JPS635310A - Production of optical connecting circuit - Google Patents

Production of optical connecting circuit

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JPS635310A
JPS635310A JP15037186A JP15037186A JPS635310A JP S635310 A JPS635310 A JP S635310A JP 15037186 A JP15037186 A JP 15037186A JP 15037186 A JP15037186 A JP 15037186A JP S635310 A JPS635310 A JP S635310A
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optical
optical fiber
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groove
laser
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Toshiya Miyagawa
俊哉 宮川
Masashige Mihashi
三橋 眞茂
Mitsukazu Kondo
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Abstract

PURPOSE:To permit the formation of an optical fiber fixing groove with good accuracy even on a stepped substrate by forming the groove for fixing the optical fiber to the position where the central axis of an optical waveguide and the central axis of the optical fiber align to each other. CONSTITUTION:The worked substrate 1 is immersed into a vessel 9 contg. a KOH etching soln. 8 and a laser beam 11 emitted from an Ar laser 10 is projected through a reflecting mirror 12 and a condenser lens 13 at a spot of smallest 3mum to the substrate 1. The spot diameter can be adjusted and the beam can be set to a desired start position by using an observation optical system 14 and changing the focal position. The vessel 9 is fixed onto a precision moving table 15. The optical waveguide having a desired shape and pattern and the V groove 7 for fixing the optical fiber are formed by controlling the extent of the movement of the table 15 and the output of the Ar laser 10.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光集積回路などに用いる光接続回路、特に光フ
ァイバと/リコン基板上の光導波路との光接続回路に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an optical connection circuit used in optical integrated circuits and the like, and particularly to an optical connection circuit between an optical fiber and an optical waveguide on a silicon substrate.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光通信の発展に伴い基板上に半導体レーザーや光スィッ
チ等の光機能素子全ハイブリッド〆に集 ・積し、これ
らの素子間全光導波路で結ぶ各種の光回路の開発が進め
られている。そしてこれらの光回路と光ファイバ、ある
いは光回路と光フアイバアレイの光接続回路、特に高精
度で生産性のよい光接続回路が求められている。
With the development of optical communications, various optical circuits are being developed in which optical functional elements such as semiconductor lasers and optical switches are assembled and stacked on a substrate in a hybrid circuit, and these elements are connected by all-optical waveguides. There is a demand for optical connection circuits between these optical circuits and optical fibers, or between optical circuits and optical fiber arrays, and in particular, optical connection circuits with high precision and high productivity.

このような光接続回路としては多数の方法が提案されて
いるが、その−方法として第5図のようにシリコ/(1
00)基板1上に光導波路6を形成しこの光導波路6と
中心軸全回じくする所望の大きさの■溝7をシリコン(
100)基板1に形成し、このV溝7に光ファイバ18
を挿入することにより位置合せをおこなう方法が知られ
ている。
Many methods have been proposed for such optical connection circuits, one of which is the silicon/(1
00) An optical waveguide 6 is formed on the substrate 1, and a groove 7 of a desired size is made of silicon (
100) An optical fiber 18 is formed on the substrate 1, and an optical fiber 18 is formed in this V-groove 7.
A method is known in which alignment is performed by inserting.

従来、この光ファイバ固定用V溝は光導波路を形成した
後フォトリソグラフィ技術を用いてSin。
Conventionally, this V-groove for fixing optical fibers has been formed using photolithography technology after forming an optical waveguide.

1倶ヲマスクとしてパターン化し、KOH等のエツチン
グ液によるシリコンの異方性エツチングを用いて<11
1>結晶面を露出させ形成している。しかし、フォトリ
ングラフィ技術を用いて■溝のレジストパターンを作製
する場合、光導波路とシリコン(100)塞板との間に
光導波路の膜厚分だけ段差がある。この段差は単一モー
ド光導波路では十数μm、多モード光導波路では80μ
m程度になる。したがってフォトレジストが均一 に塗
布できない、フォトマスクとフォトレジストの間に間隔
が生ずるのでパターンの解像度が悪化する等の原因で良
好なレジストパターンが得られないという欠点がある。
1. Pattern it as a mask and use anisotropic etching of silicon with an etching solution such as KOH to
1> Formed with exposed crystal planes. However, when a resist pattern with grooves is fabricated using photolithography technology, there is a step between the optical waveguide and the silicon (100) cover plate by the thickness of the optical waveguide. This level difference is more than 10 μm for single mode optical waveguide and 80 μm for multimode optical waveguide.
It will be about m. Therefore, there are disadvantages that a good resist pattern cannot be obtained because the photoresist cannot be applied uniformly, and a gap occurs between the photomask and the photoresist, which deteriorates the resolution of the pattern.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

上述のように従来の光接続回路の製造方法においては光
等波路とシリコン(100)基板との間に段差があるた
め良好なレジストパターンが得られずV溝の加工精度が
悪化し、ひいては光接続回路の損失の増大や損失のバラ
ツキといった間類が起きる。またフォトリソグラフィ技
術を利用するので、フォトマスクの作製やレジストのパ
ターン化等多くの前処理工程が必要である。
As mentioned above, in the conventional manufacturing method for optical connection circuits, there is a step between the optical uniform wave path and the silicon (100) substrate, which makes it difficult to obtain a good resist pattern and deteriorates the processing accuracy of the V-groove. Problems such as an increase in loss in the connected circuit and variations in loss occur. Furthermore, since photolithography technology is used, many pretreatment steps such as photomask production and resist patterning are required.

〔問題点を解決するための手段〕 本発明の光接続回路の製造方法は、光導波路を形成した
シリコン基板を浸した熱反応性のエツチング液槽と、前
記シリコン基板にレーザビームを照射するレーザビーム
照射手段と、前記シリコン基板上における前記レーザビ
ームの照射位置を移動させる移動手段とを有し、前記光
導波路の中心軸と光ファイバの中心軸とが一致する位置
に前記光ファイバを固定する溝を形成するようにして実
現される。
[Means for Solving the Problems] The method for manufacturing an optical connection circuit of the present invention includes a thermally reactive etching liquid bath in which a silicon substrate on which an optical waveguide is formed is immersed, and a laser beam that irradiates the silicon substrate with a laser beam. It has a beam irradiation means and a moving means for moving the irradiation position of the laser beam on the silicon substrate, and fixes the optical fiber at a position where the central axis of the optical waveguide and the central axis of the optical fiber coincide. This is realized by forming a groove.

〔作用〕[Effect]

熱反応性のエツチング液、たとえばKOH液中にシリコ
ン基板を浸し、レーザビームを絞り込んで照射すること
により前記シリコン基板を部分的に加熱し、局部的にエ
ツチング反応を誘起する。
A silicon substrate is immersed in a thermally reactive etching solution, such as a KOH solution, and a focused laser beam is irradiated to partially heat the silicon substrate, thereby inducing a local etching reaction.

以下、このエツチング方法をレーザアンストエツチング
と呼ぶことにする。上記のレーザアンストエツチングに
よれば表面に段差のある基板でもビームの焦点位置を調
節することによって、精度よく加工することができる。
Hereinafter, this etching method will be referred to as laser unstretched etching. According to the above laser unstooth etching, even a substrate with a step on the surface can be processed with high precision by adjusting the focal position of the beam.

またノリコン基板の710工のみでなく、同時にシリコ
ン基板上の光4波層を加工することもできる。さらにマ
スクを使用しないエツチング法なので工程を大幅に短縮
することができ、パターンの変更もはるかに容易である
Furthermore, it is possible to process not only the 710-meter process on a Noricon substrate, but also the 4-wave optical layer on a silicon substrate at the same time. Furthermore, since the etching method does not use a mask, the process can be significantly shortened and the pattern can be changed much more easily.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明による光接続回路の製造方法について図面
を参照しながら説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing an optical connection circuit according to the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図は本発明の第一の実施例を示す工程図である。本
実施例においては光フアイバ固定用溝のみでなく光等波
路も同時に形成する。同図(a)の工程においてシリコ
ン(100)基板1の上にバッフ7層2、光導波層3、
およびクラッド層4を成膜した後、反応性イオンエツチ
ング等の方法により光フアイバ固定用溝を形成する部分
のシリコン面を露出すると同時に導波路端面を形成する
FIG. 1 is a process diagram showing a first embodiment of the present invention. In this embodiment, not only the groove for fixing the optical fiber but also the optical wave path is formed at the same time. In the process shown in FIG. 3(a), a buffer 7 layer 2, an optical waveguide layer 3,
After forming the cladding layer 4, a method such as reactive ion etching is used to expose the silicon surface of the portion where the optical fiber fixing groove will be formed, and at the same time form the waveguide end face.

次に同図(b)の工程において上記の基板1をKOH工
7チング液中に浸し、レーザビームを照射し部分的に加
熱することにより、エツチング反応を局部的に誘起する
(後述する。)。そしてレーザビーム照射位置を移動す
ることにより線状にエツチングをおこなう。
Next, in the step shown in FIG. 6(b), the substrate 1 is immersed in a KOH etching solution, irradiated with a laser beam, and heated locally to locally induce an etching reaction (described later). . Etching is performed linearly by moving the laser beam irradiation position.

このようにして光ファイバ固定用V溝7ばこのレーザア
シストエツチングにより形成されるが、KOHエツチン
グ液のシリコンに対するエツチング異方性によりシリコ
ンの(111)面と(111)面が露出している。
In this manner, the optical fiber fixing V-groove 7 is formed by laser assisted etching, but the (111) plane and (111) plane of the silicon are exposed due to the etching anisotropy of the KOH etching solution with respect to silicon.

細溝5aおよび5bもこのレーザアシストエツチングに
よって形成され、この細溝5aおよび5bによってはさ
まれた部分が光導波路6となる。
The narrow grooves 5a and 5b are also formed by this laser-assisted etching, and the portion sandwiched between the narrow grooves 5a and 5b becomes the optical waveguide 6.

第2図はレーザアシストエツチングによって光導波路及
び光ファイバ固定用V溝の形成をおこなう装置を示す説
明図である。同図において第1図(a)の工程まで加工
された基板1はKOHエツチング液8の入った容器9の
中に浸されている。そしてArレーザ10を出射したレ
ーザビーム11は反射鏡12および集束用レンズ13を
通り最小3μmのスポット径で基板1に照射される。ま
た観察光学系14を用いて焦点位置を変えることにより
スポット径を調節し、またビームを所望の開始位置にセ
ットすることができる。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an apparatus for forming optical waveguides and V-grooves for fixing optical fibers by laser-assisted etching. In the figure, a substrate 1 processed up to the step shown in FIG. 1(a) is immersed in a container 9 containing a KOH etching solution 8. As shown in FIG. The laser beam 11 emitted from the Ar laser 10 passes through a reflecting mirror 12 and a focusing lens 13 and is irradiated onto the substrate 1 with a minimum spot diameter of 3 μm. Furthermore, by changing the focal position using the observation optical system 14, the spot diameter can be adjusted and the beam can be set at a desired starting position.

容器9は精密移動台15の上に固定されており、この精
密移動台15の移動量とArレーザ1oの出力を制御す
ることにより所望の形状およびパターンの光導波路と光
ファイバ同定用V溝7を形成することができる。
The container 9 is fixed on a precision moving table 15, and by controlling the amount of movement of this precision moving table 15 and the output of the Ar laser 1o, an optical waveguide with a desired shape and pattern and a V-groove 7 for optical fiber identification are formed. can be formed.

第1図(b)の工程においてバッファ層2は熱酸化Si
O□(膜厚1.5μm)、光導波層3はスパッタにより
成膜した屈折率1.5程度のガラス薄膜(膜厚2.2μ
m)、クラッド層4はスパッタ8i0.(膜厚1.0μ
m)である場合、Arレーザ10の出力をIW%精密移
動台15の移動速度100〜500μm/see程度、
スポット径数μmとすることによシ良好な光導波路パタ
ーンが得られる。またファイバ固定用V溝7の作成時に
は出力3W、移動速度25〜100μm/g、スポット
径数μmとする。
In the step of FIG. 1(b), the buffer layer 2 is made of thermally oxidized Si.
The optical waveguide layer 3 is a glass thin film with a refractive index of about 1.5 (film thickness 2.2 μm) formed by sputtering.
m), the cladding layer 4 is sputtered 8i0. (film thickness 1.0μ
m), the output of the Ar laser 10 is set to IW%, the movement speed of the precision moving table 15 is about 100 to 500 μm/see,
A good optical waveguide pattern can be obtained by setting the spot diameter to several μm. Further, when creating the V-groove 7 for fixing the fiber, the output is 3 W, the moving speed is 25 to 100 μm/g, and the spot diameter is several μm.

しかしながら上記のようなエツチング条件は膜厚及び膜
の対エツチング性に依存するので、所望の寸法に合わせ
てエツチング条件を調節する必要がある。
However, since the above-mentioned etching conditions depend on the film thickness and etching resistance of the film, it is necessary to adjust the etching conditions in accordance with the desired dimensions.

第3図は本発明の第二の実施例を示す工程図である。本
実施例においては光フアイバ固定用溝のミラレーザアシ
ストエツチングにより形成する。
FIG. 3 is a process diagram showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the optical fiber fixing groove is formed by mirror laser assisted etching.

同図(a)の工程においてシリコン(too)基板を上
にバッファ層2、光導波層3、およびクラッド層4を成
膜した後、反応性イオンエツチング等の方法によって光
フアイバ固定用溝を形成する部分のシリコン面’を露出
すると同時に、光導波路6を形成する。
After forming a buffer layer 2, an optical waveguide layer 3, and a cladding layer 4 on a silicon (too) substrate in the process shown in FIG. At the same time, the optical waveguide 6 is formed at the same time as exposing the silicon surface of the portion to be formed.

次に同図ら)の工程においてレーザアシストエツチング
によって光フアイバ固定用の■溝7を形成する。
Next, in the step of FIG.

第4図は本発明の第三の実施例を示す斜視図である。同
図では基板としてシリコン(111)基板16を用いる
ことによって光ファイバ固定用溝として方形の角溝17
を形成する。
FIG. 4 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention. In the figure, by using a silicon (111) substrate 16 as the substrate, a rectangular groove 17 is used as an optical fiber fixing groove.
form.

以上の実施例においてはレーザ光源としてArレーザを
用いたが、これに限るものではなく、エツチング液を透
過してシリコン基板を加熱することのできる波長域の他
のレーザ、たとえばYAGレーザを用いることもできる
。また精密移動台を用いて基板を移動するかわシにレー
ザビームを移動させながらエツチングをおこなうことも
可能である。
In the above embodiments, an Ar laser was used as the laser light source, but the invention is not limited to this; other lasers in a wavelength range that can pass through the etching solution and heat the silicon substrate, such as a YAG laser, may be used. You can also do it. It is also possible to perform etching while moving the laser beam instead of moving the substrate using a precision moving table.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明の光接続回路の製造方法によ
れば段差のある基板上にも精度よく光フアイバ固定用溝
を形成することができる。
As explained above, according to the method of manufacturing an optical connection circuit of the present invention, it is possible to form optical fiber fixing grooves with high precision even on a substrate with steps.

さらに光接続回路作製の工程を大幅に短縮することもで
きる。
Furthermore, the process for producing optical connection circuits can be significantly shortened.

【図面の簡単な説明】 第1図(a)および(′b)は本発明の第一の実施例の
工程を示す斜視図、第2図は本発明の光フアイバ固定用
溝形成方法の説明図、第3図(a)および(b)は本発
明の第二の実施例の工程を示す斜視図、第4図は本発明
の第三の実施例を示す斜視図、第5図(a)および(b
)は光導波路と光ファイバの接at示す斜視図および断
面図である。 1・・・・・・シリコン(100)基板、2゛°°°“
°バッファ層、3・・・・・・光導波層、4・・・・・
・クラッド層、5a。 5b・・・・・・細溝、6・・・・・・光導波路、7・
・・・・光ファイバ固定用V溝、8・・・・・・KOH
エッチ/グ液、9・パ・・・エツチング液用容器、10
・・・・・・Arレーザー、11・・・・・・レーザー
ビーム、12・・°・・・反射鏡、13・・・・・集束
用ンンズ、14・・−・・・観察光学系、15・・・・
・・精密移動台、16・・・・・・シリコン(111)
基板、17・・・・・光フアイバ固定用角溝、18・・
・・・・光ファイバ、19・・・・・光フアイバコア。 ′−一  3 1.−一屯 第1図 (必) 第2図 −〜14 一3図 (の) 第4図
[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIGS. 1(a) and ('b) are perspective views showing the steps of the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanation of the method of forming an optical fiber fixing groove of the present invention. 3(a) and (b) are perspective views showing the steps of the second embodiment of the present invention, FIG. 4 is a perspective view showing the third embodiment of the present invention, and FIG. 5(a) ) and (b
) are a perspective view and a sectional view showing the connection between an optical waveguide and an optical fiber. 1... Silicon (100) substrate, 2゛°°°“
°Buffer layer, 3... Optical waveguide layer, 4...
- Cladding layer, 5a. 5b... Thin groove, 6... Optical waveguide, 7.
...V groove for fixing optical fiber, 8...KOH
Etching liquid, 9. Container for etching liquid, 10
...Ar laser, 11 ... Laser beam, 12 ... ° ... Reflection mirror, 13 ... Focusing lens, 14 ... Observation optical system, 15...
...Precision moving table, 16...Silicon (111)
Substrate, 17... Square groove for fixing optical fiber, 18...
...Optical fiber, 19...Optical fiber core. '-1 3 1. -Itun Figure 1 (required) Figure 2-~14 Figure 13 (of) Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 光導波路を形成したシリコン基板を浸した熱反応性のエ
ッチング液槽と、前記シリコン基板にレーザビームを照
射するレーザビーム照射手段と、前記シリコン基板上に
おける前記レーザビームの照射位置を移動させる移動手
段とを有し、 前記光導波路の中心軸と光ファイバの中心軸とが一致す
る位置に前記光ファイバを固定する溝を形成することを
特徴とする光接続回路の製造方法。
[Scope of Claims] A thermally reactive etching liquid bath in which a silicon substrate on which an optical waveguide is formed is immersed, a laser beam irradiation means for irradiating the silicon substrate with a laser beam, and irradiation of the laser beam on the silicon substrate. a moving means for moving the optical fiber, and forming a groove for fixing the optical fiber at a position where the central axis of the optical waveguide and the central axis of the optical fiber coincide. .
JP15037186A 1986-06-25 1986-06-25 Production of optical connecting circuit Granted JPS635310A (en)

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JPH0567201B2 JPH0567201B2 (en) 1993-09-24

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07152478A (en) * 1993-11-30 1995-06-16 Kokusai Media Kenkyu Zaidan Directional switch device and graphic display device using the same
US6170996B1 (en) 1998-10-02 2001-01-09 Fujitsu Limited Optical module encapsulated with resin and manufacturing method therefor
US6181854B1 (en) 1998-09-18 2001-01-30 Fujitsu Limited Optical module packaged with molded resin
US8036507B2 (en) 2008-07-11 2011-10-11 Nec Corporation Optical waveguide device and manufacturing method thereof

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