JPH04264505A - 光素子 - Google Patents
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- JPH04264505A JPH04264505A JP3274909A JP27490991A JPH04264505A JP H04264505 A JPH04264505 A JP H04264505A JP 3274909 A JP3274909 A JP 3274909A JP 27490991 A JP27490991 A JP 27490991A JP H04264505 A JPH04264505 A JP H04264505A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/26—Optical coupling means
- G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
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- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
- G02B6/2808—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using a mixing element which evenly distributes an input signal over a number of outputs
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- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積光素子、特に、シ
リコン基板上に形成された光素子に関する。
リコン基板上に形成された光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、集積光素子を形成する新技術が開
発された。この技術では、化学またはプラズマ・エッチ
ング、イオン・ミリング、スパッタ・エッチング、化学
補助イオン・ミリングのような技術によってシリコン基
板上にドープされたシリカの導波管を蒸着する。（例え
ば、Ｊ． Ｔ． Ｂｏｙｄ他「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇ
ｉｎｅｅｒｉｎｇ」第２４巻第２号２３０〜４ページ（
１９８５年）およびＦ． Ｓ． Ｈｉｃｋｅｒｎｅｌｌ
「Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」第
３１巻第１１号８３〜８ページ（１９８８年）参照。）
都合の良いことに、この技術は、ファイバまたはマイク
ロ光学素子から形成されたデバイスよりもコンパクトで
、より複雑で、コストの低い光デバイスを形成する能力
を有する。
発された。この技術では、化学またはプラズマ・エッチ
ング、イオン・ミリング、スパッタ・エッチング、化学
補助イオン・ミリングのような技術によってシリコン基
板上にドープされたシリカの導波管を蒸着する。（例え
ば、Ｊ． Ｔ． Ｂｏｙｄ他「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇ
ｉｎｅｅｒｉｎｇ」第２４巻第２号２３０〜４ページ（
１９８５年）およびＦ． Ｓ． Ｈｉｃｋｅｒｎｅｌｌ
「Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」第
３１巻第１１号８３〜８ページ（１９８８年）参照。）
都合の良いことに、この技術は、ファイバまたはマイク
ロ光学素子から形成されたデバイスよりもコンパクトで
、より複雑で、コストの低い光デバイスを形成する能力
を有する。
【０００３】従来、さまざまな光素子が上記のシリコン
上シリカの技術を使用して形成されている。この場合、
光導波管は、高圧蒸気下でのシリコンの酸化によって形
成された「ハイポクス（ｈｉｐｏｘ）」と呼ばれる基底
層上に蒸着される。一般的に、異方性エッチングが、例
えば、リンケイ酸塩ガラスやＰ−ドープされたシリカか
らなるコア構造を限定するために使用される。
上シリカの技術を使用して形成されている。この場合、
光導波管は、高圧蒸気下でのシリコンの酸化によって形
成された「ハイポクス（ｈｉｐｏｘ）」と呼ばれる基底
層上に蒸着される。一般的に、異方性エッチングが、例
えば、リンケイ酸塩ガラスやＰ−ドープされたシリカか
らなるコア構造を限定するために使用される。
【０００４】さらに、コアを被覆するシリカ（ＳｉＯ２
）の薄いクラッディング層によって、低損失チャネル導
波管がシリコン上に容易に形成される。これは、例えば
ブラッグ反射器、４チャネル・マルチプレクサ、偏光分
割器、アレイ・スター・カプラのような、通信および信
号処理のための多くの有用な集積光デバイスを製造する
ために使用される。（例えば、Ｃ． Ｈ． Ｈｅｎｒｙ
他「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ」第７巻１３７９〜８５ページ（１９
８９年）、Ｙ． Ｓｈａｎｉ他「Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ
．Ｌｅｔｔ．」第５６巻１２０〜１ページ（１９９０年
）、および米国特許第４，９０４，０４２号参照。）
）の薄いクラッディング層によって、低損失チャネル導
波管がシリコン上に容易に形成される。これは、例えば
ブラッグ反射器、４チャネル・マルチプレクサ、偏光分
割器、アレイ・スター・カプラのような、通信および信
号処理のための多くの有用な集積光デバイスを製造する
ために使用される。（例えば、Ｃ． Ｈ． Ｈｅｎｒｙ
他「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅ
ｃｈｎｏｌｏｇｙ」第７巻１３７９〜８５ページ（１９
８９年）、Ｙ． Ｓｈａｎｉ他「Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ
．Ｌｅｔｔ．」第５６巻１２０〜１ページ（１９９０年
）、および米国特許第４，９０４，０４２号参照。）
【
０００５】
０００５】
【発明が解決しようとする課題】これらのデバイスは優
れた性能を示しているが、その中の多くの素子すなわち
導波管は、相対的に薄いシリカすなわちＳｉＯ２クラッ
ディング層のため非常に環境に対して敏感である。厚さ
約４μｍの被覆すなわちクラッディング層は、コアから
放射状に広がる微弱な場に対する十分な光閉じ込めがで
きないため、この場が環境と有害な相互作用をすること
がある。例えば、素子の上面に触れることはデバイス性
能を非常に変化させる。ずっと厚いクラッディング層（
約１０μｍのオーダ）を蒸着することは可能であるが、
このような厚い被覆はストレスによって割れやすく、蒸
着に極端に長い時間（１日のオーダ）がかかる。
れた性能を示しているが、その中の多くの素子すなわち
導波管は、相対的に薄いシリカすなわちＳｉＯ２クラッ
ディング層のため非常に環境に対して敏感である。厚さ
約４μｍの被覆すなわちクラッディング層は、コアから
放射状に広がる微弱な場に対する十分な光閉じ込めがで
きないため、この場が環境と有害な相互作用をすること
がある。例えば、素子の上面に触れることはデバイス性
能を非常に変化させる。ずっと厚いクラッディング層（
約１０μｍのオーダ）を蒸着することは可能であるが、
このような厚い被覆はストレスによって割れやすく、蒸
着に極端に長い時間（１日のオーダ）がかかる。
【０００６】また、これらのデバイスを実用化するため
に、ファイバ・ピグテール・コネクタ（例えば、シリコ
ンｖ字溝を使用したファイバのアレイ）を接続しようと
すると、接続はシリコン基板および薄いクラッディング
層に対してしか行うことができないため不安定な状況が
生じ、ファイバ・ピグテール・コネクタの上部がぶら下
がった状態となり、不整合が生じやすくなる。
に、ファイバ・ピグテール・コネクタ（例えば、シリコ
ンｖ字溝を使用したファイバのアレイ）を接続しようと
すると、接続はシリコン基板および薄いクラッディング
層に対してしか行うことができないため不安定な状況が
生じ、ファイバ・ピグテール・コネクタの上部がぶら下
がった状態となり、不整合が生じやすくなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、特に、ファイ
バ・ピグテールをガラス導波管シリコン・デバイスに接
続する問題だけでなく、これらの導波管デバイスを外部
環境の有害な影響から分離することができる新しい光パ
ッケージングおよび相互接続技術である。前記の目的は
、低屈折率エポキシで接着された薄いシリカ・カバープ
レートでデバイスを被覆することによって達成される。 このエポキシは、微弱な場が環境と相互作用しないよう
に導波管のクラッディング層を拡張する。さらに、シリ
カ・カバープレートはデバイスの「耐久性」を高め、ピ
グテール・ファイバ・コネクタが接続されるのに十分な
面積の端面を与える。
バ・ピグテールをガラス導波管シリコン・デバイスに接
続する問題だけでなく、これらの導波管デバイスを外部
環境の有害な影響から分離することができる新しい光パ
ッケージングおよび相互接続技術である。前記の目的は
、低屈折率エポキシで接着された薄いシリカ・カバープ
レートでデバイスを被覆することによって達成される。 このエポキシは、微弱な場が環境と相互作用しないよう
に導波管のクラッディング層を拡張する。さらに、シリ
カ・カバープレートはデバイスの「耐久性」を高め、ピ
グテール・ファイバ・コネクタが接続されるのに十分な
面積の端面を与える。
【０００８】シリコン基板上に形成された本発明の実施
例では、集積１９×１９スター・カプラが、低屈折率エ
ポキシによって接着されたシリカ・カバープレートで被
覆される。カバープレートは、表面下数ミクロンの導波
管を周辺から分離し、さらに、ファイバ・コネクタをそ
こに接続する優れた手段を提供する。
例では、集積１９×１９スター・カプラが、低屈折率エ
ポキシによって接着されたシリカ・カバープレートで被
覆される。カバープレートは、表面下数ミクロンの導波
管を周辺から分離し、さらに、ファイバ・コネクタをそ
こに接続する優れた手段を提供する。
【０００９】
【実施例】本発明は、ガラス導波管シリコン・デバイス
を低屈折率エポキシで接着された薄いシリカ（ＳｉＯ２
）カバープレートで被覆することによって、これらのデ
バイスを外部の影響から分離し、同時に、ファイバ・コ
ネクタをそこに接続する優れた手段を提供するという発
見に基づく。ここで使用されている「低屈折率エポキシ
」という表現は、屈折率が、デバイスの導波管コアの屈
折率よりも小さいか、または、デバイスの導波管コアを
囲むクラッディング層の屈折率以下であるエポキシ樹脂
を意味する。低屈折率エポキシは、導波管コア内の優れ
た光閉じ込めが可能な拡張されたクラッディング層を形
成する。さらに、エポキシによって支持されたシリカ・
カバープレートはデバイスの「耐久性」を高め、ピグテ
ール・ファイバ・コネクタが接続可能な端面を与える。
を低屈折率エポキシで接着された薄いシリカ（ＳｉＯ２
）カバープレートで被覆することによって、これらのデ
バイスを外部の影響から分離し、同時に、ファイバ・コ
ネクタをそこに接続する優れた手段を提供するという発
見に基づく。ここで使用されている「低屈折率エポキシ
」という表現は、屈折率が、デバイスの導波管コアの屈
折率よりも小さいか、または、デバイスの導波管コアを
囲むクラッディング層の屈折率以下であるエポキシ樹脂
を意味する。低屈折率エポキシは、導波管コア内の優れ
た光閉じ込めが可能な拡張されたクラッディング層を形
成する。さらに、エポキシによって支持されたシリカ・
カバープレートはデバイスの「耐久性」を高め、ピグテ
ール・ファイバ・コネクタが接続可能な端面を与える。
【００１０】本発明の原理による光デバイスの実施例が
図１に示されている。以下の説明は、従来のシリコン上
シリカの技術を使用して形成された、図示されたスター
・カプラに関するが、他のシリコン上シリカ導波管デバ
イス（例えば、ブラッグ反射器、マルチプレクサ、分割
器など）も使用可能であり、これらは当業者に周知であ
る。さらに、これらの光デバイスは、融解石英、シリカ
、ニオブ酸リチウムなどの上に直接形成可能である。
図１に示されている。以下の説明は、従来のシリコン上
シリカの技術を使用して形成された、図示されたスター
・カプラに関するが、他のシリコン上シリカ導波管デバ
イス（例えば、ブラッグ反射器、マルチプレクサ、分割
器など）も使用可能であり、これらは当業者に周知であ
る。さらに、これらの光デバイスは、融解石英、シリカ
、ニオブ酸リチウムなどの上に直接形成可能である。
【００１１】図１を参照すると、集積１９×１９スター
・カプラ１０は、誘電体スラブ導波管６０によって分離
された２個の対称的なチャネル導波管のアレイ２０、３
０からなり、それぞれシリコン（Ｓｉ）基板４０上に形
成されている。従来の周知の形成技術（例えば、リソグ
ラフィ、エッチング、低圧化学蒸着法、火炎加水分解な
ど）が、スター・カプラ１０を形成するために使用され
る。シリコン上のガラス導波管およびその工程に関する
詳細な説明については、Ｃ． Ｈ． Ｈｅｎｒｙ他「Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ」第７巻第１０号１５３０〜９ページ（１９
８９年）およびＢ． Ｈ． Ｖｅｒｂｅｅｋ他「Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ」第６巻第６号１０１１〜１５ページ（１９８８年
）参照。
・カプラ１０は、誘電体スラブ導波管６０によって分離
された２個の対称的なチャネル導波管のアレイ２０、３
０からなり、それぞれシリコン（Ｓｉ）基板４０上に形
成されている。従来の周知の形成技術（例えば、リソグ
ラフィ、エッチング、低圧化学蒸着法、火炎加水分解な
ど）が、スター・カプラ１０を形成するために使用され
る。シリコン上のガラス導波管およびその工程に関する
詳細な説明については、Ｃ． Ｈ． Ｈｅｎｒｙ他「Ｊ
ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎ
ｏｌｏｇｙ」第７巻第１０号１５３０〜９ページ（１９
８９年）およびＢ． Ｈ． Ｖｅｒｂｅｅｋ他「Ｊｏｕ
ｒｎａｌ ｏｆ ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ」第６巻第６号１０１１〜１５ページ（１９８８年
）参照。
【００１２】入力導波管５０−１〜５０−１９のうちの
１つからのパワーは、誘電体スラブ導波管６０内へ放射
され、出力導波管７０−１〜７０−１９のそれぞれによ
って受信される。誘電体スラブ６０を通る光の効率的な
伝送は、収束導波管の隣接する導波管への相互結合によ
るものであり、これが遠隔場分布の形を改良する。上記
のスター・カプラの基本動作の詳細な説明は、例えば、
米国特許第４，９０４，０４２号（発明者：Ｃ．Ｄｒａ
ｇｏｎｅ）参照。
１つからのパワーは、誘電体スラブ導波管６０内へ放射
され、出力導波管７０−１〜７０−１９のそれぞれによ
って受信される。誘電体スラブ６０を通る光の効率的な
伝送は、収束導波管の隣接する導波管への相互結合によ
るものであり、これが遠隔場分布の形を改良する。上記
のスター・カプラの基本動作の詳細な説明は、例えば、
米国特許第４，９０４，０４２号（発明者：Ｃ．Ｄｒａ
ｇｏｎｅ）参照。
【００１３】スター・カプラ１０の数個の導波管の収束
領域に沿った断面図が図２に示されている。導波管の初
期間隔は２００μｍであるが、収束領域では、最終間隔
は約８μｍにせばまり、これによって入力アレイ２０と
出力アレイ３０の間の光の効率的な伝送のための十分な
相互結合が可能となる。クラッディング層２０３自体は
約４μｍしかないため、導波管からの場は上面の境界を
越えて広がる。
領域に沿った断面図が図２に示されている。導波管の初
期間隔は２００μｍであるが、収束領域では、最終間隔
は約８μｍにせばまり、これによって入力アレイ２０と
出力アレイ３０の間の光の効率的な伝送のための十分な
相互結合が可能となる。クラッディング層２０３自体は
約４μｍしかないため、導波管からの場は上面の境界を
越えて広がる。
【００１４】さらに、クラッディングの厚さは、ファイ
バ・ピグテールのアレイを接続するのに適切な接触領域
のためには不十分である。従って、本発明の原理によっ
て、上記の問題点を回避するために、シリカ・カバープ
レート３１０が低屈折率エポキシでクラッディング層２
０３の上部に接着されている。シリカ・カバープレート
３１０がエポキシによって適切に支持されることにより
、端面はピグテール・ファイバ・コネクタが接続される
ことが可能となる。
バ・ピグテールのアレイを接続するのに適切な接触領域
のためには不十分である。従って、本発明の原理によっ
て、上記の問題点を回避するために、シリカ・カバープ
レート３１０が低屈折率エポキシでクラッディング層２
０３の上部に接着されている。シリカ・カバープレート
３１０がエポキシによって適切に支持されることにより
、端面はピグテール・ファイバ・コネクタが接続される
ことが可能となる。
【００１５】導波管５０−１〜５０−９および７０−１
〜７０−９は、高圧蒸気中でシリコン基板４０の表面を
酸化することによって形成された厚さ１０μｍのＳｉＯ
２基底層２０１を含む。コアおよびクラッディング層２
０２および２０３は、それぞれ、低圧化学蒸着法を使用
して蒸着された。特に、シラン、酸素およびホスフィン
を使用して蒸着された厚さ２μｍのリンケイ酸塩ガラス
（重量でリン８％）がコア層２０２として使用され、続
いて写真製版でコア２０２を限定した後に反応性イオン
・エッチングによって幅５μｍのメサがエッチングされ
た。
〜７０−９は、高圧蒸気中でシリコン基板４０の表面を
酸化することによって形成された厚さ１０μｍのＳｉＯ
２基底層２０１を含む。コアおよびクラッディング層２
０２および２０３は、それぞれ、低圧化学蒸着法を使用
して蒸着された。特に、シラン、酸素およびホスフィン
を使用して蒸着された厚さ２μｍのリンケイ酸塩ガラス
（重量でリン８％）がコア層２０２として使用され、続
いて写真製版でコア２０２を限定した後に反応性イオン
・エッチングによって幅５μｍのメサがエッチングされ
た。
【００１６】次に、コア層は、材料を還流するためにＮ
２中１０００℃でアニールされた。さらに、厚さ３μｍ
のＳｉＯ２（重量でリン４％）の上部すなわちクラッデ
ィング層２０３が、テトラエチルオルトケイ酸（ＴＥＯ
Ｓ）、酸素およびホスフィンを使用して７３０℃で蒸着
された。この結果生じた、コア層２０２とクラッディン
グ層２０３の屈折率の差は、１．５μｍの波長λに対し
て７．３×１０−３と評価され、クラッディング層は屈
折率約１．４５６を有した。コア層とクラッディング層
の屈折率の値の差の選択は、動作波長、所望される開口
数、所望されるモード数などの因子に基づく。
２中１０００℃でアニールされた。さらに、厚さ３μｍ
のＳｉＯ２（重量でリン４％）の上部すなわちクラッデ
ィング層２０３が、テトラエチルオルトケイ酸（ＴＥＯ
Ｓ）、酸素およびホスフィンを使用して７３０℃で蒸着
された。この結果生じた、コア層２０２とクラッディン
グ層２０３の屈折率の差は、１．５μｍの波長λに対し
て７．３×１０−３と評価され、クラッディング層は屈
折率約１．４５６を有した。コア層とクラッディング層
の屈折率の値の差の選択は、動作波長、所望される開口
数、所望されるモード数などの因子に基づく。
【００１７】クラッディング層２０３の上部にシリカ・
カバープレート３１０を接着することによって、スター
・カプラを外部の影響から保護し、スター・カプラへの
外部デバイスの相互接続を強化することが可能となる。 実施例では、シリカ・カバープレート３１０は約１．４
５６の屈折率ｎを有する融解石英であった。低屈折率エ
ポキシ３００が、導波管のコア２０２からのエネルギー
を除去しないように、シリカ・カバープレート３１０と
導波管の間に挿入される。すなわち、光学エポキシ３０
０は、シリカ・クラッディング層２０３の屈折率よりも
大きい屈折率を有することはできない。クラッディング
層２０３を除去し、すべてエポキシ３００で置換するこ
とも可能である。
カバープレート３１０を接着することによって、スター
・カプラを外部の影響から保護し、スター・カプラへの
外部デバイスの相互接続を強化することが可能となる。 実施例では、シリカ・カバープレート３１０は約１．４
５６の屈折率ｎを有する融解石英であった。低屈折率エ
ポキシ３００が、導波管のコア２０２からのエネルギー
を除去しないように、シリカ・カバープレート３１０と
導波管の間に挿入される。すなわち、光学エポキシ３０
０は、シリカ・クラッディング層２０３の屈折率よりも
大きい屈折率を有することはできない。クラッディング
層２０３を除去し、すべてエポキシ３００で置換するこ
とも可能である。
【００１８】特に、１．４０７１の屈折率ｎｅｘｐを有
する２成分熱硬化エポキシ（例えば、米国マサチューセ
ッツ州ビレリカ（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ）のエポキシ・テ
クノロジー社によって販売されているエポキシ（商標Ｅ
ＰＯ−ＴＥＸ３２８））が利用された。このエポキシは
、３５００ｃｐｓという中間的な粘度を有するとともに
、良好なぬれ特性および透明性を有する。エポキシは、
クラッディング層２０３とシリカ・カバープレート３１
０の間に注入することによって塗布され、この結果図２
に示された配置が生じた。
する２成分熱硬化エポキシ（例えば、米国マサチューセ
ッツ州ビレリカ（Ｂｉｌｌｅｒｉｃａ）のエポキシ・テ
クノロジー社によって販売されているエポキシ（商標Ｅ
ＰＯ−ＴＥＸ３２８））が利用された。このエポキシは
、３５００ｃｐｓという中間的な粘度を有するとともに
、良好なぬれ特性および透明性を有する。エポキシは、
クラッディング層２０３とシリカ・カバープレート３１
０の間に注入することによって塗布され、この結果図２
に示された配置が生じた。
【００１９】続いて、エポキシは１５０℃で硬化され、
約１０μｍの薄いエポキシ層が残り、これがシリカ・カ
バープレート３１０を導波管の上面に接着した。エポキ
シを塗布する際には、シリカ・カバープレート３１０と
クラッディング層２０３の上面の間の気泡を除去するよ
うに注意しなければならない。スター・カプラの寸法は
１．５×３．０ｃｍおよび厚さ０．５５ｍｍであるため
、シリカ・カバープレート３１０は同一の寸法に切断さ
れ、端は研磨された。カバープレート３１０の厚さは約
０．６５ｍｍであった。
約１０μｍの薄いエポキシ層が残り、これがシリカ・カ
バープレート３１０を導波管の上面に接着した。エポキ
シを塗布する際には、シリカ・カバープレート３１０と
クラッディング層２０３の上面の間の気泡を除去するよ
うに注意しなければならない。スター・カプラの寸法は
１．５×３．０ｃｍおよび厚さ０．５５ｍｍであるため
、シリカ・カバープレート３１０は同一の寸法に切断さ
れ、端は研磨された。カバープレート３１０の厚さは約
０．６５ｍｍであった。
【００２０】シリカ・カバープレート３１０がクラッデ
ィング層に接着されたため、比較的大きな表面積が本カ
プラの入力および出力端の両方に存在し、そこへのピグ
テール・ファイバ・アレイ・コネクタの安定した接続が
可能となる。ピグテール・アレイ・コネクタに関する詳
細な説明は、例えば、米国特許第４，６３９，０７４号
（発明者：Ｅ． Ｊ． Ｍｕｒｐｈｙ）参照。従来は、
密着結合によってコネクタを接続しようとした場合、接
続はシリコン基板および薄いクラッディング層に対して
なされるだけであり、コネクタの上部が不整合を起こし
やすいことから、不安定な状況が生じていた。
ィング層に接着されたため、比較的大きな表面積が本カ
プラの入力および出力端の両方に存在し、そこへのピグ
テール・ファイバ・アレイ・コネクタの安定した接続が
可能となる。ピグテール・アレイ・コネクタに関する詳
細な説明は、例えば、米国特許第４，６３９，０７４号
（発明者：Ｅ． Ｊ． Ｍｕｒｐｈｙ）参照。従来は、
密着結合によってコネクタを接続しようとした場合、接
続はシリコン基板および薄いクラッディング層に対して
なされるだけであり、コネクタの上部が不整合を起こし
やすいことから、不安定な状況が生じていた。
【００２１】図３のように、ファイバ・ピグテール・コ
ネクタ４２０および４１０をそれぞれチャネル導波管の
アレイ２０および３０に密着結合することによって、デ
バイスをカバープレート３１０で被覆する前後で、実際
的な実験によるいくつかの測定が行われた。この特殊な
実施例では、ファイバ・ピグテール・コネクタ４２０お
よび４１０はそれぞれシリコン・チップ４４０の上面に
形成されたｖ時溝内に位置するファイバの線形アレイか
らなる。このようなファイバ・ピグテール・コネクタは
当業者に周知であるためここでは説明しない。これらの
光コネクタに関する詳細な説明は、例えば、上で参照さ
れたＥ． Ｊ． Ｍｕｒｐｈｙの特許を参照。
ネクタ４２０および４１０をそれぞれチャネル導波管の
アレイ２０および３０に密着結合することによって、デ
バイスをカバープレート３１０で被覆する前後で、実際
的な実験によるいくつかの測定が行われた。この特殊な
実施例では、ファイバ・ピグテール・コネクタ４２０お
よび４１０はそれぞれシリコン・チップ４４０の上面に
形成されたｖ時溝内に位置するファイバの線形アレイか
らなる。このようなファイバ・ピグテール・コネクタは
当業者に周知であるためここでは説明しない。これらの
光コネクタに関する詳細な説明は、例えば、上で参照さ
れたＥ． Ｊ． Ｍｕｒｐｈｙの特許を参照。
【００２２】特に、測定は、入力導波管５０−１、５０
−１０および５０−１９と出力導波管７０−１〜７０−
１９の間の結合効率に対して行われた。すなわち、各出
力導波管のパワーが、入力導波管５０−１、５０−１０
および５０−１９に独立に注入された光パワーとともに
測定された。導波管はいくらかの偏光感受性を示すため
、測定は水平および垂直の両方の偏光方向に対して行わ
れた。
−１０および５０−１９と出力導波管７０−１〜７０−
１９の間の結合効率に対して行われた。すなわち、各出
力導波管のパワーが、入力導波管５０−１、５０−１０
および５０−１９に独立に注入された光パワーとともに
測定された。導波管はいくらかの偏光感受性を示すため
、測定は水平および垂直の両方の偏光方向に対して行わ
れた。
【００２３】図４〜図６は、導波管がシリカ・カバープ
レート３１０で被覆される前後のスター・カプラ１０の
性能を示す。ここで、入力導波管５０−１、５０−１０
および５０−１９はそれぞれ独立に約１．３μｍの波長
をもつ水平偏光で励起された。シリカ・カバープレート
３１０接着前の測定は○で表され、シリカ・カバープレ
ート３１０接着後の測定は×で表されている。
レート３１０で被覆される前後のスター・カプラ１０の
性能を示す。ここで、入力導波管５０−１、５０−１０
および５０−１９はそれぞれ独立に約１．３μｍの波長
をもつ水平偏光で励起された。シリカ・カバープレート
３１０接着前の測定は○で表され、シリカ・カバープレ
ート３１０接着後の測定は×で表されている。
【００２４】理論的には、スター・カプラ１０の分割損
失は、１／Ｎ（ただし、Ｎは入力または出力導波管の数
）に比例し、この場合は約１２．８ｄＢであるはずであ
る。さらに、図４〜図６から、シリカ・カバープレート
３１０の接着前後の損失はほとんど等しい。中央の入力
導波管５０−１０と出力導波管の間の結合損失は理想的
カプラよりも約２ｄＢ大きいが、これは、導波管内の固
有伝送損失と、入力および出力導波管とファイバ・コネ
クタ４２０および４１０のそれぞれとの間の結合損失に
よって説明される。
失は、１／Ｎ（ただし、Ｎは入力または出力導波管の数
）に比例し、この場合は約１２．８ｄＢであるはずであ
る。さらに、図４〜図６から、シリカ・カバープレート
３１０の接着前後の損失はほとんど等しい。中央の入力
導波管５０−１０と出力導波管の間の結合損失は理想的
カプラよりも約２ｄＢ大きいが、これは、導波管内の固
有伝送損失と、入力および出力導波管とファイバ・コネ
クタ４２０および４１０のそれぞれとの間の結合損失に
よって説明される。
【００２５】同様に、図７〜図９は、垂直偏光に対する
結合損失を示す。ここでは、約０．５ｄＢ未満の結合効
率のわずかな増加が認められ、これは、誘電体スラブ導
波管１０内の空気を低屈折率エポキシ３００で置換した
ために入力導波管と出力導波管の間の結合が改善された
ためであると考えられる。本発明の原理を利用した他の
さまざまなスター・カプラが形成され、同様の実験的結
果が得られた。さらに、デバイスを１００℃まで上昇さ
せる温度循環の後でさまざまな測定が行われたが、性能
の劣化はなかった。
結合損失を示す。ここでは、約０．５ｄＢ未満の結合効
率のわずかな増加が認められ、これは、誘電体スラブ導
波管１０内の空気を低屈折率エポキシ３００で置換した
ために入力導波管と出力導波管の間の結合が改善された
ためであると考えられる。本発明の原理を利用した他の
さまざまなスター・カプラが形成され、同様の実験的結
果が得られた。さらに、デバイスを１００℃まで上昇さ
せる温度循環の後でさまざまな測定が行われたが、性能
の劣化はなかった。
【００２６】他のさまざまな変更が可能である。例えば
、他の適切な材料がコアとして使用可能である。例えば
、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が、ジクロロシラン、ア
ンモニアおよび酸素から低圧化学蒸着法によってシリコ
ン基板上に蒸着可能である。さらに、蒸気の実施例では
ＳｉＯ２からなるクラッディング層はテトラエチルオル
トケイ酸および酸素から蒸着されたが、ＳｉＯ２はジク
ロロシラン、アンモニアおよび酸素またはシランおよび
酸素から蒸着されることも可能である。いずれの場合に
おいても、ＳｉＯ２の屈折率はリン（例えばホスフィン
源から）の添加によって制御される。
、他の適切な材料がコアとして使用可能である。例えば
、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が、ジクロロシラン、ア
ンモニアおよび酸素から低圧化学蒸着法によってシリコ
ン基板上に蒸着可能である。さらに、蒸気の実施例では
ＳｉＯ２からなるクラッディング層はテトラエチルオル
トケイ酸および酸素から蒸着されたが、ＳｉＯ２はジク
ロロシラン、アンモニアおよび酸素またはシランおよび
酸素から蒸着されることも可能である。いずれの場合に
おいても、ＳｉＯ２の屈折率はリン（例えばホスフィン
源から）の添加によって制御される。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、フ
ァイバ・ピグテールをガラス導波管シリコン・デバイス
に安定に接続する問題が解決される。また、これらの導
波管デバイスを外部環境の有害な影響から分離すること
ができる。
ァイバ・ピグテールをガラス導波管シリコン・デバイス
に安定に接続する問題が解決される。また、これらの導
波管デバイスを外部環境の有害な影響から分離すること
ができる。
【図１】本発明の原理を利用した１９×１９スター・カ
プラの平面図である。
プラの平面図である。
【図２】本スター・カプラの断面図である。
【図３】ファイバ・コネクタが接続された本スター・カ
プラの等尺図である。
プラの等尺図である。
【図４】水平偏光に対する本スター・カプラの結合特性
である。
である。
【図５】水平偏光に対する本スター・カプラの結合特性
である。
である。
【図６】水平偏光に対する本スター・カプラの結合特性
である。
である。
【図７】垂直偏光に対する本スター・カプラの結合特性
である。
である。
【図８】垂直偏光に対する本スター・カプラの結合特性
である。
である。
【図９】垂直偏光に対する本スター・カプラの結合特性
である。
である。
１０ 集積１９×１９スター・カプラ２０ 入力ア
レイ ３０ 出力アレイ ４０ シリコン基板 ５０−１〜５０−１９ 入力導波管 ６０ 誘電体スラブ導波管 ７０−１〜７０−１９ 出力導波管 ２０１ ＳｉＯ２基底層 ２０２ コア層 ２０３ クラッディング層 ３００ 低屈折率エポキシ層 ３１０ シリカ・カバープレート ４１０ ファイバ・ピグテール・コネクタ４２０
ファイバ・ピグテール・コネクタ４４０ シリコン・
チップ
レイ ３０ 出力アレイ ４０ シリコン基板 ５０−１〜５０−１９ 入力導波管 ６０ 誘電体スラブ導波管 ７０−１〜７０−１９ 出力導波管 ２０１ ＳｉＯ２基底層 ２０２ コア層 ２０３ クラッディング層 ３００ 低屈折率エポキシ層 ３１０ シリカ・カバープレート ４１０ ファイバ・ピグテール・コネクタ４２０
ファイバ・ピグテール・コネクタ４４０ シリコン・
チップ
Claims (12)
- 【請求項１】 光デバイスと前記光デバイスは基板上
に形成された少なくとも１個の導波管を含み、前記少な
くとも１個の導波管はコアおよびクラッディング層を含
み、このクラッディング層はコア層の屈折率よりも小さ
い屈折率を有し、前記導波管上に配置される保護カバー
プレートと、前記カバープレートと前記少なくとも１個
の導波管の間に挿入されたエポキシの層と からなり
、前記エポキシは、クラッディング層の屈折率以下の屈
折率を有し、前記少なくとも１個の導波管を伝播する光
放射が前記カバープレート下に閉じ込められるように前
記導波管のクラッディング層を拡張するのに十分な厚さ
であることを特徴とする光素子。 - 【請求項２】 前記基板が半導体であることを特徴と
する請求項１の素子。 - 【請求項３】 前記半導体がシリコンからなることを
特徴とする請求項２の素子。 - 【請求項４】 前記基板がシリカからなることを特徴
とする請求項１の素子。 - 【請求項５】 前記カバープレートがシリカからなる
ことを特徴とする請求項２の素子。 - 【請求項６】 前記導波管のコア層がドープされたシ
リカからなることを特徴とする請求項５の素子。 - 【請求項７】 前記導波管のコア層が窒化シリコンか
らなることを特徴とする請求項６の素子。 - 【請求項８】 前記導波管のクラッディング層がドー
プされたシリカからなることを特徴とする請求項６の素
子。 - 【請求項９】 前記光デバイスが集積光スター・カプ
ラであることを特徴とする請求項１の素子。 - 【請求項１０】 光デバイスと、前記光デバイスは半
導体基板上に形成された導波管コア層を含み、前記導波
管コア層上に配置されるカバープレートと、導波管クラ
ッディング層を形成するために前記カバープレートと前
記導波管コア層の間に挿入された低屈折率エポキシの層
と からなり、前記低屈折率エポキシの屈折率はコア
層の材料の屈折率より小さく、前記低屈折率エポキシ層
が、前記導波管コア層を伝播する光放射が前記カバープ
レート下に閉じ込められるほど十分に厚いことを特徴と
する光素子。 - 【請求項１１】 光デバイスを被覆する方法において
、前記光デバイスが基板上に形成された導波管および前
記導波管に配置されるカバープレートからなり、前記方
法が、前記導波管と前記カバープレートの間に、前記導
波管を伝播する光放射が前記カバープレート下に閉じ込
められるような厚さの低屈折率エポキシの層を挿入する
ステップからなることを特徴とする光デバイスの被覆方
法。 - 【請求項１２】 光ファイバ・コネクタを光デバイス
に接続する方法において、前記光デバイスが基板上に形
成された導波管を含み、前記方法が、前記導波管上にカ
バープレートを配置するステップと、前記導波管と前記
カバープレートの間に、低屈折率エポキシの層を挿入す
るステップと、エポキシの屈折率および厚さは、前記導
波管を伝播する光放射が前記カバープレート下に閉じ込
められるようなものとし、前記光ファイバ・コネクタを
前記導波管に密着結合および接続するステップとからな
ることを特徴とする光ファイバ・コネクタを光デバイス
に接続する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/603,646 US5076654A (en) | 1990-10-29 | 1990-10-29 | Packaging of silicon optical components |
| US603646 | 1990-10-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04264505A true JPH04264505A (ja) | 1992-09-21 |
Family
ID=24416339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3274909A Pending JPH04264505A (ja) | 1990-10-29 | 1991-09-27 | 光素子 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5076654A (ja) |
| EP (1) | EP0484011B1 (ja) |
| JP (1) | JPH04264505A (ja) |
| CA (1) | CA2050558C (ja) |
| DE (1) | DE69116504T2 (ja) |
| DK (1) | DK0484011T3 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5199093A (en) * | 1990-05-22 | 1993-03-30 | Bicc Plc. | Multi-part optical fibre connectors |
| JPH04120810A (ja) * | 1990-09-12 | 1992-04-21 | Hitachi Ltd | 弾性表面波保護方法 |
| US5327517A (en) * | 1991-08-05 | 1994-07-05 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Guided-wave circuit module and wave-guiding optical component equipped with the module |
| DE4210930A1 (de) * | 1992-04-02 | 1993-10-07 | Deutsche Aerospace | Verfahren zur Herstellung eines integrierten optischen Strahlteilers |
| US5212758A (en) * | 1992-04-10 | 1993-05-18 | At&T Bell Laboratories | Planar lens and low order array multiplexer |
| US5371818A (en) * | 1993-08-12 | 1994-12-06 | At&T Corp. | Integrated optical circuit and methods for connecting such circuits to glass fibers |
| US5367593A (en) * | 1993-09-03 | 1994-11-22 | Motorola, Inc. | Optical/electrical connector and method of fabrication |
| JPH07140336A (ja) * | 1993-09-22 | 1995-06-02 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 光導波路 |
| KR100217701B1 (ko) * | 1993-12-28 | 1999-09-01 | 구라우치 노리타카 | 광디바이스모듈 및 그 제조방법 |
| SE503905C2 (sv) * | 1994-03-16 | 1996-09-30 | Ericsson Telefon Ab L M | Förfarande för framställning av en optokomponent samt optokomponent |
| SE513183C2 (sv) * | 1994-03-18 | 2000-07-24 | Ericsson Telefon Ab L M | Förfarande för framställning av en optokomponent samt kapslad optokomponent |
| JP3001406B2 (ja) * | 1995-11-09 | 2000-01-24 | 日本電気株式会社 | 光導波路の製造方法 |
| US7058245B2 (en) | 2000-04-04 | 2006-06-06 | Waveguide Solutions, Inc. | Integrated optical circuits |
| DE10045566A1 (de) | 2000-09-14 | 2002-03-28 | Scc Special Comm Cables Gmbh | Optischer Chip und Verfahren zur Herstellung eines strukturverstärkten optischen Chips |
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Citations (1)
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| US4877301A (en) * | 1987-10-09 | 1989-10-31 | Ricoh Company, Ltd. | Covered optical waveguide having an inlet opening |
| US4883743A (en) * | 1988-01-15 | 1989-11-28 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Optical fiber connector assemblies and methods of making the assemblies |
| US4904042A (en) * | 1988-05-03 | 1990-02-27 | American Telephone And Telegraph Company | N×N optical star coupler |
| US4878727A (en) * | 1988-06-30 | 1989-11-07 | Battelle Memorial Institute | Multimode channel waveguide optical coupling devices and methods |
-
1990
- 1990-10-29 US US07/603,646 patent/US5076654A/en not_active Expired - Lifetime
-
1991
- 1991-09-03 CA CA002050558A patent/CA2050558C/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-09-27 JP JP3274909A patent/JPH04264505A/ja active Pending
- 1991-10-17 EP EP91309593A patent/EP0484011B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-17 DE DE69116504T patent/DE69116504T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-10-17 DK DK91309593.1T patent/DK0484011T3/da active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63293509A (ja) * | 1987-05-26 | 1988-11-30 | Matsushita Electric Works Ltd | 光回路板の製法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69116504D1 (de) | 1996-02-29 |
| DE69116504T2 (de) | 1996-08-01 |
| DK0484011T3 (da) | 1996-02-12 |
| US5076654A (en) | 1991-12-31 |
| CA2050558A1 (en) | 1992-04-30 |
| EP0484011A3 (en) | 1993-03-10 |
| EP0484011B1 (en) | 1996-01-17 |
| EP0484011A2 (en) | 1992-05-06 |
| CA2050558C (en) | 1995-03-28 |
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