JPS6187113A - 導波形光モジユ−ルおよびその製造方法 - Google Patents

導波形光モジユ−ルおよびその製造方法

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JPS6187113A
JPS6187113A JP20908084A JP20908084A JPS6187113A JP S6187113 A JPS6187113 A JP S6187113A JP 20908084 A JP20908084 A JP 20908084A JP 20908084 A JP20908084 A JP 20908084A JP S6187113 A JPS6187113 A JP S6187113A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、同一基板上に光導波路と発光素子とを有する
導波形光モジュール、およびその製造方法に関するもの
である。
「従来の技術」 光集積回路の実現形卯としては、モノリシック構成とハ
イプリント構成の1つが考えられる。モノリシック構成
とは、発光素子、光導波路および受光素子をすべて同一
の材料(例えば、InGaAsP糸)を用いて同一基板
上に形成するものであるロ一方、ハイブリッド構成とは
、光導波路を形成しである基板上に、発光素子、受光素
子を組み込んで光集積回路を構成するものである0例え
ば、基板上に光導波路を形成し、導波路端部に発光素子
受光素子(例えば、InP系、GaAs  系の半導体
材料)を設置する0このようなハイブリッド光集積回路
には、光導波路として、低損失の極めて良質な材料(例
えば、石英系光導波路)を用いることができるという大
きなメリットがある。これに対シて、モノリシック元集
積回路の場合、光導波路として半導体材料を用いること
になるが−これらKは、大きな吸収損失が存在する。ま
た、多モード用光回路に適した厚膜導波路は、半導体材
料では形成できないので、ハイブリッド構成にならざる
を得ない。
「発明が解決しようとする問題点」 ところで、ハイブリッド集積回路を実現するためには、
同一基板上で光導波路と発光素子とを結合することが必
要である。この場合光等波路と発光素子の元のスポット
サイズが大きく異なるため、光導波路と発光素子この間
にレンズを介在させてスポットサイズの変換を行ない、
結合効率を高める必要がある。しかしながら、これら光
導波路。
レンズおよび発光素子を同一基板上に配置する上で、こ
れら相互の位置合わせが極めて困難であるという問題が
あり、上記のような同一基板上で発光素子と光導波路と
を高効率結合したハイブリッド光集積回路は実現されて
いない。
「問題点を解決するための手段」 前記問題点を解決するために、本発明の導波形光モジュ
ールは、光導波路を形成した基板上に1この光導波路に
対してレンズと発光素子とを適正位置に位置決めするガ
イドを設けたものであり、本発明の導波形光モジュール
の製造方法は、基板上に光導波膜を形成した後に、この
光導波膜をエツチングすること罠より、光導波路とガイ
ドとを同時に形成し、次いでガイドにレンズと発光素子
とを固定するよう圧したものである◎ 「作 用」 本発明においては、光導波路に対するレンズおよび発光
素子の位置合わせが簡便となり、かつ、光導波路と発光
素子とを高効率で結合することができる〇 「実施例」 以下本発明を図面に示す実施例に基づいて説明する。
第1図〜第S図は、本発明の第1実施例を示すものであ
る。′この導波形光モジュールは、基板1上に、光導波
路 (チャネル光導波路)2が形成されるとともに、こ
の光導波路2の端部に光収束用の球形のレンズ3を介し
て発光素子(例えばレーザダイオード、発光ダイオード
)4が対向させられ、これらレンズ3および発光素子4
0両側の基板1上にこれらレンズ3および発光素子4の
各各を光導波路2に対して位置決めするレンズ用のガイ
ド5および発光素子用のガイド6が設けられている。
前記光導波路2は、基板1に接するバッファ層2aと、
この上のコア層2bと、さらてその上のクラッド層2C
とからなっている。
前記レンズ30半径rは第3図に示す如く、前記バッフ
ァ層2aの厚さt、とコア層2bの厚さt、のhこの和
に等しい寸法に設定されている。
前記発光素子4は第3図に示す如く、基板IK接するベ
ース層4aと、この上の活性層4bと、この上の表面層
4Cとからなっている。そして、ベース層4aの厚さt
、は前記レンズ3の半径rに等しい寸法に設定されてい
る。すなわち、活性層4bと、レンズ3の中心と、コア
層2bの中心とは全て等しい高さとされている。
前記レンズ用のガイド5は、第2図に示す如くレンズ3
を光導波路2の長手方向と直交する基板1と平行な方向
に挾んで対向する一対の挾持片5a*5aからなり、両
挾持片5aの対向面は、レンズ30半径rとほぼ等しい
半径rで湾曲する円弧面に形成され、両対向面間の最大
相対距離は、lrK設定されている。すなわち、このガ
イド5は、レンズ3を、基板1と直交する方向から挿入
してレンズ3を嵌合させることができ、かつ、嵌合状態
においてレンズ3の中心な光導波路2の中心線(第2図
[1−1−l1l上に保持するとともに、レンズ3と光
導波路2この間隔d1をレンズ3の焦点距離に基づいた
適正距離に保持するようになっている。
前記発光素子用のガイド6は、第2図の如く、前記ガイ
ド5と同一方向に発光素子4を挾んで対向する一対の挾
持片5a、5aからなり、両挟持片6a間の距離は発光
素子40幅寸法Wとほぼ等しいYI!Wt= vc段設
定れるとともに、両迭持片6aの対向面におけるレンズ
3側の端部には、突部6bが形成されている。すなわち
、このガイド6は、発光素子4を基板1と直交する方向
、あるいは前記端部と反対側の端部から挿入して、発光
素子4を嵌合させることができ、かつ、嵌合状態におい
て、発光素子40幅方向の中心を光導波路2の中心銀上
に保持するとともに、発光素子4とレンズ3この開隔d
2をレンズ3の焦点距離に基づいた鑓正距烈に保持する
ようになっている。
このような壜波形光モジュールは、例えば、次のように
してllJ造できる◎はじめに、第弘図罠示す基板1上
に光導波膜2/を形成する。この−yt導波膜21はバ
ッファ7V2’a、=zア#2’ b、クラッド#2’
 Cよりなる3/1m造である。本実施例では、基板1
としてシリコン基板を用い、光導波膜2′として石英系
光導波膜を用いた。このようなシリコン基板上の石英系
光導波膜2Iは、例えば、84C1,、TiCl4を原
料とする火炎加水分解反応を利用しスート状のガラスを
堆積させ、これを加熱して透明ガラス化する製作法〔特
願昭−58−147378)により得られる。第ダ図中
符号7は、フォトマスクであり、ここに所望の回路バタ
ンか描かれている。72はチャネル光導波路部分、73
はレンズ用のガイド部分、74は発光素子用のガイド部
分である。チャネル光導波路部分72はeasoμm(
ミ々ロンメートル、)に設計しである◎レンズ用のガイ
ド部分73は挿入するレンズの半径に合わせて、バタン
半径rを決める@また、発光素子用のガイド部分740
幅も、挿入する発光素子の幅Wに合わせて決定する。さ
らに、導波路−レンズ−発光素子間の距離が最適になる
ように、あらかじめ判定したレンズの焦点距離を基準と
して、導波路−レンズ間距離dlおよびレンズ−発党赤
子間距雛d、を決める。このフォトマスク7を用いて、
AZレジスト/アモルファスSiをマスク材とし、C,
F、 、C,H。
混合ガスをエッチャントとする反応性イオンエツチング
を打ない・不要部分の石英系光導波膜2′を除去するこ
とKより、第S図に示す光導波路2.レンズ用のガイド
5および発光素子用のガイド6を有する基板lが形成さ
れる。しかる後に、前記両ガイド5.6に各々レンズ3
0発光素子4を挿入すれば第1図に示すような導波形光
モジュールを製造することができる。
つまりこのように構成された導波形光モジュールは、基
板l上に段げられたガイド5.6にレンズ3および発光
素子4を挿入するだけで、レンズ3、発光素子4を光導
波路2に対する適正位置に位置合わせすることができ、
しかも、発光素子4と光導波路2とを高効率で結合する
ことができる0次いで実験例を示して本発明の作用効果
をより明確にする。
本実験例では発光素子4として、ベース層の厚さがt、
−70μmの端面発光LED(発光ダイオード)を用い
た0発光素子4.レンズ3および光導波路2の高さを合
わせるために、レンズ3として半径r−toμmのサフ
ァイア球を用いた。
また、石英系チャネル光導波路2の各層の厚さはバッフ
ァ層(11)=≠5μm、コア層(t、)=SOμm、
クラッド層−3μmとした0発光素子4およびレンズ3
を組み込み、発光素子4と石英系チャネル光導波路2こ
の結合効率を測定したところ、−10dBという値が得
られた。レンズを用いないで、発光素子4と光導波路2
とを直接結合した場合の結合効率は高々%−t4c〜−
13dB程度であるので、レンズを組み込むことにより
、7dB以上の&善がはかられた。なお、本実施例にお
いて、シリコン基板1は発光素子4のヒートシンクとな
っている。
一方、第6図は本発明の第コ実施例を示し、第1笑施例
の球形のレンズ3に代えて、円柱状のレンズ8を用いた
ものである。このようなレンズ8を使用した場合、光導
波路2に対するレンズ8の軸方向の位り設定は自由であ
“るから、レンズ用のガイド9は発光素子用のガイド6
この間でレンズ8を挾持する形状のものでよい。
また、第7図は、本発明の第3%施例な示し、第1実施
例の球状のレンズ3を発光素子4と光導波路2とを結ぶ
方向に、2信置列忙並べた炸合レンズ系導波形光モジュ
ールである〇 これら第一、第3実施例の導波形光モジュールのどちら
についても、第1実施例と同様の方法で製造することが
でき、かつ、レンズ3.8および発光素子4をガイド5
. 6. 9に挿入するだけで位置合わせが完了し、か
つ、高い結合効率が得られるものである。
なお、前記実施例では、同一基板上で光等波路2と発光
素子4とを結合する例について説明したが、発光素子4
に代えて受光素子を組み込んでもよい。また、ガイド5
. 6. 9の形状は実施例に示したものに限らず、エ
ツチングによって形成可能な適宜の形状としてよい。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明忙よれば、基板上の5ts
波路に対して、レンズおよび発光素子を最適位置に位置
決めするガイドな基板上に設け、このガイドにレンズお
よび発光素子を固定するようにしたので、レンズおよび
ガイドの位置合わせが簡便となって組み立て作業性が向
上するとともに、光導波路と発光素子とを高効率で結合
することができ、同一基板上で発光素子と光導波路とを
一体化したハイブリッド光集積回路の実現が可能となる
ものである〇
【図面の簡単な説明】
第1図〜第j図は本発明の一実施例を示し、第1図は斜
視図、第2図は平面図、第3図は第1図のIII−II
I線矢視図、第参図および第5図は製造方法を説明する
斜視図、第6図および第7図は各々本発明の第コ、第3
実施例を示す斜視図である01・・・・・・基板、2・
・・・・・光等波路、2a・・・・・・バッファ層、2
b・・・・・・コア層、2I・・・・・・光尋波膜、3
.8・・・・・・レンズ、4・・・・・−発光素子s4
a・・・・・・ベース層、4b・・・・・・活性層、5
.6.9・・・・−・ガイド、d、。 d、・・・・・・間隔s tl、  ’!s  ”*−
”・・・・厚さ、r・・・・・・半径◎

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に光導波路が形成されるとともに、この光
    導波路の端部にレンズを介して発光素子が結合されてな
    る導波形光モジュールであつて、前記基板上にはレンズ
    および発光素子を光導波路に対する適正位置に位置決め
    するガイドが設けられたことを特徴とする導波形光モジ
    ュール。
  2. (2)前記基板はシリコン基板であり、かつ、光導波路
    は石英系光導波路であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の導波形光モジュール。
  3. (3)基板上に光導波路が形成されるとともに、この光
    導波路の端部にレンズを介して発光素子を結合してなる
    導波形光モジュールの製造方法に おいて、前記基板上に光導波膜を形成した 後、この光導波膜をエッチングすることに より、光導波路とこの光導波路に対する適 正位置にレンズおよび発光素子を位置決めするガイドと
    を形成し、しかる後に、このガイドにレンズおよび発光
    素子を固定することを特徴とする導波形光モジュールの
    製造方法。
  4. (4)シリコン基板上に石英系光導波膜を形成した後、
    反応性イオンエッチングによつて光導波路とガイドとを
    形成することを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の
    導波形光モジュールの製造方法。
JP20908084A 1984-08-10 1984-10-05 Dohagatahikarimojuuruoyobisonoseizohoho Expired - Lifetime JPH0230485B2 (ja)

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EP85108730A EP0171615B1 (en) 1984-08-10 1985-07-12 Hybrid optical integrated circuit and fabrication method thereof
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JPS63280206A (ja) * 1987-05-13 1988-11-17 Nec Corp 光接続回路
US5414787A (en) * 1993-07-27 1995-05-09 Nec Corporation Coupling structure between optical semiconductor and optical waveguide, and coupling method of the same
US5659566A (en) * 1993-10-13 1997-08-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser module and method of assembling semiconductor laser module

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