TW320785B - - Google Patents

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/ «濟部中央榡準局興工消費合作抂印« 320785 Αό _Β6_ 光學波導裝置之製造方法’尤指積體光學波 導裝置之製造方法。 積篚光學波導器通常係由沈積在基體上之下包蓋層 、沈積在該1包蓋層上之孩料層，及沈積在核心頂部 上之另一包蓋層所組成。兩傾包蓋層並無需皆由相同材 料製成。上，上層有時係為空氣。又，下包蓋層得 為基匾。核心之折射率n core必須逮較該二包蓋層之折 射率大。此種差異可使光學模式之尖峰強度包含於核心 t 中，而模式之”尾部”則伸入包蓋層中。 材料之揉式折射率得以下式表示： n =n + i Κ 其中k為吸牧變數，如上所示，其偽複折射率之虛數部 分。於泰半之包蓋材料中，希望k值甚小，俥令折射率 大约等於η。由於模式伸入包蓋層中，故導引模式之折 射率僳為核心及包蓋層折射率二者之函數，因而為拔值 〇 可用作為包蓋層之金屬其k值比較大。此種較大值 會導致光吸收S大於介質包蓋層者，使得金屬包蓋波導 器之損失甚鉅。波導器之損失量傜為金屬之互作用長度 ,金屬對核心之近接性，以及模之極化方向等之函數。 此種頭非所欲待性能使光學波導器中之金屬掻其有用。 藉由帶使金屬搔為接近核心或與核心接觸，可有效改變 (請先閲f面之注意事項再f本頁) —裝. 訂. 線- -3 - 320785 A6 _B6__ 五、發明説明（> ) 導引模式之有效折射率之虛數-部分Keff金屬傜充作開 阕或衰減器。此外.金屬亦可用來改變有效折射率之實 數部分η 以産生諸如垦，可切換並藶格

e XX 基J»LM及其類似裝置等各種裝置。 利用可受形鏡裝置（DMD)技術所發展之製迪技術， 可形成供有支持在上包蓋層上之金屬膜片之波導器。膜 Η得加以控制使其舆核心近接，俾改變導模之有效折射 率。 / 本發明可顯現及完成下文將予説明之其它目的及優 點。本發明提供稹體光學波導裝置之光控结構。本發明 裝S係藉由將至少一健霣棰置於基體中；於該基賭上形 成下包S層；将核心敷設於該下包蓋層上；以間隔層遮 蔽該核心；以月遮蔽該間隔層；而製 成。於裝置如是形成之後，經由上述孔洞藉蝕刻法來移 除間隔層，以之』Lfejai金屬膜片 ，AULRXjmSJi 〇 鑀濟部中央螵準爲典工消费合作社印製 (請先閲面之注意事項再本頁) 於製造此種裝置之後，可控制联片之僱轉，俾於光 導棋中産生各種不同的效-應。該等效應可於各種裝置中 具體呈現，彼等裝置包含（惟並非限制於）0H/0FF開關， 可切換棰化器，可切換布萊格裝置，可切換模轉換器及 可·切換單向锅合器。 為完全明瞭本發明及其優點，Η參照附圖將之説明 -4 - 3S0785 A6 B6 經濟部中夬標準局霣工消费合作社卹製 、五、發明説明（孑） 如次，附圖中： 画la傜稹體光學波導裝置之橫斷面圖。 圖lb係積體光學波導裝置之橫斷面圖，其中有一膜 片舆核心接觸。 圃2傈稹匾光學波導裝置之透視圈。 麵3傜櫓式波導裝置之橫斷面H。 困4偽槽式波導裝置之橫透視圈。 圏5偽可受衮減裝S之透f圖。 圈6偽單向销合波導裝置之透視圖。 困7傜可切換布萊格裝置（Bragg device)之橫斷面 圈。 晒8傜顯示膜Η裝置之製造過程。 圖9a, 9b係顯示一種交替型膜Η结構。 Bla僳顯示積醱光學波導裝置之橫斷面。將基涯 10摻雜材料，以使其具導霣性並形成霣掻12。此霣極亦 可以沈積法形成。下介質包蓋層14(可為二氧化矽（Si〇2 ))偽與摻雜範極12?杉成在基饈10上。然後再將介質核 心16 (可為《仆矽七置於下包蓋層14上。材料可 與下包碁14相同或不同之上包蓋層18其材料必須為能苈 择性地及等向性牲刻考。不會被上包蓋層蝕剌移開之光 畢介質餍1 7得_於上包爾.·> .前胜成在核心上，以便 增加或減少裝季操作期間内之導引模式吸收率。然後再 (請先閲面之注$項再f本頁) -裝. 訂. 線· -5 - 320785 • A6 _B6_ 五、發明説明（f) (請先«<*^*之注$項再本買) 將金屬膜片22 (鋁（A 1)放置在土包蓋層上。 金屬膜片22設有小孔ί如圃2之透視圖所示），以便 蝕刻上包蓋層。於此，上包蓋層僳為有機琴體間隔片。 膜片22七夕$值1Ε晋成库令間Wflfl8之中心被蝕刻.p 留下被剩餘間晞《所支持之膜片邊絲，並在核心16與膜 ___ 一 - - — Η 22之間或供荔層17舆膜片22之間形虚氣陕2〇。_ 圓1ΐ你潁示於繫Μ 22舆霉择12之間施加《位差使二 者之間産生靜霄吸引力時之變:fb。被間隔層18所支持之 膜片22因靜16被霣掻12吸引，促使膜片朝霣極受形。膜 片22呒無需於其四邊受到支持，亦不限制於方形或長方 形。因膜Η移動，致氣除20之體積變小。氣除中之空氣 得藉由膜片J;之蝕刻出入孔而從間除排除。於彼等兩個廣 斷面中，光線傜向箭頭26b或筋頭26a所示方向移動。 當膜片僱轉時，一般會使堞引槙式之右物相射琢夕寘數部分 反虛费部_分S發·生變化，.教斫能生種_不同的直置。 缓濟部中央樣率局典工消费合作社印* 當自第2圖之平面波導裝置之透視圈觀視時，將更 容易區別光線之傳播方向。箭頭26a及26b係顯示光狳 得经由波導管從右方移至-左方或從左方移至右方。由於 膜Μ 22歇靠在間隔層18上之方式，致光線亦可沿箭頭 28a或281)之方向行進，或從前面移至後面或從後ffi移 至前面。 此圖並未顯示出基體10之植入區12,因為其被下包 -6 - *紙張尺膚进用中S两定«聿（CNS)甲4 #.格（210 X 5?97 \、螫> 五、發明説明（r ) 蓋層14及核心層16遮蔽。由間隔層18所形成之邊絲内之 開放區域係為氣除20。氣隙20傜藉蝕刻法形成，蝕刻偽 — . ·* 經由挂刿出入孔行列而進入間隔層中，該出入孔之一為 - 一 一— 24。為易於觀察氣除20及間隔層18之尺寸起見，乃將膜 片22顯示成如同將之從間隔層掀離者。由於彼等裝置偽 採單石裂造，故實際並非如此。膜片赉際上僳為裝置之 整《部分，並非如困示之可移除元件。 圈3偽顯示用以限制光線通遇裝置之行進方向之構 造。於橫斷面圃中起錁30悌置於核心16中。睡起錄 之寬度係沿著由箭頭26a, 26b所界定之軲知方向延伸， 其長度則沿著裝置之長度方向延伸。唼起铭得由如圖式 所暗示之相同材料製成，或於形成間隔層之前由不同的 材料所沈積而成。睡思终专使逝.射有I韦I.生差異，、.因 而枭於降起鲜所JML之箱磨產冼一钽能JSF挣直上限制 忠结之通道。 第4圖中之睡起绪30係顯示成於將膜Η移開後其將 呈現的形狀。於此簧施例中，己將蝕刻出入孔24設定成 更為接近膜Η之前绨及後·絲。此將使間隔層18從第2圖 所示之空心箱S變形成一组可沿著兩倨舆槽形波導之軸 線平行之對立邊续來支持膜片之平底構件（pontoons)。 此種支持结構可使用於所有此種類型的裝置，包括平面 波導裝置。當將膜片22向下朝核心16牽拉時，空氣可從 320785 A6 _B6_ 五、發明説明（厶） (請先聞讀背面之注意事項再5F寫本頁) 端部流出。僅使用兩傾违綠之·支撑方式之優點在於可消 除光線從包蓋區遇渡到非包蓋區，從而可減少散射損失 Ο 上述之基本结構可用以改變折射率之虛數部分，而 .産生許多裝置，例如可切換棰化器，OH/OFF開两，或可 變衮減器纟 0H/0FF開鼷可藉由於波導中産生充分損失而動作， 侔基本上無光線傳输。當膜Η移至核心附近或舆之接» . .· 時，邸由膜Η産生損失。從面_光^邸被金屬趿收， "nppw0 裝置亦可如切梅搔化器般動作。當随機極化光線進 入波導管中時，光線可藉由改變膜Η^相對近接性而極 化成横笛光或Α光。金屬膜片吸收更多的横向磁 光或TM搔化光，使得最终的光结實質上為TE極化光。缓 衝層17 (圖la)得於最佳厚度處形成，俥使消光率極大化 〇 經濟部中夹襟率爲R工消費合作社印製 圈5供可受衮減器之透視困。此實施例中之距雔 19係逮較距離21小。此將唬被帶使舆波導核心近接之金 屬在裝置之寬端處之霣壓較其在窄端處者低。可藉由改 受膜片上之出入孔24之位置而使距離19、21産生差異。 然後再形成間隔®18,以産生不同的膜片寬度。於既定 電壓下，膜Η將從寬端沿著裝置前進至中間點而接近核 本紙張尺度適甩中國國家櫺竿（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） 鱲濟部中*樣準爲典工消#合作杜印«. A6 ___B6 _ 五、發明説明（7 ) 心。此中間點的位置偽視所旆霣壓值而定。沿著槽溝長 度而被帶使舆核心接近之膜片之變化置將産^ g變光衮減量;衰滅量葆由膜片與裝置之接觸置加以控 制，而族Η接庙S則由施於霣極上之箱壓值加以控制、。 舆OH/OFF開鼷可如切換極化器般動作一樣，此可變衮減 器亦可如可變極化器般動作。 裝置亦可因改受折射率之簧數部分而蓮作。此類裝 置每括單向供合開鼷，可切換布萊格反射器、《轉器舆 t 路:波器，及棋轉換器。於所有主要藉由改受折射率之實 數部分而浬作之裝置中，希望能在核心頂部設置介質緩 衝層17,俥減小金屬禊Η所産生之吸收損失。 圓6所示之箪向销合裝置係可藉由使兩值榕式波導 32、34接近至横向長度為销合區（如虛線箱體33所示）而 裂成。各波導器之横向光棋輪廓之易消散尾部 (evanescent tail)將伸人另者之中，導致 _色。局部»合強度係視兩傾波導器之分離而定.並決定 «合E之箱要長度。除销合強度外.光線從一波導器至 另一波導器之傅輪效率係满兩俚波導器之棋式之傅播常 數之差異而定。只要傳播常數間之差為零.則光線將可 從一波導器完·全傳輪至另一波導器。然而，對任一級合 強度言，傳輪效率可為零，致可藉由使傳播常數適當失 配而令所有的輸出光停留於同一波導器中成為輸入。譬 <請先«1!^面之注$項再Ϊ本茛> i裝· 訂· 線· 本纸用中«两玄嫌»(CNS)苹4«扰V W7弋瞽、 A6 B6 缓濟部中夬標準屬員工消费合作杜印« 五、發明説明（次） 如，可藉由使膜片偏轉以使其接近一波導器之程度甚於 其接近另一波導器的程度入而産生此種失S情形。當然 ,傳輪效率可於100X舆0X間之範圍内變動。然而，葙由 此種傅输效率琴擇，裝置將構成一種有用的選路型光學 倍號開K。由於單向销合器亦羼於波長舆極化S敏型者， 因而此種裝置之受更設計亦可供可切換波長或極化濾波 使用。 可切換單向稱合器之實施裝置係示於圖6,其中非 t 蝕刻副間隔層19之沈積厚度及圓型係設成能防止金麻膜 片舆左，右铒合波導器一般接近者。另一種使膜Η近接 * ,· 性不平街之替代方式係將蝕刻區中心從親合波導對之中 心線韬移至膜片下方。於彼等裝置中，膜Η得完金，亦 得不完全遮蔽铒合區，視铒合區之長度及膜片之箱要接 觸長度而定。 前述布萊格裝置之可能结構傜示於S7中。波導有 • ^ - 效率係可於膜片之可僱轉部下方利用諸如核心層上乏沈 積或蝕刻波形部（形成光柵46)等之某些裝置而週期性地 加以諝節。各種型式的栩均鼷可行，光柵之形狀可製 成為可充作鏡子、偏轉器或销合器使用者。由於光柵之 境射性係屬對於波長及極化敏感者，故該等结構得使用 於波長或掻化蚕敏裝置中。布萊格光柵能反射之波長傜 視光柵之週期性而定。由於有效週期性傜因光柵結構之 (請先閲面之注意事項再f本頁) i裝. 訂. .線- -10 - ΑΓ) Β6 經濟#中央櫺準局貝工消費合作社印* 尤、’-發1月·説別《^ ) 有效折射率之部分變化而改變.，故能改變有效折射率之膜片 «轉將可使光柵裝置之繞射性産生變化。因此，像圖7 所示之结構可用來製造可切換濾波器、镉轉器或锅合器 ，其中峰反射之波長或棰化，或導束之镉轉角將由膜Μ 之傾轉狀態加以控制。亦有某些裝置，例如ΤΕ-ΤΜ模式轉 換器，其中光楠之遇期性相當長，因為光柵將具近乎相 等的有效开射率之模式予以销合。對於此等情況，無稱在核 心上製造固定式光柵，命可沿f波導長度形成如圖2或 困4所示型式之一条列謨片裝置；當膜片傾轉時，該等 膜Η本身邸構成一種可切換光柵。 如圈8所示之遇程流程圖傜用來製造膜片裝置。過 程像自植入或擴散步费(48開始，以便摻雜基醱。此種可 為毯式或圈型式摻雜步驟界定出圔1所示之下霣掻12。 可能須施行驅入«散作為此步驟之一部分，以確保摻雜 劑伸入至足夠深度.俥不會被用以形成下包蓋層之《化 步驟所消耗。其次，於步揉50,譬如藉矽基體熱氣化法 來形成下包蓋層14(可為SiOz)。於步驟52,藉Si Ν之 3 4 低壓化學蒸氣沈積法來形成平面波導核心16。於步驟 54,藉由聚體間隔層18之沈稹法開始裂诰膜片DMD ,該 間隔層18可沈積雙倍厚度作為波導器之上包蓋層。以烘 焙法或UV硬化法使間隔層硬化，再於步.驟56,藉由鍍積 或蒸發一層鋁合金抗拉薄膜22而於間隔層上沈積DMD膜 -11 - (請先閲讀背面之注f項再f本頁) 丨裝· -^. 線- 10 K (') ROC Patent Appln. No.82^10311

為應悉·。;撕se -Enel. II (民团84年12月丨旧送呈） (Subaitted on Deceaber Hi, 1995) 五、發明説明（ία) H。於步费[58,將此薄膜設成圖型及蝕刻，以形成可由 之來蝕刻聚體之撤小出入孔行列24。藉由利用等向選擇 姓刻法，例如電漿蝕刻法，於步费[60將含有出入孔之膜 片區中之聚匾間隔層移開，惟該間隔層仍在別的部位、支 持著膜片。如此，將剩下一片支持茬波導外露部分上之 薄金屬膜Η,藉由於膜片與下方笛極之間施加霄懕，可 以靜轚方式使膜片偏轉。 上述《漿蝕刻步踝必須予以小心監視，因爲其在光阻 上快速作用。賅等《漿出入孔係保持在最小尺寸，以緩慢 蝕刻。《漿蝕刻獨特之處在於蝕刻之深度及範圔決定於裝 置在電漿中暴露之時間Μ。此《漿蝕刻必須在小於120t 之相當低溫下實施，否則剩下之間隔屠會軟化且支持之間 隔層結構會崩塌。蝕刻之時間量與裝置之尺寸成比例，且 於實驗中，經由密切監視巳形成可使用之裝置。 經濟部中央標率局—工消费合作社印裝

A7 B7 (請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 構築腆片DMD之替代方法使其可將間隔屠完全移開， 其實例示於圖9a中。於沈稹間隔屠18之後，於間隔屠上形 成通道62a與62b«當沈稹膜片薄膜時，其將於通道中與間 隔靨下方之屠接觸，形成支座64a，64b。依上述，將膜片 股置圖型。當蝕刻間隔屠時，可將問隔屠完全移除，剩下 處於氣嫌20上方而被金馬支座64a，64b所支持之膜片，如 _ 9b所示。此種方法可免除受控制之間隔厝蝕刻步騄。 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 A7 ——_;_- 五、發明説明（11.) 此種流程可有種變化，以逛應前述之各種不同的裝 置结構。瞽如，植入踅極得以金屬踅極替代之。其方法 係於沈積波導核心層之後，蝕刻出伸入核心及下包蓋層 中之凹隙。然後再沈積電極金屬膜並加以蝕刻，俥於凹 隙中形成電棰。此等凹隙使得膜片.偏轉時能與波導核心 緊密接觸。必須於霜極上沈檟薄绝絲層.以防止其與傕 轉膜Η诰成短路。然後再依上述龃續DMD膜片製造過程 〇 此外，電漿出入孔行列得·沿著舆光绨傳播方向平行 之軸综延伸至膜片邊续。當蝕刻間隔層時，聚睦間隔層 將僅殘留在膜片之邊絲，俥無任何聚體沿著光線傳播路 徑而與波導核心接觭，如圖4所示》 再者，圖1之平面波導器得以圖3之槽式波導器替 代之。可將陲起線設置圖型並予蝕刻進入核心中，或者 於核心上沈積介質載條並設置圈型。形成槽式波導器之· 替代方法傜為··擴散一雇可將折射率升离進入核心或下 包蓋層中之外表（species),以便形作部分埋入式波導 器。 圃1中之介質缓衝層17得沈積在核心上，以增進裝 置之操作性。此層所用之材料必須為於間隔層蝕刻步驟 當中不會被蝕刻者。又，圖6中之副間隔層19亦可於核 -13.- 本紙張尺度逍用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 ;> A7 B7五、發明説明（) 心層之後沈積並予設置圖型。其材料必須亦為於間隔層 拽刻操作當中不會被蝕刻者。於上述任一構造變更之後 ，进鑲前述之DMD週程。 彼等裝置皆得採單石方式製造，以降低不良率及提 高産蛋。過程之裂适成本相當低廉，而製出價格合理， 且具備多種用途之可犇裝置。所述结構可用於依賴有效 折射率之莨數部分或虛數部分或兩者之愛化之裝置中。 雖然文中已説明積體光學波導裝置之特殊實施例。 惟此特殊實施例並非在限制本發明之範圍。本發明之範 圍係以如下所附申請專利範圍為準。 (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_ 訂 經濟部中央標準扃員工消費合作社印製 -14.- 本紙張尺度遑用中國國家揉準（〇15)八4«^(210><297公釐）

Claims (1)

1. 320785 A8 B8 C8 D8

   經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 專利申請案^82110311號 ROC Patent Appln. No. 82110311 修正之申請專利範圍中文本-附件一 Amended Claims in Chinese - EncL 1 (民國85年7月忒百) (Submitted on July 1996) 一種靖睦光學装置之製诰方法.包括： a. 於上出； b. 於該基體上形成; c. 於該下包蓋層上形成波導核心； d. 於該核心上形成風^層； e .以金遮蔽該M ： f. 於該金Μ膜上形成ί^λ,Άίϊ^Ι :以及 g. 藉彼刻^除去塞 屬膜聞形成氣隙。 .如申諳專利範圍第1項之方法，其中該界定步驟包 括揖入一個Ji.極。 .如申諳專利範圍第1項之方法.其中该界定步認包 括遗_敛一個電掻。 .如申請專利範囡第1項之方法.其中該界定步玆包 活拽刻該基膣，並以金風使其形成圆型。 .如申諳專利範囡第1項之方法，其中該下包蓋層形 成步認包括使该基腊熱氣化。 -15. 本纸張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----------1 裝------訂------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 AB B8 C8 D8 六、申請專利範圍 6.如申諳專利範圍第1項之方法，其中该波導核心形 Lpc^p 成步琛包括S h之低歴·化學鋈氣沈積步费。 7·如申諳專利範圍第1項之方法，其中戎摭蔽步12包 括金瓯餑葙步認。 8·如申諳專利範圍第1項之方法，其中該遮蔽步認包 括余步驟。 9·如申諳專利範圍第1項之方法.其中該間隔層蝕刻 移除步驟包括電漿拽刻步驟。 ·如申請專利範圍第1項之方法其中該波導核心形 成步認包含於該核心上形成一値险赶！续。 11·如申請專利範圍第1項之方法，其中該波導核心形 成步騄包含於骸遂，叚而於躲板ua 12-如申詩專利範圍第1項之方法，其中該波導核心形 成步認包含於該核心上形成一傾於該蝕刻步認當中 石料區I俾留下一傾伸入泫閗闼屑被 中之小穷—出部。 Π.如申諳專利範園第1項之方法，其中該間隔層形成 步琛包含使該間隔層形成圆型,庶莊步恩 形成金篇方样〇 ~ 16. ~ 本紙張尺度逋用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------「裝------訂------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)