JPH10282362A - Optical waveguide substrate, optical module and manufacture of optical waveguide substrate - Google Patents

Optical waveguide substrate, optical module and manufacture of optical waveguide substrate

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JPH10282362A
JPH10282362A JP11860897A JP11860897A JPH10282362A JP H10282362 A JPH10282362 A JP H10282362A JP 11860897 A JP11860897 A JP 11860897A JP 11860897 A JP11860897 A JP 11860897A JP H10282362 A JPH10282362 A JP H10282362A
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optical waveguide
optical
substrate
silicon
silicon substrate
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form an optical waveguide and an optical element alignment structure at almost the same time, simplify processes and improve a yield by forming a polygonally columnar rod optical waveguide of silicon containing impurities on a silicon substrate. SOLUTION: A trapezoidal and angularly columnar rod optical waveguide 11 of silicon in which impurities are diffused is formed on a silicon substrate 12. The waveguide 11 with impurities diffused has larger refractivity than the silicon substrate 12. On this account, light is prevented from leaking from the waveguide 11 to the silicon substrate 12. If single crystal silicon is used for the silicon substrate 12 to apply epitaxial growth reflecting the crystal orientation of the silicon substrate during layering, the silicon substrate 12 and a silicon layer formed thereon the have the same crystal orientation as a whole. In this way, aeolotropic etching for which the crystal orientation is used is applicable in the next etching process and the optical waveguide 11 is more easily manufactured with precision.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は三次元光導波路基
板、光素子の光入出力を光ファイバに結合するための光
モジュール、三次元光導波路基板の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional optical waveguide substrate, an optical module for coupling optical input / output of an optical element to an optical fiber, and a method of manufacturing a three-dimensional optical waveguide substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の三次元光導波路基板を図11に示
す。ここで、図11Aは従来の三次元光導波路の平面図
を、図11Bは側面図を示す。光導波路基板100上に
光導波路11が形成されている。ここで、光導波路11
は光導波路基板100を構成する材料より光に対する屈
折率が大きい材料で構成されている。この結果、光が光
導波路11内に閉じ込められ、光は導波路11に沿って
進行する。光導波路基板の作成は、LiNbO3基板へ
のTi拡散、Si基板への火炎堆積法によるガラス膜形
成、基板への有機材料のスピンコート等によって行われ
る。
2. Description of the Related Art FIG. 11 shows a conventional three-dimensional optical waveguide substrate. Here, FIG. 11A is a plan view of a conventional three-dimensional optical waveguide, and FIG. 11B is a side view. An optical waveguide 11 is formed on an optical waveguide substrate 100. Here, the optical waveguide 11
Is made of a material having a higher refractive index to light than the material of the optical waveguide substrate 100. As a result, the light is confined in the optical waveguide 11 and the light travels along the waveguide 11. The optical waveguide substrate is formed by diffusing Ti into a LiNbO3 substrate, forming a glass film on a Si substrate by a flame deposition method, spin coating an organic material on the substrate, and the like.

【0003】光導波路11への光の入出力は光導波路1
1と光ファイバ、光発光素子、光受光素子等の光素子と
を光学的に結合することで行う。図12にこの例を示
す。光導波路11と光ファイバ40が光学的に結合され
ている。光導波路基板100に形成された光導波路11
の端部に光ファイバ40のコア41が近接して対向して
いる。このため、光ファイバ40の中を左に向かって通
過した光は、そのコア41の端部から放射され、光導波
路11に入射、そのまま進行する。また逆に11を右方
向に通過する光は、光導波路11の端部から放射され、
光ファイバ40ののコア41に入射して、そのまま進行
することとなる。光導波路11と光ファイバ40間の効
率よい光結合には光導波路11と光ファイバ40のアラ
イメントが欠かせない。このため、光の導通状態を確認
しながら光導波路11と光ファイバ40のアライメン
ト、固定を行うアクティブアライメントが行われる。ま
た、アクティブアライメントを行わない方法としてV溝
を形成した基板に光ファイバ40を固定するV溝固定方
式がある。
The input / output of light to / from the optical waveguide 11 is performed by the optical waveguide 1
1 and optical elements such as an optical fiber, a light emitting element, and a light receiving element. FIG. 12 shows this example. The optical waveguide 11 and the optical fiber 40 are optically coupled. Optical waveguide 11 formed on optical waveguide substrate 100
The core 41 of the optical fiber 40 is closely opposed to the end of the optical fiber 40. Therefore, the light that has passed through the optical fiber 40 toward the left is emitted from the end of the core 41, enters the optical waveguide 11, and proceeds as it is. Conversely, light passing right through 11 is emitted from the end of the optical waveguide 11,
The light enters the core 41 of the optical fiber 40 and proceeds as it is. For efficient optical coupling between the optical waveguide 11 and the optical fiber 40, alignment between the optical waveguide 11 and the optical fiber 40 is indispensable. For this reason, active alignment for aligning and fixing the optical waveguide 11 and the optical fiber 40 while checking the light conduction state is performed. As a method of not performing active alignment, there is a V-groove fixing method for fixing the optical fiber 40 to a substrate on which a V-groove is formed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】以上の従来の光導波路
基板100では光素子とのアライメントを行うのに欠点
があった。アクティブアライメントはアライメントの工
程自体が複雑である。また、V溝方式はアライメントの
工程自体は比較的簡単だがV溝の製作は光導波路の製作
とは別個に行わなければならない。何れにしろ、光素子
とのアライメントを含めて考えると光導波路基板100
を作成するには複雑な工程が必要であり、そのため歩留
まりも良いとは言えなかった。
However, the conventional optical waveguide substrate 100 has a drawback in performing alignment with an optical element. In active alignment, the alignment process itself is complicated. In the V-groove method, the alignment process itself is relatively simple, but the production of the V-groove must be performed separately from the production of the optical waveguide. In any case, considering the alignment with the optical element, the optical waveguide substrate 100
A complicated process was required to produce the, and the yield was not good.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明に係る光導波路基
板は、シリコン基板上に不純物を含有したシリコンから
なる多角柱棒状光導波路を形成する。また、上記光導波
路の有用な用途として、光素子と光ファイバを接続する
光モジュールを示した。さらに、上記光導波路基板の製
造方法として、シリコン基板上へ不純物を含有するシリ
コンエピタキシャル膜を形成、異方性エッチングする工
程を示した。
In the optical waveguide substrate according to the present invention, a polygonal rod optical waveguide made of silicon containing impurities is formed on a silicon substrate. Further, as a useful application of the optical waveguide, an optical module for connecting an optical element and an optical fiber has been described. Further, as a method of manufacturing the optical waveguide substrate, a step of forming a silicon epitaxial film containing impurities on a silicon substrate and performing anisotropic etching was described.

【0006】[0006]

【作用】本発明に係る光導波路はシリコンをエッチング
する工程で形成することができる。このためシリコン基
板にV溝等の光素子アライメント構造を形成する工程と
共通する工程で製作することができる。このため、光導
波路の形成と光素子アライメント構造の形成をほとんど
同時に行え、製作工程の簡略化、歩留まりの向上に寄与
する。
The optical waveguide according to the present invention can be formed by etching silicon. Therefore, it can be manufactured by a process common to a process of forming an optical element alignment structure such as a V-groove in a silicon substrate. Therefore, the formation of the optical waveguide and the formation of the optical element alignment structure can be performed almost simultaneously, which contributes to simplification of the manufacturing process and improvement of the yield.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】本発明の第1の実施例を図1に示
す。図1Aは本発明に係る光導波路基板100の平面図
を図1Bは側面図を示す。シリコン基板12上に不純物
を拡散したシリコンで構成される台形角柱棒状の光導波
路11が形成されている。ここで、光導波路11は不純
物を拡散した結果、シリコン基板12にくらべ屈折率が
大きくなっている。このため、光が光導波路11からシ
リコン基板12にもれるのが防止され、光導波路11は
導波路として機能することになる。なお、光導波路11
の屈折率が周囲、即ち通常は気中あるいは真空中より屈
折率が大きくなっていることも、光導波路11が光導波
路として機能する要因である。台形角柱棒形状の下辺に
薄い膜部分11aが形成されているが、この部分の厚さ
は台形角柱棒の厚さdzに比べて十分小さければ光導波
路としては無視することができる。不純物としては例え
ば、リン、等を使用することができ、シリコンに含有す
る不純物の量を変えることで屈折率を制御することがで
きる。シリコンは可視領域の光に対しては不透過である
が、赤外領域の光は透過する。このため、光導波路11
は赤外域での光導波路として、例えば波長1.3μm、
1.55μmの光を導波する。そして、台形の幅dx、
高さdz、シリコン基板12の屈折率n(=3.3)
に対する光導波路11の屈折率n、を変えることで、
導波する光のモードを適宜に設定できる。例えば、光導
波路光導波路11の屈折率nを3.4として、台形の
幅dxと高さdzをそれぞれ1μmとすると、波長1.
3μのシングルモード光のみを導波できる。また、台形
の幅dxと高さdzをそれぞれ35μmとすれば、マル
チモードとしてコアの直径50μmの光ファイバと接続
するのに適した光導波路10を形成できる。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of an optical waveguide substrate 100 according to the present invention, and FIG. 1B is a side view. A trapezoidal prism-shaped optical waveguide 11 made of silicon in which impurities are diffused is formed on a silicon substrate 12. Here, as a result of diffusing impurities, the optical waveguide 11 has a higher refractive index than the silicon substrate 12. Therefore, light is prevented from leaking from the optical waveguide 11 to the silicon substrate 12, and the optical waveguide 11 functions as a waveguide. The optical waveguide 11
Is higher than that of the surroundings, that is, usually in the air or vacuum, is also a factor that causes the optical waveguide 11 to function as an optical waveguide. A thin film portion 11a is formed on the lower side of the trapezoidal prismatic rod shape. If the thickness of this portion is sufficiently smaller than the thickness dz of the trapezoidal prismatic rod, it can be ignored as an optical waveguide. For example, phosphorus or the like can be used as the impurity, and the refractive index can be controlled by changing the amount of the impurity contained in silicon. Silicon is opaque to light in the visible region, but is transparent to light in the infrared region. Therefore, the optical waveguide 11
Is an optical waveguide in the infrared region, for example, a wavelength of 1.3 μm,
Light of 1.55 μm is guided. And the width dx of the trapezoid,
Height dz, refractive index n 0 of silicon substrate 12 (= 3.3)
By changing the refractive index n 1 of the optical waveguide 11 with respect to
The mode of the guided light can be set appropriately. For example, the refractive index n 1 of the optical waveguide optical waveguide 11 as 3.4, if the 1μm trapezoidal width dx and height dz respectively, wavelengths 1.
Only 3μ single mode light can be guided. When the width dx and the height dz of the trapezoid are each 35 μm, the optical waveguide 10 suitable for connecting to an optical fiber having a core diameter of 50 μm as a multimode can be formed.

【0008】この光導波路を作成するにはシリコン基板
12上に不純物を拡散したシリコンの層を形成する。こ
の層形成は液相あるいは気相法等種々の方法で形成でき
る。例えば、不純物原料としてPHを含有したシラン
ガスを用いたCVD法を適用することで、リンを含有し
たシリコンの層を形成できる。シランとPHの混合比
を調整することで、シリコン中のリンの含有量を制御で
きる。ここで、シリコン基板12として単結晶シリコン
を用い、層形成に際しシリコン基板の結晶方位を反映し
たエピタキシャル成長を適用すれば、シリコン基板12
とその上に形成されたシリコン層は全体として同一の結
晶方位を有することになる。このようにすれば、次のエ
ッチング工程において結晶方位を利用した異方性エッチ
ングが可能となり、光導波路11の精密な製作がより容
易となる。異方性エッチングは例えばKOHの水溶液を
用いて行える。シリコン基板12として(1,1,1)
面方位のものを使い、不純部を含むシリコン層をエピタ
キシャル成長後に異方性エッチングすれば、光導波路1
1の台形の底辺と側面のなす角θは54.7°となる。
また、シリコン基板の方位を(1,1,0)面とした場
合は光導波路11の台形の底辺と側面のなす角θは90
°となり、台形から長方形に移行する。本実施例は導波
路基板100単体として、シリコン基板上全体への不純
物シリコン層形成、エッチングで導波路構造が形成され
ることから、きわめて作成容易である。また、異方性エ
ッチングを利用することができるため、極めて精密に導
波路構造を形成できる利点を有する。
To form this optical waveguide, a silicon layer in which impurities are diffused is formed on a silicon substrate 12. This layer can be formed by various methods such as a liquid phase or gas phase method. For example, a silicon layer containing phosphorus can be formed by applying a CVD method using silane gas containing PH 3 as an impurity material. By adjusting the mixing ratio of silane and PH 3, it can be controlled content of phosphorus in the silicon. Here, if single crystal silicon is used as the silicon substrate 12 and epitaxial growth reflecting the crystal orientation of the silicon substrate is applied when forming the layer, the silicon substrate 12
And the silicon layer formed thereon have the same crystal orientation as a whole. This makes it possible to perform anisotropic etching utilizing the crystal orientation in the next etching step, and it becomes easier to manufacture the optical waveguide 11 precisely. The anisotropic etching can be performed using, for example, an aqueous solution of KOH. (1,1,1) as silicon substrate 12
Anisotropic etching is performed after epitaxial growth of a silicon layer containing an impurity part using a plane-oriented one.
The angle θ between the base and the side surface of the trapezoid 1 is 54.7 °.
When the orientation of the silicon substrate is the (1,1,0) plane, the angle θ between the bottom and the side of the trapezoid of the optical waveguide 11 is 90 °.
°, and transition from a trapezoid to a rectangle. In this embodiment, since the waveguide structure is formed by forming an impurity silicon layer on the entire silicon substrate and etching as a single waveguide substrate 100, it is extremely easy to fabricate. Further, since anisotropic etching can be used, there is an advantage that a waveguide structure can be formed extremely precisely.

【0009】本発明の第1の実施例の変形例を図2に示
す。図2Aは平面図で、図2Bは側面図を示す。図2で
はシリコン基板12の一部が台形の底部を構成する点
で、図1の場合とは異なる。このとき、不純物シリコン
で構成される光導波路11が導波路として機能し、シリ
コン基板12は台形の底部を構成しても、導波路として
機能することはない。そして、導波路の導波モードは導
波路の底辺dxと高さdzによって決まってくるのは、
図1の場合と同様である。図2の作成にはエッチング時
間を図1の場合に比較して長くすれば良い。多少エッチ
ング時間が長くなっても、導波路11の台形の幅dxが
大きく変わることはなく、台形の高さdzには変化がな
い。このため、導波モードに大きな影響はない。以上か
ら、エッチング制御の厳格性が光導波路11の導波特性
に対して及ぼす影響は少ないと言える。このため、本発
明の光導波路10では、大量に性質の揃ったものを生産
することが容易である。例えば、一枚の基板に多数の光
導波路基板を1度に形成したり、あるいは複数の基板を
同時にエッチングしたとき、エッチレートが不揃いにな
る可能性がある。本発明に係る光導波路10はこのよう
なときでも、性質の揃った光導波路基板100を多数同
時に形成できる利点がある。特に、(1,1,0)面の
シリコン基板を利用すれば台形の底辺と側面のなす角θ
が90°であるから、エッチレートが不揃いになったと
きの影響を最小限に留めることができる。
FIG. 2 shows a modification of the first embodiment of the present invention. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a side view. FIG. 2 is different from FIG. 1 in that a part of the silicon substrate 12 forms a trapezoidal bottom. At this time, the optical waveguide 11 made of impurity silicon functions as a waveguide, and even if the silicon substrate 12 forms a trapezoidal bottom, it does not function as a waveguide. The waveguide mode of the waveguide is determined by the bottom side dx and the height dz of the waveguide.
This is the same as in FIG. 2 may be formed by making the etching time longer than in the case of FIG. Even if the etching time becomes somewhat longer, the width dx of the trapezoid of the waveguide 11 does not change significantly, and the height dz of the trapezoid does not change. Therefore, there is no significant influence on the waveguide mode. From the above, it can be said that the strictness of the etching control has little effect on the waveguide characteristics of the optical waveguide 11. For this reason, in the optical waveguide 10 of the present invention, it is easy to produce a large number of optical waveguides having uniform properties. For example, when a large number of optical waveguide substrates are formed on one substrate at one time, or when a plurality of substrates are etched at the same time, there is a possibility that the etch rates become uneven. Even in such a case, the optical waveguide 10 according to the present invention has an advantage that a large number of optical waveguide substrates 100 having uniform properties can be simultaneously formed. In particular, if a (1,1,0) plane silicon substrate is used, the angle θ between the base and the side of the trapezoid will be described.
Is 90 °, it is possible to minimize the influence when the etch rates become uneven.

【0010】本発明の第2の実施例を図3に示す。光導
波路基板本体10と光ファイバ固定基板20が一体的に
光導波路基板100として形成され、光導波路基板本体
10と光ファイバ固定基板20の間に垂直溝30が形成
されている。光導波路基板本体10上に光導波路11が
形成されていることは第1の実施例と同様である。そし
て、光ファイバ固定基板20には光導波路11の端面と
対向する端面を有するV溝21が形成されている。 V
溝21の形成は(1,1,0)の面方位のシリコン基板
を用いた異方性エッチングで行える。ここで、光導波路
11の形成とV溝21の形成を同様の工程で行えること
に注意する。即ち、光導波路11の形成に必要な不純物
含有シリコンをエピタキシャル成長で形成すると、不純
物含有シリコンとその下のシリコン基板は同一の方位を
もつから、不純物含有シリコンとシリコン基板が層にな
っていても、V溝21を形成するのに支障はない。この
結果、不純物含有シリコンをシリコン基板の全面に形成
し、エッチングすることで、光導波路基板本体10と光
ファイバ固定基板20を形成できる。垂直溝30は10
と20の形成後にダイシング加工で形成できる。さら
に、図4に第2の実施例に係る光導波路基板本体10に
光ファイバを設置した状態を示す。図4Aは平面図であ
り、図4Bは側面図である。光ファイバ40が光ファイ
バ固定基板20のV溝21上に固定され、そのコア41
の端面が光導波路11の端面と近接して対向している。
このことから、光導波路基板本体10と光ファイバ40
との相互間を光が行き来できる。光ファイバ40の固定
法は図には表れていないが、例えば接着剤で行え、ある
いは他の板状体等で上から押さえつけることでも行え
る。ここで、垂直溝30の形成により、エッチングによ
り光導波路11の端面が斜面壁となったものが除去され
る。即ち、垂直溝30を形成することで、光導波路11
の端面とのコア41の端面をより近接可能とし光導波路
11と光ファイバ40の光結合の効率を向上できる。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. The optical waveguide substrate main body 10 and the optical fiber fixing substrate 20 are integrally formed as an optical waveguide substrate 100, and a vertical groove 30 is formed between the optical waveguide substrate main body 10 and the optical fiber fixing substrate 20. The optical waveguide 11 is formed on the optical waveguide substrate body 10 as in the first embodiment. Then, a V-groove 21 having an end face facing the end face of the optical waveguide 11 is formed in the optical fiber fixing substrate 20. V
The groove 21 can be formed by anisotropic etching using a silicon substrate having a (1,1,0) plane orientation. Here, it should be noted that the formation of the optical waveguide 11 and the formation of the V-groove 21 can be performed in the same steps. That is, when the impurity-containing silicon necessary for forming the optical waveguide 11 is formed by epitaxial growth, the impurity-containing silicon and the silicon substrate thereunder have the same orientation, so that even if the impurity-containing silicon and the silicon substrate are in layers, There is no problem in forming the V groove 21. As a result, the optical waveguide substrate main body 10 and the optical fiber fixing substrate 20 can be formed by forming the impurity-containing silicon on the entire surface of the silicon substrate and performing etching. The vertical groove 30 is 10
And 20 can be formed by dicing. FIG. 4 shows a state in which an optical fiber is installed in the optical waveguide substrate body 10 according to the second embodiment. FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a side view. The optical fiber 40 is fixed on the V-groove 21 of the optical fiber fixing substrate 20, and its core 41
Is in close proximity to the end face of the optical waveguide 11 and opposes it.
From this, the optical waveguide substrate body 10 and the optical fiber 40
Light can come and go between each other. Although the method of fixing the optical fiber 40 is not shown in the drawing, it can be performed, for example, with an adhesive, or by pressing down from above with another plate-like body or the like. Here, the formation of the vertical groove 30 removes the end face of the optical waveguide 11 which has become the slope wall by the etching. That is, by forming the vertical groove 30, the optical waveguide 11
The end face of the core 41 can be made closer to the end face of the optical waveguide 11 and the efficiency of optical coupling between the optical waveguide 11 and the optical fiber 40 can be improved.

【0011】本発明の第3の実施例を図5に示す。光導
波路基板本体10と光素子固定基板50が一体的に光導
波路基板100として形成されており、光導波路基板本
体10と光素子固定基板50の間に垂直溝30が形成さ
れている。光素子固定基板50上には平溝51がその端
面が光導波路11の端面と対向するように形成されてい
る。平溝51の形成は第2の実施例同様にシリコン基板
の異方性エッチングで行え、かつ11とほぼ同一の工程
で作成できる。即ち、シリコン基板に不純物含有シリコ
ンをエピタキシャル成長させた後、異方性エッチングを
することで作成できる。図5はシリコン基板として
(1,1,0)面の方位のものを使用した場合を示して
いるが、(1,1,1)面方位の基板を使用し、光導波
路11と平溝51の断面形状が台形状となっても差し支
えない。垂直溝30の形成は第2の実施例同様ダイシン
グによって行える。図6に第3の実施例において発光素
子を設置したものを示す。平溝51内に発光素子60を
発光部61の発光端が光導波路11の端部と近接して対
向するように設置されている。発光部61の発光端から
放射された光が光導波路11に入射する。ここで、平溝
51は発光部61の端部と光導波路11の端部の高さを
合わせるべくその深さが制御されている。発光部61を
発光素子60の下方になるように設置しても発光部61
は発光素子60の下面から数μmから10μmの距離に
あることから、これに対応するためである。発光素子6
0としてはLED、LD等の半導体発光素子を用いれ
る。また、発光素子60に変えて受光素子を適用するこ
とは、当業者の容易に成し得るところである。
FIG. 5 shows a third embodiment of the present invention. The optical waveguide substrate main body 10 and the optical element fixing substrate 50 are integrally formed as an optical waveguide substrate 100, and a vertical groove 30 is formed between the optical waveguide substrate main body 10 and the optical element fixing substrate 50. A flat groove 51 is formed on the optical element fixing substrate 50 so that the end face thereof faces the end face of the optical waveguide 11. The formation of the flat groove 51 can be performed by anisotropic etching of the silicon substrate as in the second embodiment, and can be formed in almost the same steps as in the step 11. That is, it can be formed by epitaxially growing impurity-containing silicon on a silicon substrate and then performing anisotropic etching. FIG. 5 shows a case where a silicon substrate having an orientation of (1,1,0) plane is used. A substrate having an orientation of (1,1,1) is used, and the optical waveguide 11 and the flat groove 51 are used. May have a trapezoidal cross section. The vertical grooves 30 can be formed by dicing as in the second embodiment. FIG. 6 shows a third embodiment in which light emitting elements are installed. The light emitting element 60 is installed in the flat groove 51 such that the light emitting end of the light emitting section 61 is close to and opposed to the end of the optical waveguide 11. Light emitted from the light emitting end of the light emitting unit 61 enters the optical waveguide 11. Here, the depth of the flat groove 51 is controlled so as to match the height of the end of the light emitting section 61 with the end of the optical waveguide 11. Even if the light emitting unit 61 is installed below the light emitting element 60, the light emitting unit 61
Is from the lower surface of the light emitting element 60 to a distance of several μm to 10 μm. Light emitting element 6
As 0, a semiconductor light emitting element such as an LED or an LD is used. Applying a light receiving element instead of the light emitting element 60 can be easily achieved by those skilled in the art.

【0012】本発明の第3の実施例の応用例として光モ
ジュールを示す。図7は光モジュール200の斜視図を
ケーシング上蓋204を開けた状態で示している。図8
は光モジュール200の正面図を、図9は光モジュール
200と光コネクタ250の結合状態を示す断面図であ
る。ケーシング201内に光導波路基板本体10と光素
子固定基板50を一体的に形成した光導波路基板100
が設置されている。ここで、光導波路基板本体10はシ
リコン基板として(1,1,0)面方位のものを使い異
方性エッチングで作成した関係から、光導波路11と平
溝51の断面が台形形状となっている。但し、図5のよ
うな断面が長方形となった構造でも差し支えはない。ケ
ーシング201には光コネクタと接続するためのレセプ
タクル202と、電流導入用の外部リード端子203
a、203bが設けられている。また、光素子固定基板
50上に電極52a、52bが形成されている。この形
成は例えば真空蒸着でAlを成膜後にAlをエッチン
グ、またはリフトオフすることで容易に行える。電極5
2aは発光素子60の下面と直接、電極52bは発光素
子60上面とボンディングワイヤーを介して、それぞれ
電気的に接続されている。さらに、電極52a、電極5
2bはボンディングワイヤーで外部リード端子203
a、203bとそれぞれ電気的に接続されている。レセ
プタクル202の端面は、発光素子60の対向する光導
波路11の端面とは反対側の端面と対向し、このレセプ
タクル202の端面においてケーシング201にケーシ
ング凹み210及びケーシング開口部220が設けられ
ている。シリコン基板12、光導波路11それぞれの端
部及びケーシング凹み210の表面はほぼ同一平面をな
すように、レセプタクル202の端面に配置されてい
る。そして、光導波路11、シリコン基板12とケーシ
ング凹み210の間には間隙があるが、これは接着剤2
30で封止される。接着剤230には光導波路11との
屈折率を十分考慮し、光導波路11より屈折率の小さい
ものを使用する。これには通例光学接着剤として市販さ
れているものを使用できる。この結果、ケーシング上蓋
204を封じた状態ではケーシング201内の発光素子
60等は外気から完全に遮断でき、湿気等から有効に保
護される。なお、後述の光ファイバとの光結合に支障な
い程度に薄い透明保護膜を、光導波路11の端面にコー
ティングすることもできる。このコーティングは光導波
路11の端面保護に役立つ。ケーシング上蓋204の封
止は接着剤でケーシング201と接続することで行え、
その際ケーシング内の大気を窒素ガス、不活性ガスで置
換、あるいは真空引きすると大気中の湿気、酸素等によ
るケーシング内202の発光素子60等の劣化防止に有
効である。図9に示されるように光ファイバ40を接続
した光コネクタ250はレセプタクル202に挿入され
る。すると、光コネクタ250の端面に現れた光ファイ
バ40の端面と、光導波路11が当接する。その結果、
ケーシング内202の発光素子60から放射され光導波
路11を通過した光は光ファイバ40内に入射すること
になる。なお、図にはないが発光素子60は外部リード
端子203に接続した電源で変調可能である。
An optical module is shown as an application example of the third embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a perspective view of the optical module 200 with the casing upper cover 204 opened. FIG.
FIG. 9 is a front view of the optical module 200, and FIG. 9 is a cross-sectional view showing a connected state of the optical module 200 and the optical connector 250. An optical waveguide substrate 100 in which an optical waveguide substrate main body 10 and an optical element fixing substrate 50 are integrally formed in a casing 201.
Is installed. Here, the optical waveguide substrate body 10 has a (1,1,0) plane orientation as a silicon substrate and is formed by anisotropic etching. Therefore, the cross section of the optical waveguide 11 and the flat groove 51 is trapezoidal. I have. However, a structure having a rectangular cross section as shown in FIG. 5 may be used. The casing 201 has a receptacle 202 for connecting to an optical connector, and an external lead terminal 203 for introducing current.
a and 203b are provided. Further, electrodes 52a and 52b are formed on the optical element fixing substrate 50. This formation can be easily performed, for example, by etching or lifting off Al after forming Al by vacuum evaporation. Electrode 5
2a is electrically connected directly to the lower surface of the light emitting element 60, and the electrode 52b is electrically connected to the upper surface of the light emitting element 60 via a bonding wire. Further, the electrode 52a, the electrode 5
2b is a bonding wire for the external lead terminal 203
a and 203b, respectively. An end face of the receptacle 202 is opposed to an end face of the light emitting element 60 opposite to the end face of the optical waveguide 11, and a casing recess 210 and a casing opening 220 are provided in the casing 201 at the end face of the receptacle 202. The ends of the silicon substrate 12 and the optical waveguide 11 and the surface of the casing recess 210 are arranged on the end surface of the receptacle 202 such that they are substantially flush with each other. There is a gap between the optical waveguide 11, the silicon substrate 12 and the casing recess 210.
Sealed at 30. The adhesive 230 has a smaller refractive index than the optical waveguide 11 in consideration of the refractive index with the optical waveguide 11. For this, a commercially available optical adhesive can be used. As a result, when the casing upper lid 204 is sealed, the light emitting element 60 and the like in the casing 201 can be completely shut off from the outside air, and is effectively protected from moisture and the like. Note that a transparent protective film that is thin enough not to hinder optical coupling with an optical fiber described later can be coated on the end face of the optical waveguide 11. This coating serves to protect the end face of the optical waveguide 11. The casing upper lid 204 can be sealed by connecting to the casing 201 with an adhesive,
At this time, replacing the atmosphere in the casing with a nitrogen gas or an inert gas, or evacuating the vacuum is effective in preventing deterioration of the light emitting element 60 and the like in the casing 202 due to moisture, oxygen, and the like in the atmosphere. As shown in FIG. 9, the optical connector 250 to which the optical fiber 40 is connected is inserted into the receptacle 202. Then, the end face of the optical fiber 40 appearing on the end face of the optical connector 250 comes into contact with the optical waveguide 11. as a result,
The light emitted from the light emitting element 60 in the casing 202 and having passed through the optical waveguide 11 enters the optical fiber 40. Although not shown, the light emitting element 60 can be modulated by a power supply connected to the external lead terminal 203.

【0013】本発明に係る光モジュールに対し、従来の
光モジュールを図10に示す。電極52が形成された光
素子固定基板50に発光素子60が設置され、さらに光
素子固定基板50はケーシング202内に密閉して設置
される。ケーシング202にはガラス窓260が設けら
れ、ガラス窓260は発光素子60の発光面と対向す
る。そして、光ファイバ40は光モジュール200と着
脱可能になっており、光ファイバ40を光モジュール2
00に接続したとき、ガラス窓260に光ファイバ40
が当接するようになっている。発光素子60から放射さ
れた光はガラス窓260通して光ファイバ40に流入す
る。この従来の光モジュール200は発光素子60の発
光端と光ファイバ40の端面の距離がガラス窓260の
厚みだけ大きくなってしまう。そして、ガラス窓260
にある程度の強度を持たせる必要から、その厚みの低減
にも一定の限界がある。このため、発光素子60の発光
端と光ファイバ40の端面の距離はどうしても数百μm
の締度となり、しかもこの間で光は拡散することから、
発光素子60と光ファイバ40の光結合の効率は高いと
はいえず、特に光ファイバ40がシングルモードファイ
バであるときには光はまったくといっていいほど光ファ
イバ40に流入せずの従来の光モジュール200を実用
的に用いることはできなかった。即ち、従来は光モジュ
ール200を光ファイバが着脱可能なレセプタクルタイ
プとすることと耐環境性良好な封止することは両立して
はいなかった。
FIG. 10 shows a conventional optical module in contrast to the optical module according to the present invention. The light emitting element 60 is installed on the optical element fixing substrate 50 on which the electrodes 52 are formed, and the optical element fixing substrate 50 is hermetically installed in the casing 202. A glass window 260 is provided in the casing 202, and the glass window 260 faces the light emitting surface of the light emitting element 60. The optical fiber 40 is detachable from the optical module 200.
00, the optical fiber 40
Abuts. Light emitted from the light emitting element 60 flows into the optical fiber 40 through the glass window 260. In this conventional optical module 200, the distance between the light emitting end of the light emitting element 60 and the end face of the optical fiber 40 is increased by the thickness of the glass window 260. And the glass window 260
Since it is necessary to provide a certain degree of strength, there is a certain limit in reducing the thickness. Therefore, the distance between the light emitting end of the light emitting element 60 and the end face of the optical fiber 40 is inevitably several hundred μm.
Because the light is diffused during this time,
The efficiency of optical coupling between the light emitting element 60 and the optical fiber 40 cannot be said to be high. In particular, when the optical fiber 40 is a single mode fiber, the conventional optical module 200 in which light does not flow into the optical fiber 40 almost completely does not exist. Could not be used practically. That is, conventionally, it has not been compatible with the optical module 200 to be a receptacle type to which an optical fiber can be attached and detached and to seal with good environmental resistance.

【0014】これに対して、本発明に係る光モジュール
200は発光素子60と光ファイバ40の間に光導波路
11を介しているので、光が拡散することなく有効に光
ファイバ40に光が移行する。即ち、本発明に係る光モ
ジュール200は全体を封止したうえでなおかつレセプ
タクルタイプを実現している、という特徴を有する。
On the other hand, in the optical module 200 according to the present invention, since the optical waveguide 11 is interposed between the light emitting element 60 and the optical fiber 40, the light is effectively transferred to the optical fiber 40 without being diffused. I do. That is, the optical module 200 according to the present invention has a feature that the entirety is sealed and a receptacle type is realized.

【0015】[0015]

【発明の効果】以上のように本発明に係る光導波路基板
では光素子とのアライメント含めて、容易な工程で実現
できる効果を有する。工程の容易さから歩留まりの向上
も可能となる。さらに、本発明にかかる光導波路基板を
用いた光モジュールは封止とレセプタクルタイプという
特徴を両立しえる効果を有する。
As described above, the optical waveguide substrate according to the present invention has an effect that can be realized by an easy process including the alignment with the optical element. The yield can be improved due to the ease of the process. Further, the optical module using the optical waveguide substrate according to the present invention has an effect of achieving both the characteristics of the sealing and the receptacle type.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る光導波路を示す平
面図、側面図である。
FIG. 1 is a plan view and a side view showing an optical waveguide according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施例の変形例を示す平面図、
側面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a modification of the first embodiment of the present invention;
It is a side view.

【図3】本発明の第2の実施例に係る光導波路を示す斜
視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing an optical waveguide according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施例において光ファイバを設
置した状態を表わす平面図、側面図であある。
FIG. 4 is a plan view and a side view showing a state where an optical fiber is installed in a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例に係る光導波路を示す斜
視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing an optical waveguide according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第3の実施例において光素子を設置し
た状態を表わす平面図、側面図である。
FIG. 6 is a plan view and a side view showing a state where an optical element is installed in a third embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例に係る光導波路を用いた
光モジュールにおいてケーシング上蓋を開けた状態を示
す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing an optical module using an optical waveguide according to a third embodiment of the present invention, with a casing upper cover opened.

【図8】本発明の第3の実施例に係る光導波路を用いた
光モジュールの側面図である。
FIG. 8 is a side view of an optical module using an optical waveguide according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第3の実施例に係る光モジュールと光
コネクタの結合状態を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a coupling state between an optical module and an optical connector according to a third embodiment of the present invention.

【図10】従来の光モジュールのケーシングの一部を切
欠いて光コネクタの結合状態を示す一部断面図である。
FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing a coupling state of an optical connector by cutting a part of a casing of a conventional optical module.

【図11】従来の光導波路を示す平面図、側面図であ
る。
FIG. 11 is a plan view and a side view showing a conventional optical waveguide.

【図12】従来の光導波路と光ファイバの結合状態を示
す平面図である。
FIG. 12 is a plan view showing a coupling state between a conventional optical waveguide and an optical fiber.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10:光導波路基板本体 11:光導波路 12:シリコン基板 20:光ファイバ固定基板 21:V溝 30:垂直溝 40:光ファイバ 41:コア 50:光素子固定基板 51:平溝 52、52a、52b:電極 60:発光素子 61:発光部 100:光導波路基板 200:光モジュール 201:ケーシング 202:レセプタクル 203a、203b:外部リード端子 204:ケーシング上蓋 210:ケーシング凹み 220:ケーシング開口部 230:接着剤 250:光コネクタ 260:ガラス窓 10: Optical waveguide substrate body 11: Optical waveguide 12: Silicon substrate 20: Optical fiber fixing substrate 21: V groove 30: Vertical groove 40: Optical fiber 41: Core 50: Optical element fixing substrate 51: Flat groove 52, 52a, 52b : Electrode 60: Light emitting element 61: Light emitting unit 100: Optical waveguide substrate 200: Optical module 201: Casing 202: Receptacle 203 a, 203 b: External lead terminal 204: Casing upper lid 210: Casing recess 220: Casing opening 230: Adhesive 250 : Optical connector 260: Glass window

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】シリコン基板、 シリコン基板上に形成された三次元光導波路、からなる
光導波路基板であって、 三次元光導波路が不純物を含有したシリコンからなる多
角柱棒状であることを特徴とする光導波路基板
1. An optical waveguide substrate comprising a silicon substrate and a three-dimensional optical waveguide formed on the silicon substrate, wherein the three-dimensional optical waveguide is in the shape of a polygonal column made of silicon containing impurities. Optical waveguide substrate
【請求項2】請求項1に記載する光導波路基板におい
て、 光導波路基板と一体的に形成された光ファイバ固定基
板、 光ファイバ固定基板上に形成され、かつその端面が光導
波路の端面と対向するV溝、を更に含むことを特徴とす
る光導波路基板
2. An optical waveguide substrate according to claim 1, wherein the optical fiber fixing substrate is formed integrally with the optical waveguide substrate, and the end surface thereof is opposed to the end surface of the optical waveguide. An optical waveguide substrate, further comprising a V-groove that performs
【請求項3】請求項1に記載する光導波路基板におい
て、 光導波路基板と一体的に形成された光素子固定基板、 光素子固定基板上に形成され、かつその端面が光導波路
の端面と対向する平溝、を更に含むことを特徴とする光
導波路基板
3. The optical waveguide substrate according to claim 1, wherein the optical device fixed substrate is formed integrally with the optical waveguide substrate, the optical device fixed substrate is formed on the optical device fixed substrate, and the end surface thereof faces the end surface of the optical waveguide. An optical waveguide substrate, further comprising:
【請求項4】請求項2乃至請求項3に記載する光導波路
基板において、 光ファイバ固定基板若しくは光素子固定基板、と光導波
路基板本体との間に垂直溝が形成されていることを特徴
とする光導波路基板
4. The optical waveguide substrate according to claim 2, wherein a vertical groove is formed between the optical fiber fixing substrate or the optical element fixing substrate and the optical waveguide substrate main body. Optical waveguide substrate
【請求項5】光素子と光ファイバを接続する光モジュー
ルであって、 シリコン基板と、シリコン基板上に形成され、かつ不純
物を含有したシリコンからなる多角柱棒状三次元光導波
路と、シリコン基板上に形成され、かつその端面が光導
波路の端面と対向する平溝と、からなる光導波路基板、
光導波路基板の平溝上に設置した光素子、 光導波路基板、と光素子とを覆い、かつ光導波路の端面
に対向する開口部を設けたケーシングからなることを特
徴とする光モジュール
5. An optical module for connecting an optical element to an optical fiber, comprising: a silicon substrate; a polygonal rod-shaped three-dimensional optical waveguide formed on the silicon substrate and made of silicon containing impurities; A flat groove whose end face is opposed to the end face of the optical waveguide,
An optical module, comprising: an optical element installed on a flat groove of an optical waveguide substrate; an optical waveguide substrate; and a casing covering the optical element and having an opening facing an end face of the optical waveguide.
【請求項6】請求項5に記載する光モジュールであっ
て、 ケーシングの開口部に対向する端面を有する光コネクタ
用レセプタクルを設置したことを特徴とする光モジュー
6. The optical module according to claim 5, further comprising an optical connector receptacle having an end face facing the opening of the casing.
【請求項7】請求項1乃至請求項3に記載する光導波路
基板の製造方法であって、 シリコン基板上に不純物を含有するシリコンエピタキシ
ャル膜を形成する工程、 形成された上記シリコン膜を異方性エッチングする工
程、からなることを特徴とする光導波路基板の製造方法
7. A method for manufacturing an optical waveguide substrate according to claim 1, wherein a step of forming a silicon epitaxial film containing impurities on a silicon substrate is performed, wherein the formed silicon film is anisotropically. A method of manufacturing an optical waveguide substrate, comprising: a step of performing reactive etching.
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