JPH01163704A - 厚さ分布形成方法 - Google Patents

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】 〔概　　要〕 例えば光導波路等の厚さ分布形成に好適な、イオンビー
ムエツチングを利用した厚さ分布形成方法に関し、 被加工物質（光導波路に限らない）に対し簡単に任意の
厚さ分布を持たせることができるようにすることを目的
とし、 被加工物質上に厚膜のマスクを選択的に配置し、該マス
クを介して前記被加工物質上に斜め方向からのイオンビ
ームエツチングを施して、前記被加工物質に厚さ分布を
形成するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、例えば光導波路等の厚さ分布形成に好適な、
イオンビームエツチングを利用した厚さ分布形成方法に
関する。

〔従来の技術〕

一般に、半導体レーザと光ファイバ（或いは光機能素子
）との間の接続点では、光導波路（導波モード）の形状
が互いに異なるため、非常に大きな損失が生じる。例え
ば、半導体レーザの導波モードは小さな楕円形であるの
に対し、光ファイバの導波モードはそれよりも大きな円
形である。

従来、上記のような損失を低減させるため、第３図に示
すように各種レンズを接続点に組込んだものがある。す
なわち、同図（ａ）は半導体レーザ１と光ファイバ２間
に円柱レンズ３及び集束性ロンドレンズ４を組込んだも
のであり、同図（ｂ）は光ファイバ２として先端部２ａ
がテーパ先球状とされたテーバ先球ファイバ（もしくは
細径化先球ファイバ）を用いたものであり、また同図（
Ｃ）は光ファイバ２として先端に微小レンズ２ｂの形成
されたものを用いたものである。このような構成とする
ことにより、結合損失は約２〜３ｄＢまで改善される。

更には、半導体レーザと光ファイバ間に第４図に示すよ
うなモード整合素子（元形状変換素子）５を配置するこ
とにより、低損失な接続を行おうとする試みもなされて
いる。このモード整合素子５は、ガラス基板５ａに対し
てＡｇ等の金属イオンを熱拡散させることにより、光の
進行方向に沿って屈折率分布（屈折率差）及び断面形状
の徐々に変化する光導波路５ｂを形成したものである。

このような構成のモード整合素子５を用いれば、第３図
のものにおいて必ず生じていた、レンズと空気の境界で
の反射による損失を防ぐことができるので、より一層の
低損失化が可能になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第４図に示したモード整合素子５における光導波路５ｂ
は、上述したようにガラス基板５ａへの熱拡散によって
形成される。そのため、その製造工程が非常に複雑であ
って、しかも導波路の形状（特に厚さ方向の寸法）の自
由度が小さ（、すなわち所望の厚さ分布を自由に形成す
ることは極めて困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑み、被加工物質（光導波路に
限らない）に対し簡単に任意の厚さ分布を持たせること
のできる厚さ分布形成方法を提供することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、まず、被加工物質上に厚膜のマスクを選択
的に配置する。その後、上記のマスクを介して、被加工
物質上に斜め方向からイオンビームエツチングを施す。

このエツチングにより、被加工物質に厚さ分布を形成す
る。

〔作　　　用〕

被加工物質のうち上記マスクによって覆われていない９
１　Ｍは、上記のイオンビームエツチングにより、徐々
に厚さが減少していく。この際、被加工物質表面に対し
イオンビームが斜め方向から入射するので、その入射方
向から見た場合、被加工物質表面にはマスクの陰となる
領域が存在する。

このような領域に対しては、イオンビームの一部が回り
込んで入射し、その量はマスクの側端面に近づく程少な
くなる。このことから、マスクの陰となる領域では、徐
々に滑らかに変化する厚さ分布が得られる。従って、マ
スクの厚さや配置位置、及びイオンビームの入射角度や
強度等を適宜選択するだけで、所望の厚さ分布、しかも
滑らかな厚さ分布を極めて簡単に得ることができる。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は、本発明の一実施例を用いた光導波路の製造方
法を示す製造工程図である。なお、ここでは、半導体レ
ーザと光ファイバ間の光結合に使用されるモード整合素
子（元形状変換素子）における光導波路を作製する場合
について述べる。

まず、第１図（ａ）に示すように、Ｓｉ等からなる基板
１１上に、例えばポリメタクリル酸メチル等の高分子有
機材料からなるクラッド材料１２をコーティングする。

続いてその上に、上記クラッド材料１２と同一の高分子
有機材料中にスチレン等の光重合性有機材料を一定量含
ませてなるコア材料１３をコーティングする。この時点
では、クラッド材料１２とコア材料１３の屈折率は互い
にほぼ等しい。

次に、第１図（ｂ）に示すように、例えば光ビームやフ
ォトマスク等を用いて、コア材料１３上を、光ファイバ
側の幅Ｗ１を狭く半導体レーザ側の幅ｗ２を広くした所
望の導波路パターンの通りに露光する。すると、コア材
料１３のうち、上記露光を受けた領域（露光領域）１３
ａでは、その中に含まれている光重合性有機材料が光重
合を起こして重合体に変化する（上述したスチレンの場
合は、ポリスチレンに変化する）ため、露光を受けなか
った領域（非露光領域）１３ｂ及びクラッド材料１２よ
りも屈折率が大きくなる。なお、上記光重合による変化
の程度は露光量に応じて大きくなることから、その露光
量を適宜変化させることにより、所望の屈折率分布を得
ることができる。例えば、露光量を光ファイバ側で少な
くし半導体レーザ側で多くすれば、周囲との屈折率差は
光ファイバ側で小さく半導体レーザ側で大きくなる。

上記の工程により光導波路の幅及び屈折率の分布が得ら
れたら、次は第１図（Ｃ１に示すように、本実施例の特
徴とする厚さ分布の形成を行う。すなわち、まずコア材
料１３　　（１３ａ、１３ｂ）上における光ファイバ側
の領域に、例えば臂開面を有するＳｔウェハ等からなる
厚膜のマスク１４を配置する。その後、例えばＥＣＲ（
電子サイクロトロン共鳴型）エツチング装置等を用いて
、コア材料１３の上面に対し、所定の角度θだけ傾いた
斜め方向からイオンビームエツチングを施す。

上記エツチングにより、コア材料１３のうち上記マスク
１４によって覆われていない領域（すなわち半導体レー
ザ側の領域）は、徐々に厚さが減少していく。ただしこ
の際、イオンビーム■がコア材料１３の上面に対し角度
θ方向から斜めに入射するので、その入射方向から見た
場合、コア材料１３上にはマスク１４の陰となる領域が
存在する。このような領域に対しては、イオンビームの
一部（Ｉ′）がある程度回り込んで入射し、その量はマ
スク１４の側端面１４ａに近づくに従って少なくなる。

以上のことから、第１図（Ｃ）に明らかなように、コア
材料１３における光ファイバ側の厚さｔｌが厚くて半導
体レーザ側の厚さｔ２が薄く、しかもその中間の領域（
すなわちマスク１４の陰となる上記領域）の厚さｔ、が
徐々に滑らかに変化する厚さ分布が得られる。例えば、
上記ＥＣＲエツチング装置を用いてｏ２イオンビームを
出射するようにし、そのａｔガスの流量をＩＯＳＣＣＭ
、引出し電圧を４００ｖ、マイクロ波の入射電力を２０
０　Ｗ　、イオンビームの傾き角度θを３０°と設定す
ると共に、マスク１４として厚さ５００μｍのＳｔウェ
ハを用い、コア材料１３として厚さ１０μｍのポリメタ
クリル酸メチル膜を用いた場合、光ファイバ側の厚さｔ
ｌ及び半導体レーザ側の厚さｔ２がそれぞれ１０μｍ、
５μｍとなり、しかもマスクの側端面１４ａから半導体
レーザ側へ向けて長さ！＝約１１１の範囲内での厚さｔ
３が１０μｍから５μｍまで滑らかに変化する厚さ分布
が得られた。この他にも、イオンビームＩの傾き角度や
強度、及びマスク１４の厚さや配置位置等を適宜選択す
るだけ、所望の厚さ部分を得ることができる。

最後に、第１図（ｄ）に示すように、厚さ分布の形成さ
れたコア材料１３　（１３ａ、１３ｂ）上を覆って、前
記のクラッド材料１２と同一の材料からなるもう１つの
クラフト材料１５をコーティングする。

以上の工程により、コア材料１３の露光領域１３ａをコ
ア層とし、その周囲を取り囲む非露光領域１３ｂ及びク
ラッド材料１２．１５をクラッド層とする光導波路が得
られる。この光導波路は、その断面形状（特に厚さ方向
の寸法）が光の伝搬方向に対して除々に変化したものと
なっている。

すなわち、断面形状は光ファイバ側でｗ、ｘｔ「（ｗｔ
＝ｔ＋）のほぼ正方形状であり、半導体レーザ側でＷｔ
　Ｘ　Ｌｘ　　（Ｗ２　＞　ｔｚ　）の横長の長方形状
であって、その中間の領域で滑らかに変化している。

従って、光導波路の製造工程に本実施例を適用すれば、
コア材料に対して極めて簡単に任意の厚さ分布を持たせ
ることができることから、モード整合素子に必要な非常
に滑らか、かつ自由な形状変化を有する光導波路を極め
て容易に得ることができる。よって、このようにして得
られたモード整合素子を光ファイバと半導体レーザ間の
光結合に使用すれば、光ファイバとモード整合素子間及
びモード整合素子と半導体レーザ間の結合損失を著しく
小さくすることができ、すなわち半導体レーザと光ファ
イバとを極めて低損失に結合させることが可能になる。

また、導波路材料として有機材料を用いたので、更に容
易に、しかも安価に作製できる。

次に、本発明の他の実施例を用いた光導波路の製造方法
を第２図に示す。ここでは、前記実施例と同様なモード
整合素子における光導波路を、コア材料とクラッド材料
に互いに屈折率の異なる別々の材料を用いて作製する場
合について述べる。

まず、第２図（ａ）に示すように、基板２１上に、屈折
率の小さなガラスでできたクラッド材料２２と、これよ
りも屈折率の大きなガラスでできたコア材料２３とを順
次コーティングする。その後、第２図中）に示すように
、フォトリソグラフィとエツチング（ウェット及びドラ
イのいずれでもよい）の組合わせ、あるいはフォトロッ
キング等を利用して、コア材料２３に対し、第１図（ｂ
）と同様な導波路パターンだけが残るようにパターニン
グを施す。

続いて、第２図（Ｃ）に示すように、本実施例の特徴と
する厚さ分布の形成を行う。すなわち、まずコア材料２
３及びクラッド材料２２における光ファイバ側の領域を
覆うように、厚膜のマスク２４を配置する。その後、コ
ア材料２３及びクラッド材料２２の双方の上面に対し、
第１図（Ｃ）に示したと同様に所定の角度θだけ傾いた
斜め方向からイオンビームエツチングを施す。このエツ
チングにより、コア材料２３及びクラッド材料２２のう
ち上記マスク２４によって覆われていない領域（すなわ
ち半導体レーザ側の領域）は除々に厚さが減少していく
が、特にイオンビームＩにとってマスク２４の陰となる
領域では、前記実施例と同様な原理で厚さが滑らかに変
化する。すなわち、第２図（Ｃ１に明らかなように、コ
ア材料２３における光ファイバ側の厚さｔ、が厚（て半
導体レーザ側の厚さｔ２が薄く、その中間にある上記陰
の領域の厚さｔ３が除々に滑らかに変化する厚さ分布が
得られ、これと同様な厚さ変化が、コア材料２３の下方
領域を除いたクラッド材料２２に対しても与えられる。

本実施例においても、イオンビーム■の傾き角度や強度
、及びマスク２４の厚さや配置位置等を適宜選択するだ
けで、所望の厚さ分布を容易に得ることができる。

最後に、第２図（ｄ）に示すように、段差となっている
コア材料２３及びクラッド材料２２の全体を覆って、前
記のクラッド材料２２と同一の材料からなるもう１つの
クラッド材料２５をコーティングする。

以上の工程により、コア材料２３をコア層とし、その周
囲を取り囲むクラッド材料２２．２５をクラッド層とす
る光導波路が得られる。この光導波路も、第１図（ｄ）
に示したものと同様に、断面形状が光の伝搬方向に対し
て除々に変化したものとなっている。

従って、本実施例によっても、モード整合素子に必要な
任意の厚さ分布を有する光導波路を極めて容易に得るこ
とができ、これにより、半導体レーザと光ファイバとを
極めて低損失に結合させることが可能になる。また、導
波路材料としてガラスを用いたことにより、非常に安価
に作製できる。

なお、本発明は、上述したような半導体レーザと光ファ
イバ間（もしくは光機能素子相互間）のモード整合素子
の作製に適用しうるだけではなく、その他にも、厚さ分
布を任意に変化させる必要のある各種の光導波路の作製
に最適である。更には、光導波路以外のものであっても
、イオンビームエツチングによる加工の可能な様々な物
質に適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、イオンビームに
よる斜め方向からのエツチングを用いたことにより、被
加工物質に対して極めて簡単に任意の厚さ分布を形成す
ることができる。しかも、イオンビームの回り込みの作
用により、上記の厚さ分布は非常に滑らかなものとなる
。よって、モード整合素子のような導波モード形状の変
化する光導波路をも、極めて容易に作製することができ
る。しかも、このようにして得られたモード整合素子を
用いれば、互いに導波モード形状の異なる光素子間を著
しく低損失に結合することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例を用いた光導
波路の製造方法を示す製造工程図、 第２図（ａ）〜（ｄ）は本発明の他の実施例を用いた光
導波路の製造方法を示す製造工程図、 第３図（ａ）〜（Ｃ）は従来における半導体レーザと光
ファイバの接続構造を示す図、 第４図は従来のモード整合素子を示す斜視図である。 １１．２１・・・基板、 １２．２２・・・クラッド材料、 １３．２３・・・コア材料、 １４．２４・・・マスク、 １５．２５・・・クラッド材料。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）被加工物質（１３、２３）上に厚膜のマスク（１４
   、２４）を選択的に配置し、該マスクを介して前記被加
   工物質上に斜め方向からのイオンビームエッチングを施
   して、前記被加工物質に厚さ分布を形成することを特徴
   とする厚さ分布形成方法。 ２）前記厚さ分布は、前記マスクによって覆われた領域
   から前記マスクによって覆われていない領域にかけて滑
   らかに変化する分布であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の厚さ分布形成方法。 ３）前記被加工物質は光導波路のコア材料であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の厚さ
   分布形成方法。 ４）前記コア材料は光反応性有機材料を含んだ高分子有
   機材料であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記
   載の厚さ分布形成方法。 ５）前記コア材料はガラスであることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の厚さ分布形成方法。 ６）前記光導波路は、半導体レーザと光ファイバ間の光
   結合に使用されるモード整合素子における光導波路であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項乃至第５項の
   いずれか１つに記載の厚さ分布形成方法。 ７）前記光導波路は、光機能素子相互間の光結合に使用
   されるモード整合素子における光導波路であることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項乃至第５項のいずれか１
   つに記載の厚さ分布形成方法。