５ｎｍのＧａＩ
ｎＡｓＰ基体上にエッチングバリア層１８、厚さ１μｍ
未満のＩｎＰ光閉込め層、厚さ６５０ｎｍのＧａＩｎＡ
ｓＰ活性層２２、厚さ３００ｎｍの上方のＩｎＰ光閉込
め層２４、厚さ２５ｎｍのＧａＩｎＡｓＰエッチングバ
リア層２６、および厚さ７００ｎｍのＩｎＰ層２８が形
成される。
【００３８】層１８の組成および層２６の組成は、それ
ぞれ基体８と層２８が上記層１８および２６に関して選
択的にエッチングされうるようになっている。上記Ｇａ
ＩｎＡｓＰ中のＩｎおよびＰの含有量は、それぞれ０．
７４３および０．４０５とすることができる（式Ｉｎ
0.743Ｇａ0.257Ａｓ0.595Ｐ0.405であらわされる）。
【００３９】さらに層２２の組成は閉込め層２０および
２４よりも高い屈折率を有するようになっている。特
に、層２２におけるＩｎとＰの組成はそれぞれ０．７４
３および０．４０５とすることができる。
【００４０】これらの層が、ＭＯＣＶＤ（金属有機化合
物を用いた化学気相析出法）あるいは他の周知の、エピ
タキシャル結晶成長法または析出方法によって形成され
た後、層２８をエッチングして、活性層２２内への光の
側方閉込めを確実にする帯状部３０が形成される。この
帯状部は、代表的なものとしては、３μｍの幅ｌ（エ
ル）および数百μｍの長さＬ（図３参照）を有する。こ
のエッチングは、ＨＣｌとＨ3ＰＯ4とを体積比１：１で
混合した混合物を用いて化学的に起こる。本発明によれ
ば、帯状部の最大の寸法Ｌ（図３）は、この構造体の結
晶方向＜０，１，−１＞に平行である。
【００４１】この後、すべての層をエッチングしてガイ
ド構造が形成される。得られたパターンは符号３２で示
される。ＩｎＰ層のエッチングは前述のように行われ、
ＧａＩｎＡｓＰ層のエッチングはＨ3ＰＯ4とＨＣｌとを
体積比１：１で混合した混合物を用いて化学的に行われ
る。
【００４２】図２および３はそれぞれ、これらの異なる
エッチング操作の後に得られる最終の構造体を示した断
面図および平面図である。
【００４３】それから、図４に示すように、エッチング
された構造３２および得られた基体は、およそ１００ｎ
ｍの厚さのＳｉ3Ｎ4からなる保護層３４で被覆される。
最後に、図５および６にそれぞれ断面図および平面図を
示すように、エッチングにより形成されたパターン３２
の両側の、窒化物からなる層３４に、２つの縦の開口部
３６および３８が形成される。これらの開口部３６およ
び３８は、結晶構造の方向＜０，１，−１＞に平行に方
向づけられ、その標本（speciment）の端４０によって
お互いに通じている。そして、その標本端４０は基体の
表面１６に垂直で、かつ方向＜０，１，−１＞に垂直で
ある。この端４０の方向はｘで示されている。このよう
に、標本端４０はその構造体の劈開面に平行である。
【００４４】さらに、開口部３６および３８のそれぞれ
の端部３６ａおよび３８ａ（図６）は端４０の向い側に
位置し、これらもまた、構造体のｘ方向に沿う劈開面に
平行で、エッチングされたパターン３２の端部３２ａに
対して、距離Ｄだけ離れたところに配置される。この距
離Ｄは、劈開される構造体の厚さの相関的要素として、
数〜数百μｍの間で変化しうるものである。
【００４５】この後、開口部３６および３８が形成され
る間に、図９に断面を示すように、上記のエッチングさ
れた層３４をエッチングマスクとして用いて、基体８の
異方性ウエット化学エッチングがなされる。その基体の
化学エッチングはＨＣｌとＨ3ＰＯ4とを体積比１：１で
混合した混合物を用いて起こる。
【００４６】開口部３６および３８が標本端４０によっ
て通じている結果、パターン３２の下方の基体８に完全
なエッチング１０が形成される。そして、これによって
基体８からぶら下がった状態の曲げられるはり４２が形
成される。このようにして、基体８に得られた凹部１０
は図のようにＶ字状に形成される。
【００４７】そのＶ字の側面１４は、実際には基体８の
エッチング停止面＜２，１，１＞である。このようにし
て、その化学エッチングは上記エッチング面を越えて側
方に広がることはない。
【００４８】図１０は、窒化ケイ素からなるマスク３４
を除去した後に得られる構造体の平面図を示したもので
ある。はり４２はその端部４２ａで固定されており、こ
れを固定端というが、このはり４２は加圧された流体ジ
ェット、特に加圧エアージェットの作用を受けて、その
けたは固定端４２ａの位置でｘ方向に劈開される。この
ようにして得られる構造体は、その縦断面図が図１１に
示されている。この微細劈開技術はゆるやかなものであ
り、これによって、光ガイドにとって効果的な劈開面１
２を得ることができる。
【００４９】さらに、図１１に示すように、わずかな選
択的化学エッチングによって、活性層２２の縮小部４４
が形成される。このことにより、光ファイバがその劈開
面１２に接近する間、層４４の両側の突出部４６によっ
てファイバ端面が活性層に突き当たるのが防止されるの
で、活性層の保護が確実なものとなる。このように本発
明の方法は、従来技術の方法とは違って、活性域の劈開
面が劣化するリスクを低減することができる。
【００５０】本発明の格別な実施例によれば、保護層３
４に形成される２つの開口部３６および３８は、ガイド
の方向を有し、それぞれ異なる長さとなるように形成さ
れる。これは図７に示されている。その端部３６ａおよ
び３８ａは、端４０から異なる距離だけ離れている。は
りを劈開する際に、その軸に、すなわち光ガイドの近く
に小さな突起が現れることがあり、この突起は結晶欠陥
を生じるおそれがある。
【００５１】開口部３６および３８が異なる長さを有す
る時、わずかに非対称なはりが得られ、また非対称に劈
開される。したがって、起こり得る結晶欠陥ははりの軸
からはずれ、また光ガイドからはずれる。このようにし
て、結晶欠陥が光ガイドからの光を妨げるというリスク
は解消される。
【００５２】本発明のもう１つの格別な実施例によれ
ば、保護層３４に形成された開口部３６および３８は、
縦軸に従ってそれぞれ鋸壁形に形成された外側の縁を有
する。この”外側の”縁は開口部３６および３８それぞ
れの縁であって、光ガイドから最も離れた縁を意味す
る。その鋸壁形に形成された外側の縁は、図８（ａ）に
符号３６ｂおよび３８ｂでそれぞれ示される。
【００５３】これら鋸壁形の縁のために、化学エッチン
グの間に、Ｖ字の側面１４に肋骨状のリブ１５が形成さ
れる（図８（ｂ））。そのリブによって、光ファイバと
Ｖ字の側面との接触が低減され、これらの組合せがより
正確に行われる。確かに、ｖ字の側面を化学エッチング
する間に、結晶欠陥が現れてファイバフィッティングの
精度が制限されることもありうる。これらリブのおかげ
で、方向＜１，０，−１＞に沿ってファイバと接する面
＜１，１，１＞または面＜２，１，１＞の表面は低減さ
れる。そのようなわけで、正確な組合せを妨げやすい結
晶欠陥が起こる可能性は低減される。図８（ｂ）は、実
施例として、リブ１５を有するＶ字の側面１４をきわめ
て概略的に示したものである。
【００５４】図１２は本発明のファイバ支持体の変形例
を示したものである。この支持体５２は、図１の支持体
２とは異なり、実際には、光ガイド６２の延長に第２の
Ｖ字状の凹部５６が設けられている。そして、第２の光
ファイバ５８を支持することができるようになってい
る。この２本の光ファイバの支持体５２の形成は、上述
の形成方法において、エッチングマスクの形状が異なる
他は同様にして形成される。ここで用いられるマスク
は、標本端４０とは反対の端６０側に、方向＜０，１，
−１＞に方向づけられた、さらなる２つの開口部が形成
される。したがって、この光ガイド６２は、ファイバ５
８の劈開面に面する、第２の自己保護の劈開面６２ａを
有する。
【００５５】図１３に示す結合支持体もまた、２本の光
ファイバを支持するもので、そのガイド６２と同じ側
（図１３では右側）であって、ガイド６２の劈開面１２
および６２ａの両側の基体の部分が、基体のエッチング
により除去されている。この基体のエッチングは、基体
をエッチングしてはりを固定されない状態にする際に同
時に行なわれるか、あるいはその方法の最後に適切なマ
スクを用いて行われる。
【００５６】上記に示されるように、窒化物のマスクの
形状は＜１，０，０＞面における凹部の形状を決めるも
のである。例えば、図１４にその平面図を示すような形
状のマスクを用いると、図１５（ａ）および（ｂ）にそ
れぞれ縦断面図および斜視図を示すような凹部が得られ
る。
【００５７】特に、図１４のマスク６６は、方向＜０，
１，−１＞に方向づけられる、２つの第１の側方開口部
６８および７０を有する。この開口部の、はりの劈開面
に平行なｘ方向に平行に測定される幅ａは、ガイド８５
の軸（ここでは標本の外側から内側へ向かう）に関して
段々と引き続いて増加し、このようにしてマスクの平面
図におけるステップが形成される。
【００５８】前述の化学エッチングを、それからエアー
ジェットによる微細劈開を用いて、図１５（ａ）および
図１５（ｂ）に示すように、凹部７２、または基体８の
サブエッチングが得られ、３つの連続するＶ字、Ｖ1、
Ｖ2、Ｖ3という、が形成される。これらのＶ字はその枝
部が平行であるが、鉛直方向ｚにおいては移動してい
る。その枝部は、平面＜２，１，１＞と、ガイド方向＜
０，１，−１＞に垂直な平面＜０，１，−１＞とで得ら
れる部分に相当する。このように、平面＜１，０，０＞
に一致する表面における凹部の寸法はだんだんと変化す
る。さらに、凹部の底面７４は階段を形成する。
【００５９】このシステムによれば、光ファイバはＶＶ
1の＜２，１，１＞面に置かれるか、あるいはＶＶ2他の
＜２，１，１＞面に置かれるかの作用により、光ファイ
バ４の垂直方向の位置決めが正確に行われる。例えば、
Ｖ字の表面で測られる開口部の大きさが１μｍ増大する
と、ファイバの軸は０．３５μｍ低下する。
【００６０】もし、ファイバの光学軸が帯状のガイド６
に比べて高すぎると、ＶＶ1を除去してファイバの光学
軸を下げ、ファイバがＶＶ2他の＜２，１，１＞面に置
かれるようにする必要がある。
【００６１】この目的のために、基体を化学エッチング
する間に、適切なマスクを用いて図１６（ａ）および
（ｂ）に示す、７６ａ，７６ｂ，７８ａ，７８ｂのよう
な”ハンバグ（ｈｕｍｂｕｇｓ）”が形成される。これ
らの、ハンバグ７６ａおよび７８ａに関する向き合う面
８０ａと８２ａ、およびハンバグ７６ｂ、７８ｂに関す
る８０ｂ、８２ｂは基体の＜２，１，１＞面であり、こ
のようにしてＶ字の”面”を構成している。
【００６２】ハンバグ７６ａ、７８ａを単なる粉砕によ
って除去することにより、ＶＶ1が除去される。同様に
して、ハンバグ７６ｂ、７８ｂを除去することにより、
ＶＶ2が除去され、その結果ファイバ４は、ガイド８５
の劈開面８４に関して、Ｖ3内に位置決めされる。
【００６３】これらの、単に吹き飛ばすことによって除
去できる、異なるハンバグを形成するために、エッチン
グマスクは図１４に示されるように修正される。それは
方向＜０，１，−１＞に沿って形成される２つの補充の
開口部６８ａ、７０ａもまた有するものである。
【００６４】このように、特に結晶面＜２，１，１＞に
おいて、これらの開口部により、ハンバグ７８ａの面７
８ａおよび８３ａが形成される。その他の開口部、すな
わちｘ軸に平行で数μｍの幅を有し、およそ１００μｍ
の間隔で形成された開口部７９（図１４）は、化学エッ
チングにより、ハンバグ７８ａ（図１６（ｂ）参照）の
ＣおよびＤ面によって形成される平面を形成するもので
ある。このハンバグ７８ａは、その簡単に壊すことがで
きる底面Ｓによってのみ基体にくっついている（その他
のハンバグも同様にくついており、また同様の方法で得
られる）。
【００６５】引き続いてではなく、連続して変化する、
正確な位置決めのためのもう一つのシステムが、図１７
に示すようなマスク８７を用いて得られる。したがっ
て、このマスクの開口部８６および８８はダブルコーン
の形状で連続的に変化する。
【００６６】このマスクを用いることによって、図１８
（ａ）および（ｂ）に示すような、底縁がわずかにカー
ブしてそれぞれ凸面状または凹面状をなす、Ｖ字状のエ
ッチング９０が得られる。ファイバ４の傾きを、基体の
＜１，０，０＞面に関して角度βだけ修正することによ
って（例えば図１８（ｂ）に示す圧力Ｐによって）、ガ
イドの活性域とファイバのコアとの間の結合を最適化す
ることが可能となる。その不整列角度βは数分の角度で
ある。この結果、ファイバ４の傾斜はＶ字９０の面上に
おける支持点を修正することになる。
【００６７】はり４２を固定されない状態とするため
に、基体の化学エッチングを増進させ、特に基体エッチ
ングスピードを高めるために、図１９に平面図を示すよ
うな方法で、窒化物マスク９３に開口部９４を形成する
ことが可能である。これら開口部９４は、はりの上方の
延長部に設けられ、したがってパターン３２に設けられ
る。
【００６８】さらに、はり４２の微細劈開を促進するた
めに（図１０および１１参照）、図２０に平面図を示す
ような方法で、はり４２と同じ高さに、固定された端部
４２ａからわずかに離して、劈開開始体の役目を果たす
切込み９２を形成することが可能である。この切込みは
はりの幅全体を覆うように形成してもよく、あるいはは
りの一方の縁だけに形成しても、または両方の縁に形成
してもよい。この切込み９０は、劈開面１０（図１）に
面し、劈開面１０上のはりの下方の不完全なエッチング
の影響を受けないように、固定された部分から数μｍだ
け離れて形成される。この切込みは、基体をエッチング
してパターン３２の形状が形づくられる間に形成され
る。
【００６９】上記の説明は目的物の実施例を提供するも
ので、他の変形例も可能である。特に、光ガイドは直線
状でなくてもよく、少なくとも１つは結晶方向＜０，
１，−１＞に平行な複数のセグメントからなっていても
よい。
【００７０】他の点については、上述したように、光ガ
イドは他の結晶方向に従って形成されてもよく、特に方
向＜０，１，１＞に形成することができる。この場合、
Ｖ字のエッチングはより完全なものとなる。というの
は、結晶面＜１，１，１＞または＜２，１，１＞をエッ
チング停止面として用いることは、もはや不可能である
からである。その構造体の実現は、まず上述の製造工程
により光ガイドを形成することからなる。一旦そのガイ
ドが形成されると、その構造体全体は、化学エッチング
およびイオンエッチングの両方に対して耐性を有する保
護層で覆われる。この層は図２１では符号１３４で示さ
れる。図２１〜２４における構成要素で前出の図面の構
成要素と共通するものは、相当する構成要素の符号に１
００を加えた符号を有している。明確にするという目的
を満たすために、さらにすべての構成要素を同スケール
で書くことはなされていない。
【００７１】保護層１３４に、パターン３２の端部を囲
むＵ字状の開口部１３５が形成される。このＵ字状の開
口部は、パターンの端部前方の側方横断部分１３７、お
よびパターンの両側に広がる枝部１３６、１３８からな
る。この枝部１３６、１３８はそれぞれ、図６の開口部
３６および３８に相当する。
【００７２】保護層１３４の開口部１３５に、イオンエ
ッチング、好ましくはリアクティブイオンエッチングが
行われる。本質的に知られている以下の技術のいずれか
を行なうことができる：例えば、リアクティブイオンエ
ッチング、イオンビームエッチング、 リアクティブイ
オンビームエッチングである。
【００７３】このエッチングによって、Ｖ字状のエッチ
ングがなされる。このＶ字形１１４は、図２２（ａ）お
よび（ｂ）に示される。これら図２２（ａ）および
（ｂ）はエッチングされた構造体の、それぞれ図２１に
おけるＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿う横断面である。
【００７４】さらなる操作は、はり１４２の形成にあ
る。このはりは、前出の図におけるはり４２に相当する
ものである。はり１４２を固定されない状態とするため
に、選択的異方性化学エッチングが行われる。例えばウ
ェット化学エッチングである。
【００７５】それにもかかわらず、図２３に示すよう
に、このエッチングが行われる前に、開口部の部分１３
７に相当する範囲の基体上に、マスク１３９が形成され
る。このマスクは、Ｖ字状のくぼみの一部を保護し、そ
の結果ファイバフィッティングに用いられるようにする
ものである。
【００７６】図２４はエッチング後の構造体を示したも
のである。マスク１３９によって保護された範囲におい
ては、Ｖ字形の側面１１４は元のままの形状で残ってい
るのに対して、はり１４２の下方の基体の領域１４５は
エッチングにより取り去られている。また上記のマスク
１３９はこの化学エッチング後に除去できる。
【００７７】はり１４２が固定されない状態にあると
き、流体ジェットによる圧力によって、その端部１４２
ａの位置で劈開される。
【００７８】本発明の方法は、上記文書（６）に記載さ
れているようにアレンジされたＩｎＰ−集積化レーザ光
検出器構造体の製造に好適なものである。さらに、本発
明の支持体は、劈開面に平行な複数の帯状ガイドを有
し、それぞれのガイドがＶ字内に配置された光ファイバ
と本発明による結合をなしていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光ファイバのための光結合支持体の
斜視図である。
【図２】 図１に示す支持体の製造における一工程を示
す横断面図である。
【図３】 図１に示す支持体の製造における一工程を示
す平面図である。
【図４】 図１に示す支持体の製造における一工程を示
す横断面図である。
【図５】 図１に示す支持体の製造における一工程を示
す横断面図である。
【図６】 図１に示す支持体の製造における一工程を示
す平面図である。
【図７】 本発明の支持体の変形例の製造における一工
程を示す平面図である。
【図８】 本発明の支持体の変形例の製造における一工
程を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）拡大詳細斜視
図である。
【図９】 図１に示す支持体の製造における一工程を示
す横断面図である。
【図１０】 図１に示す支持体の製造における一工程を
示す平面図である。
【図１１】 図１に示す支持体の製造における一工程を
示す縦断面図である。
【図１２】 本発明の光結合支持体の変形例で、２本の
光ファイバを用いる例を示す斜視図である。
【図１３】 本発明の光結合支持体の変形例で、２本の
光ファイバを用いる例を示す斜視図である。
【図１４】 基体のエッチングマスクの変形例を示す平
面図である。
【図１５】 図１４のマスクを用いてはりの下方の基体
をエッチングして得られる、順次形成されたＶ字状を示
したもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図１６】 図１５と同じＶ字状を示したもので、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部拡大図である。
【図１７】 基体のエッチングマスクの他の変形例を示
す平面図である。
【図１８】 図１７のマスクを用いてエッチングされた
基体を示した縦断面図である。
【図１９】 基体のエッチングマスクの他の変形例を示
す平面図である。
【図２０】 本発明の方法の変形例を示す平面図であ
る。
【図２１】 本発明の変形例における支持体の製造工程
を示す平面図である。
【図２２】 図２１の変形例における断面図であり、
（ａ）は図２１中のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｂ）は図
２１中のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図２３】 図２１の変形例の製造工程のさらなる工程
を示す平面図である。
【図２４】 図２１の変形例により得られる支持体の詳
細斜視図である。
【符号の説明】
４……光ファイバ ８、１０８……基体 １２……劈開面 １５……リブ １６……基体表面 １８……エッチングバリア層 ２０……光閉込め層 ２２……活性層 ２４……光閉込め層 ３０……帯状部 ３２……パターン ３４、１３４……保護層 ３６……開口部 ３８……開口部 ４２、１４２……はり ４２ａ、１４２ａ……固定端 ６８……開口部 ７０……開口部 ８６……開口部 ８８……開口部 ９２……切込み ９４……開口部

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 以下の工程からなる、少なくとも１つの
    劈開された光ガイドを有する集積化構造体の製造方法。 ａ）単結晶基体（８）の平坦な表面（１６）上に、エッ
    チングバリア面（１４）を有する該基体の結晶方位＜
    １，０，０＞の第１の面に平行に、該基体に対するエッ
    チングバリア層（１８）、下方の光閉込め層（２０）、
    活性層（２２）および上方の光閉込め層（２４）を、順
    次、エピタキシャル結晶成長により形成する。 ｂ）上記のエピタキシャル結晶成長により形成された層
    を、所望のパターン（３２）に従ってエッチングし、少
    なくとも１つの、少なくとも一部分が上記基体の結晶方
    位＜０，１，−１＞の第１の方向に平行な光ガイド帯状
    部（３０）を形成する。 ｃ）上記ｂ）で得られた構造体を、上記基体の異方性ウ
    ェット化学エッチングに対して耐性を有する保護層（３
    ４）で被覆する。 ｄ）上記パターン（３２）の両側で、上記保護層（３
    ４）に、上記ガイドの第１の方向に平行な縦軸を有し、
    かつ該第１の方向に垂直で構造体の劈開面に平行な第２
    の方向（４０）で通じる少なくとも２つの開口部（３
    ６，３８）を形成する。 ｅ）工程ｄ）の間にさらされた基体を、上記の異方性化
    学エッチングにさらす。このエッチング操作により基体
    のエッチング（１２）がもたらされ、上記第１の方向に
    したがって方向づけられ、かつ固定されない端部（４２
    ａ）と固定された端部とを有する少なくとも１つのはり
    （４２）が形成される。および、 ｆ）上記はりを、その固定された端部（４２ａ）の位置
    ではりの劈開をもたらす加圧流体ジェットの作用にさら
    す。
  2. 【請求項２】 上記基体（８）がＩｎＰからなることを
    特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記エッチングバリア層（１８）がＧａ
    ＩｎＡｓＰからなることを特徴とする請求項２記載の方
    法。
  4. 【請求項４】 方位 ０，１，−１である第１の方向に
    一致してＶ字状のエッチングが得られ、その枝部が該第
    １の方向に垂直で、かつ上記平坦な表面（１６）に垂直
    であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記流体ジェットがエアージェットであ
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 上記保護層（３４）が、上記はりが劈開
    される前に除去されることを特徴とする請求項１記載の
    方法。
  7. 【請求項７】 上記保護層（３４）が窒化ケイ素からな
    ることを特徴とする請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 工程ｆ）に先だって、上記構造体に、上
    記固定された端部と同じ高さに少なくとも１つのＶ字状
    の切込み（９２）が形成され、劈開開始体としての役目
    を果たすことを特徴とする請求項１記載の方法。
  9. 【請求項９】 上記光閉込め層（２０，２４）がＩｎＰ
    からなり、かつ上記活性層（２２）がＧａＩｎＡｓＰか
    らなることを特徴とする請求項２記載の方法。
  10. 【請求項１０】 上記工程ａ）が、ＩｎＰ基体（８）上
    に、ＧａＩｎＡｓＰからなるエッチングバリア層（１
    ８）、ＩｎＰからなる下方の光閉込め層（２０）、Ｇａ
    ＩｎＡｓＰからなる活性層（２２）およびＩｎＰからな
    る上方の光閉込め層（２４）、ＧａＩｎＡｓＰからなる
    もう一つのエッチングバリア層（２６）、およびＩｎＰ
    からなる上方の側方光閉じ込め層（２８）を順次、エピ
    タキシャル結晶成長により形成してなることを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  11. 【請求項１１】 開口部（６８，７０）が第２の方向に
    変化しうる幅（ａ）を有することを特徴とする請求項１
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】 上記幅が順次変化する（６８，７０）
    （図１４）ことを特徴とする請求項１１記載の方法。
  13. 【請求項１３】 上記幅が連続して変化する（８６，８
    ８）（図１７）ことを特徴とする請求項１１記載の方
    法。
  14. 【請求項１４】 上記保護層に、かつ上記パターンの両
    側に、少なくとも２つの、幅が変化しうる付加的な開口
    部（６８ａ，７０ａ）が形成され、上記基体のエッチン
    グが、粉砕によって除去でき、かつ２つの向いあう面
    （８０ａ，８２ａ；８０ｂ，８２ｂ）がＶ字をなすハン
    バグ（humbugs）（７６ａ，７８ａ，７６ｂ，７８ｂ）
    を形成するように行われることを特徴とする請求項１１
    記載の方法。
  15. 【請求項１５】 開口部（９４）が、上記パターン（３
    ２）の延長部のマスクに形成され、その位置にはり（４
    ２）が形成されることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】 工程ｆ）で得られた構造体をエッチン
    グして、少なくとも該構造体の上記劈開面から突き出た
    部分を除去することを特徴とする請求項１記載の方法。
  17. 【請求項１７】 保護層に形成された２つの開口部（３
    ６，３８）が、ガイドの方向に、はりの非対称な劈開を
    得るためにそれぞれ異なる長さを有することを特徴とす
    る請求項１記載の方法。
  18. 【請求項１８】 保護層に形成された２つの開口部（３
    ６，３８）が、それぞれ縦軸に従って、鋸壁状に形成さ
    れた外側の縁を有することを特徴とする請求項１記載の
    方法。
  19. 【請求項１９】 上記請求項１〜１８のいずれかに記載
    の方法により得られる、劈開面（１２）を有する光ガイ
    ド（６）を備えてなる集積化ガイド構造体からなり、基
    体（８）のはりの下方をエッチングしてファイバ（４）
    のための少なくとも１つのＶ字状のくぼみ（１０）を形
    成してなることを特徴とする少なくとも１本の光ファイ
    バのための一体的光結合支持体。
  20. 【請求項２０】 光ガイドの劈開面（１２）に関して、
    ファイバ（４）の正確な位置決めのために、鉛直方向
    （ｚ）に移動された、複数の相次ぐ、除去可能なＶ字状
    のくぼみ（Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3）を有してなることを特徴と
    する請求項１９記載の結合支持体。
  21. 【請求項２１】 上記Ｖ字状のくぼみが肋骨状のリブ
    （１５）を有する側面（１４）からなることを特徴とす
    る請求項１９記載の結合支持体。
  22. 【請求項２２】 以下の工程からなる、少なくとも１つ
    の、劈開された光ガイドを有する集積化構造体の製造方
    法。 ａ）単結晶基体（１０８）の平坦な表面（１１６）上
    に、結晶方位＜１，０，０＞の第１の面に平行に、該基
    体に対するエッチングバリア層、下方の光閉込め層、活
    性層、および上方の光閉込め層を、順次、エピタキシャ
    ル結晶成長により形成する。 ｂ）上記のエピタキシャル結晶成長により形成された層
    を、所望のパターン（１３２）に従ってエッチングし、
    少なくとも１つの、少なくとも一部分が上記基体の結晶
    方位＜０，１，１＞の第１の方向に平行な光ガイド帯状
    部（１３０）を形成する。 ｃ）上記ｂ）で得られた構造体を、化学エッチングおよ
    びイオンエッチングに対して耐性を有する保護層（１３
    ４）で被覆する。 ｄ）上記保護層に、上記パターン（１３２）の端部を囲
    むＵ字状の開口部（１３５）を形成する。該Ｕ字状の開
    口部は、上記パターンの端部の前方の上記横断部分（１
    ３７）および該パターンの一部分の両側に広がる枝部
    （１３６，１３８）からなる。 ｅ）枝部が上記第１の方向に垂直で、かつ上記平坦な表
    面に垂直なＶ字状エッチングを得るために、上記開口部
    （１３５）にイオンエッチングを行なう。 ｆ）上記開口部（１３５）の横断部分（１３７）に相当
    する範囲の基体を、異方性化学エッチングに対して耐性
    を有するマスクで被覆する。 ｇ）上記枝部を含む開口部の一部に選択的異方性化学エ
    ッチングを行い、上記第１の方向にしたがって方向づけ
    られ、かつ固定されない端部および固定された端部を有
    するはりを形成する。および、 ｈ）上記はりを、その固定された端部（１４２ａ）の位
    置ではりの劈開をもたらす、加圧流体ジェットの作用に
    さらす。
JP6157642A 1993-07-09 1994-07-08 劈開された光ガイドとガイド−ファイバ光結合のための光ファイバ支持体とを集積してなる構造体の製造方法およびその得られた構造体 Pending JPH0777629A (ja)

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