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JPH053748B2 - - Google Patents
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JPH053748B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH053748B2
JPH053748B2 JP60082633A JP8263385A JPH053748B2 JP H053748 B2 JPH053748 B2 JP H053748B2 JP 60082633 A JP60082633 A JP 60082633A JP 8263385 A JP8263385 A JP 8263385A JP H053748 B2 JPH053748 B2 JP H053748B2
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JP
Japan
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optical
guide
optical waveguide
substrate
film
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Masao Kawachi
Yasubumi Yamada
Mitsuho Yasu
Hiroshi Terui
Morio Kobayashi
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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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受・発光素
子等の能動光素子とを設けた混成光集積回路およ
びその製造方法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a hybrid optical integrated circuit in which an optical waveguide and active optical elements such as receiving and emitting elements are provided on the same substrate, and a method for manufacturing the same. .

[開示の概要] 本発明は、同一基板上に光導波路と受・発光素
子等の能動光素子とを設けた混成光集積回路にお
いて、基板上に凸状に配置された光導波路、光フ
アイバガイド、光素子ガイドおよび電気配線支持
台と、基板上に配置された第1導電膜と、光導波
路、光フアイバガイド、光素子ガイドおよび電気
配線支持台の各上面に相互に絶縁されて配置され
た第2導電膜と、光フアイバガイドおよび光素子
ガイドに沿つてそれぞれ配設された光フアイバお
よび光素子とを具え、給電を必要とする光素子
に、第1および第2導電膜より給電を行うことに
より、光導波路やガイド形成による基板表面の高
低差にとらわれることなく自由に電気配線パター
ンを配置でき、また複数のマスクによるマスク合
わせの工程も不要であるので、製造工程も簡略化
される技術およびその製造方法を開示するもので
ある。
[Summary of the Disclosure] The present invention relates to a hybrid optical integrated circuit in which an optical waveguide and an active optical element such as a receiving/emitting element are provided on the same substrate. , an optical element guide and an electrical wiring support base, a first conductive film disposed on the substrate, and an optical waveguide, an optical fiber guide, an optical element guide, and an electrical wiring support base, each of which is disposed on the upper surface of the optical waveguide, the optical fiber guide, the optical element guide, and the electrical wiring support base so as to be insulated from each other. A second conductive film is provided, and an optical fiber and an optical element are arranged along an optical fiber guide and an optical element guide, respectively, and power is supplied from the first and second conductive films to an optical element that requires power supply. This technology allows electrical wiring patterns to be freely placed without being constrained by differences in height on the substrate surface due to the formation of optical waveguides and guides, and also simplifies the manufacturing process because there is no need for the mask alignment process using multiple masks. and a method for manufacturing the same.

なお、この概要はあくまでも本発明の技術内容
に迅速にアクセスするためにのみ供されるもので
あつて、本発明の技術的範囲および権利解釈に対
しては何の影響も及ぼさないものである。
Note that this summary is provided solely for the purpose of quickly accessing the technical content of the present invention, and does not have any influence on the technical scope of the present invention or the interpretation of rights.

[従来の技術] 低損失な光導波路を形成した基板上に発光素
子、受光素子等の能動光素子を組み込んで混成光
集積回路を実現しようとする試みは古くからなさ
れているが、いずれも原理確認の段階に留まり、
光通信分野等で実用に供し得る混成光集積回路が
供給されるには至つていない。
[Prior Art] Attempts have been made for a long time to realize a hybrid optical integrated circuit by incorporating active optical elements such as a light emitting element and a light receiving element on a substrate on which a low-loss optical waveguide is formed, but all of them have been based on the basic principle. Staying at the confirmation stage,
Hybrid optical integrated circuits that can be put to practical use in the field of optical communications and the like have not yet been provided.

混成光集積回路を構成するには、 (1) 基板上に光導波路を形成する。 To construct a hybrid optical integrated circuit, (1) Form an optical waveguide on the substrate.

(2) 光導波路端の適正位置に能動光素子を配置す
る。
(2) Place the active optical device at the appropriate position at the end of the optical waveguide.

(3) 能動光素子に受給電用の電気配線を施す。(3) Provide electrical wiring for receiving and supplying power to the active optical element.

の工程が必要である。This process is necessary.

本発明者は、先に出願した「導波形光モジユー
ル」(特願昭59−167677号)および「導波形光モ
ジユールおよびその製造方法」(特願昭59−
209080号)において、シリコン基板上に形成した
平面状の石英系光導波膜から光導波路自体および
能動光素子を光導波路端の適正位置に光軸合わせ
するためのガイドを同時に形成する方法を提供し
た。
The present inventor previously applied for ``Waveguided optical module'' (Japanese Patent Application No. 167677-1982) and ``Waveguided optical module and method for manufacturing the same'' (Patent Application No. 59-1982).
209080), provided a method for simultaneously forming an optical waveguide itself and a guide for aligning the optical axis of an active optical element to an appropriate position at the end of the optical waveguide from a planar quartz-based optical waveguide film formed on a silicon substrate. .

このガイド法により、従来、混成光集積回路を
構成する上で大きな障害となつていた光導波路と
能動光素子および入出力光フアイバとの位置合わ
せは大幅に省力化されたが、能動光素子に受給電
するための電気配線は金線を用いた空間的なワイ
ヤリングに頼らざるを得なかつた。この結果、電
気ICに比べて比較的大きなチツプ面積を占有す
る混成光集積回路では、金線の長さが数mm長以上
に及び、機械的振動に対する不安定性など信頼性
に問題があつた。
This guiding method has greatly reduced the labor involved in aligning optical waveguides with active optical elements and input/output optical fibers, which has traditionally been a major obstacle in constructing hybrid optical integrated circuits. Electrical wiring for receiving and supplying power had to rely on spatial wiring using gold wire. As a result, in hybrid optical integrated circuits, which occupy a relatively large chip area compared to electrical ICs, the length of the gold wire is several millimeters or more, and reliability problems such as instability due to mechanical vibration occur.

この欠点を解決するためには、基板上に電気配
線パターンを設けることが考えられるが、光導波
路およびガイドを形成した後の基板表面には数
10μmもの高低差があり、フオトレジストの塗付
など、電気配線パターンを形成するためのフオト
リソグラフイー工程の実施がきわめて困難である
という問題があつた。基板上に光導波膜を形成す
るのに先だち、あらかじめ電気配線パターンを形
成しておくことも考えられるが、石英系光導波膜
のように形成に1200℃以上もの高温を要する場合
には下地のパターンが破壊されてしまうという問
題があつた。
In order to solve this drawback, it is possible to provide an electrical wiring pattern on the substrate, but after forming the optical waveguide and guide, there are several
There was a problem in that the difference in height was as much as 10 μm, making it extremely difficult to perform photolithography processes for forming electrical wiring patterns, such as applying photoresist. It may be possible to form an electrical wiring pattern in advance before forming an optical waveguide film on the substrate, but if the formation requires a high temperature of 1200°C or higher, such as with a quartz-based optical waveguide film, it may be necessary to form an electrical wiring pattern on the substrate. There was a problem that the pattern was destroyed.

[発明が解決しようとする問題点] そこで、本発明の目的は、上述した問題点を解
決し、電気配線パターンをも実用に適するように
構成した混成光集積回路を提供することにある。
[Problems to be Solved by the Invention] Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a hybrid optical integrated circuit in which the electrical wiring pattern is configured to be suitable for practical use.

本発明の他の目的は、上述した問題点を解決
し、電気配線パターンを1枚のフオトマスクによ
り精度良くしかも信頼性高く形成することがで
き、組み立ての作業性を向上することのできる混
合光集積回路の製造方法を提供することにある。
Another object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to form an electrical wiring pattern with high accuracy and reliability using a single photomask, and to improve assembly workability by integrating a mixed optical system. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a circuit.

[問題点を解決するための手段] これら目的を達成するために、本発明の混成光
集積回路は、基板上の光導波路およびガイドのみ
ならず電気配線パターンを基板から絶縁し保持す
る電気配線パターン支持台をも同一の光導波膜を
出発材料として構成する。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve these objects, the hybrid optical integrated circuit of the present invention has an electrical wiring pattern that insulates and holds not only the optical waveguide and guide on the substrate but also the electrical wiring pattern from the substrate. The support base is also constructed using the same optical waveguide film as a starting material.

本発明の製造方法では、光導波路、ガイドおよ
び電気配線パターン支持台を、これらに対応する
パターンを含む1枚のフオトマスクを使用するの
みで同時に形成する。
In the manufacturing method of the present invention, an optical waveguide, a guide, and an electrical wiring pattern support are simultaneously formed using only one photomask containing patterns corresponding thereto.

[作用] 本発明によれば、従来の技術と異なり、光導波
路やガイド形成による基板表面の高低差にとらわ
れることなく自由に電気配線パターンを配置で
き、また複数のマスクによるマスク合わせの工程
も不要であるので、製造工程も簡略化される。
[Function] According to the present invention, unlike conventional techniques, electrical wiring patterns can be freely arranged without being constrained by height differences on the substrate surface due to the formation of optical waveguides and guides, and there is no need for the process of mask alignment using multiple masks. Therefore, the manufacturing process is also simplified.

[実施例] 以下に、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
[Example] The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の混成光集積回路の一実施例を
示し、本例は波長多重通信用の合分波器を構成し
た例である。ここで、1はシリコン(Si)基板、
2は石英系光導波路、3は光フアイバ用ガイド、
4は入出力光フアイバ、5はフイルタ用ガイド、
6は干渉膜フイルタチツプ、7はレーザ用ガイ
ド、8はレーザダイオード、9は微小反射鏡、1
0はアバンシユフオトダイオード(APD)、11
はAPD10用の増幅器チツプ、12a,12b,
12c,12d,12e,12f,12g,12
h,12i,12jは電気配線パターン支持台で
あり、その上面には金属導体がコーテイングされ
電気配線パターンを構成している。Si基板1の空
き面には金属導体膜がコーテイングされて共通電
極面13を構成している。符号14で例示した金
線は電気配線パターンとレーザダイオードとを結
線する短距離の補助配線である。
FIG. 1 shows an embodiment of the hybrid optical integrated circuit of the present invention, and this example is an example in which a multiplexer/demultiplexer for wavelength division multiplexing communication is configured. Here, 1 is a silicon (Si) substrate,
2 is a silica optical waveguide, 3 is an optical fiber guide,
4 is an input/output optical fiber, 5 is a filter guide,
6 is an interference film filter chip, 7 is a laser guide, 8 is a laser diode, 9 is a microreflector, 1
0 is an advanced photodiode (APD), 11
are amplifier chips for APD10, 12a, 12b,
12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12
Reference numerals h, 12i, and 12j are electrical wiring pattern support stands, the upper surfaces of which are coated with metal conductors to form electrical wiring patterns. The vacant surface of the Si substrate 1 is coated with a metal conductor film to constitute a common electrode surface 13. The gold wire illustrated with reference numeral 14 is a short-distance auxiliary wiring that connects the electric wiring pattern and the laser diode.

光フアイバ4は光フアイバ用ガイド3に収容さ
れて固定され、光導波路2の端面と光軸合わせが
されている。レーザダイオード8はレーザ用ガイ
ド7により、光導波路2の端部2aの適正位置に
対応する基板1上にボンデイングされている。干
渉膜フイルタチツプ6はフイルタ用ガイド5によ
り光導波路2と適切な角度をなすよう保持されて
いる。
The optical fiber 4 is housed and fixed in the optical fiber guide 3, and its optical axis is aligned with the end surface of the optical waveguide 2. The laser diode 8 is bonded by a laser guide 7 onto the substrate 1 at a proper position of the end 2a of the optical waveguide 2. The interference film filter chip 6 is held by a filter guide 5 so as to form an appropriate angle with the optical waveguide 2.

微小反射鏡9は光導波路2の他端2bに配置さ
れ、電気配線パターン支持台12a,12bの一
端に設置されるAPD10に光導波路2からの出
射光を進行方向を90°変えて導くためのものであ
る。APD10はその下面に、2個の給電用パツ
ド15aおよび15bを有し、支持台12aおよ
び12b上の導体面に電気的に結合する。支持台
12aおよび12bの一部は微小反射鏡9を設置
するためのガイド、およびAPD10を適正位置
に搭載するためのマーカーの役割も兼ねている。
The micro-reflector 9 is arranged at the other end 2b of the optical waveguide 2, and is used to guide the emitted light from the optical waveguide 2 by changing the traveling direction by 90 degrees to the APD 10 installed at one end of the electrical wiring pattern support stands 12a, 12b. It is something. The APD 10 has two power supply pads 15a and 15b on its lower surface, which are electrically coupled to the conductive surfaces on the supports 12a and 12b. A portion of the support stands 12a and 12b also serves as a guide for installing the micro-reflector 9 and a marker for mounting the APD 10 at a proper position.

第1図においては、増幅器チツプ11と電気配
線パターン12a,12b,12c,12d,1
2e,12f,12gとの結線には、金線による
補助配線を用いているが、増幅器チツプ11が適
切なボンデイング用端子を備えていれば、補助配
線を介することなく直接にこれら電気配線パター
ンと結合できることはもちろである。
In FIG. 1, an amplifier chip 11 and electrical wiring patterns 12a, 12b, 12c, 12d, 1
2e, 12f, and 12g are connected using gold wire auxiliary wiring, but if the amplifier chip 11 is equipped with appropriate bonding terminals, it can be connected directly to these electrical wiring patterns without going through auxiliary wiring. Of course, they can be combined.

第1図において、光導波路2、ガイド3,5,
7、および電気配線パターン支持台12a〜12
jは同一の石英系ガラス膜を出発材料として構成
されている。
In FIG. 1, an optical waveguide 2, guides 3, 5,
7, and electrical wiring pattern support stands 12a to 12
j are constructed using the same quartz-based glass film as a starting material.

第1図の基板全体は適切な容器(第1図では省
略)に収容してパツケージ化することができる。
The entire substrate of FIG. 1 can be packaged in a suitable container (not shown in FIG. 1).

第1図の光合分波器を動作させるには、電気配
線パターン12iと12jとの間にレーザ駆動電
圧を印加してレーザダイオード8を駆動させ、信
号光(波長λ1)を光導波路2に導入する。この信
号光は、干渉膜フイルタチツプ6で反射され、光
フアイバ4へ導かれる。
To operate the optical multiplexer/demultiplexer shown in FIG. Introduce. This signal light is reflected by the interference film filter chip 6 and guided to the optical fiber 4.

他方、光フアイバ4を経由して光導波路2に導
入された信号光(波長λ2)は、干渉膜フイルタチ
ツプ6を透過し、微小反射鏡9で光路変換され
て、APD10へと導かれる。APD10には、増
幅器チツプ11を経由して電気配線パターン12
a,12bによりバイアス電圧が印加されてお
り、信号電圧は増幅器チツプ11で増幅されて電
気配線パターン12c,12dへと出力する。電
気配線パターン12f,12gは、増幅器チツプ
11への電源電圧印加用電気配線パターンであ
る。
On the other hand, the signal light (wavelength λ 2 ) introduced into the optical waveguide 2 via the optical fiber 4 passes through the interference film filter chip 6 , undergoes optical path conversion by the microreflector 9 , and is guided to the APD 10 . An electrical wiring pattern 12 is connected to the APD 10 via an amplifier chip 11.
A bias voltage is applied by terminals a and 12b, and the signal voltage is amplified by an amplifier chip 11 and output to electrical wiring patterns 12c and 12d. The electrical wiring patterns 12f and 12g are electrical wiring patterns for applying a power supply voltage to the amplifier chip 11.

このように、本発明の混成光集積回路では、光
導波路、ガイドおよび電気配線パターン支持台が
同一の石英系ガラス光導波膜を基本として一括構
成されているので、構造的に簡単であり、回路設
計も容易であり、量産化に適している。従来技術
では、パツケージ容器のリード部まで金線による
長距離の結線を必要としていたのに比べて、本発
明では、金線による補助配線を最小限に留めるこ
とができるので、信頼性は大幅に向上した。しか
もまた、電気配線パターンは石英系ガラスによる
支持台12a〜12j上に設けられているので、
Si基板1から電気的に完全に絶縁されており、レ
ーザダイオード駆動信号へのAPD出力信号への
クロストークを抑制するのに有効である。
As described above, in the hybrid optical integrated circuit of the present invention, the optical waveguide, the guide, and the electrical wiring pattern support are collectively constructed based on the same silica-based glass optical waveguide film, so that the structure is simple and the circuit is simple. It is easy to design and suitable for mass production. Compared to the conventional technology, which required long-distance connections using gold wires to reach the leads of the package container, the present invention can minimize the amount of auxiliary wiring using gold wires, greatly improving reliability. Improved. Moreover, since the electrical wiring patterns are provided on the supports 12a to 12j made of quartz glass,
It is electrically completely insulated from the Si substrate 1, and is effective in suppressing crosstalk between the APD output signal and the laser diode drive signal.

第2図A〜Dは、本発明の混成光集積回路の製
造方法の一実施例を示し、第2図Aに示した混成
光回路部分の構成図のAA′線に沿つて切断した断
面について、第2図B,CおよびDに順次の製造
工程を示す。
Figures 2A to 2D show an embodiment of the method for manufacturing a hybrid optical integrated circuit according to the present invention, and are cross-sectional views taken along line AA' of the configuration diagram of the hybrid optical circuit shown in Figure 2A. , FIGS. 2B, C, and D show the sequential manufacturing steps.

第2図Aにおいて、21はSi基板、22は光導
波路、23は光フアイバ用ガイド、24は電気配
線パターン支持台で、その上面には、金属導体膜
が形成されている。
In FIG. 2A, 21 is a Si substrate, 22 is an optical waveguide, 23 is an optical fiber guide, and 24 is an electric wiring pattern support, on the upper surface of which a metal conductor film is formed.

このような混成光集積回路を製造するには、第
2図Bに示すように、まず、Si基板21上に石英
系ガラス膜25を形成する。この石英系ガラス膜
25は、バツフア層25A(15μm厚)、コア層2
5B(45μm厚)およびクラツド層25C(10μm
厚)の3層構造から成つている。石英系ガラス膜
の全体厚が70μm程度と厚いため、その形成には
スートプロセスを用いるのが好適である。すなわ
ち、Si基板21上に、SiCl4を主成分とするガラ
ス形成原料ガスの火炎加水分解反応により合成し
たガラス微粒子を堆積させ、しかる後、電気炉で
1300℃程度に加熱することによりガラス微粒子を
焼結して透明ガラス化し、もつてガラス膜25を
形成する。ここで、ガラス微粒子の堆積時にガラ
ス形成原料ガス中のドーパント濃度を時間的に変
化させることにより、上述の3層構造を実現する
ことができる。この3層構造の石英系ガラス膜は
光導波膜として作用する。
To manufacture such a hybrid optical integrated circuit, as shown in FIG. 2B, first, a silica-based glass film 25 is formed on a Si substrate 21. This quartz-based glass film 25 includes a buffer layer 25A (15 μm thick), a core layer 2
5B (45 μm thick) and cladding layer 25C (10 μm thick)
It consists of a three-layer structure (thickness). Since the total thickness of the quartz-based glass film is as thick as approximately 70 μm, it is preferable to use a soot process for its formation. That is, glass fine particles synthesized by a flame hydrolysis reaction of a glass-forming raw material gas containing SiCl4 as a main component are deposited on the Si substrate 21, and then heated in an electric furnace.
By heating to about 1300° C., the glass particles are sintered and made into transparent glass, thereby forming the glass film 25. Here, the above-mentioned three-layer structure can be realized by temporally changing the dopant concentration in the glass-forming raw material gas during deposition of glass fine particles. This three-layered quartz-based glass film acts as an optical waveguide film.

次に、反応性イオンエツチングを利用したフオ
トリソグラフイ工程により、石英系ガラス膜25
の不要部分を除去して第2図Cに示すように、光
導波路22、光フアイバ用ガイド23および電気
配線パターン支持台24を形成する。反応性イオ
ンエツチング後の光導波路22などの側面はほぼ
垂直である。
Next, the quartz-based glass film 25 is etched by a photolithography process using reactive ion etching.
By removing unnecessary portions, an optical waveguide 22, an optical fiber guide 23, and an electrical wiring pattern support 24 are formed as shown in FIG. 2C. The side surfaces of the optical waveguide 22 and the like after reactive ion etching are approximately vertical.

なお、光導波路22の側面には、必要に応じて
側面クラツドを形成してもよい。この場合、スパ
ツタリング法やCVD法、プラズマCVD法等の手
段によりSiO2ガラス膜を厚さ数μm程度堆積す
ることが有効である。
Incidentally, a side cladding may be formed on the side surface of the optical waveguide 22 if necessary. In this case, it is effective to deposit a SiO 2 glass film to a thickness of about several μm by means such as sputtering, CVD, or plasma CVD.

側面以外のシリコン基板面に付着したSiO2
ラス膜は、フツ素系ガスを用いた反応性イオンエ
ツチングを短時間施すことにより選択的に除去し
ておくことが、後の工程で装着するレーザダイオ
ード等に対する効率的なヒートシンク作用をシリ
コン基板に期待する場合には望ましい。
It is recommended to selectively remove the SiO 2 glass film attached to the silicon substrate surface other than the side surfaces by performing reactive ion etching using fluorine-based gas for a short period of time. This is desirable when the silicon substrate is expected to have an efficient heat sink effect for the like.

次に、第2図Dに示すように、基板21の上面
から金属導体材料としてAl・Au複合膜を真空蒸
着し、電気配線パターン26および共通電極面2
7を形成する。光導波路22や支持台24の側面
にわずかに付着した金属導体材料は、金属エツチ
ング液に基板を短時間ひたすことにより除去する
ことができる。
Next, as shown in FIG. 2D, an Al/Au composite film is vacuum-deposited as a metal conductor material from the upper surface of the substrate 21 to form an electrical wiring pattern 26 and a common electrode surface 2.
form 7. The metal conductor material slightly attached to the side surfaces of the optical waveguide 22 and the support base 24 can be removed by immersing the substrate in a metal etching solution for a short time.

なお、金属導体材料は支持台24上面のみなら
ず、光導波路22の上面、ガイド23の上面にも
形成されるが、実用上、支障はなく、光導波路2
2あるいはガイド23に電気配線パターン支持台
24の一部を兼ねさせることも可能である。
Note that the metal conductor material is formed not only on the upper surface of the support base 24 but also on the upper surface of the optical waveguide 22 and the upper surface of the guide 23, but this does not pose a practical problem and the optical waveguide 2
2 or the guide 23 may also serve as a part of the electrical wiring pattern support base 24.

第2図Dの工程終了後、光フアイバやレーザダ
イオード等をガイド23に案内された適切位置に
配置し、必要に応じて、金線による補助配線を施
し、最終的に容器に収容することにより、本発明
の混成光集積回路の製造を完了する。
After the process shown in FIG. 2D is completed, the optical fibers, laser diodes, etc. are placed in appropriate positions guided by the guide 23, auxiliary wiring is provided with gold wire as necessary, and finally the device is placed in a container. , completes the fabrication of the hybrid optical integrated circuit of the present invention.

以上のような本発明混成光集積回路を容器に収
容するのに際しては、混成光集積回路の上面を、
シリコーン樹脂やシリコーン接合剤などの低屈折
率樹脂で覆つておくことが光フアイバ接続部およ
び干渉膜フイルタチツプ挿入部でのフレネル反射
防止のために好適である。これによれば、光導波
路の側面の微小な凹凸による光損失の増加を防止
する効果もある。
When housing the hybrid optical integrated circuit of the present invention as described above in a container, the upper surface of the hybrid optical integrated circuit is
Covering with a low refractive index resin such as silicone resin or silicone bonding agent is suitable for preventing Fresnel reflection at the optical fiber connection portion and the insertion portion of the interference film filter chip. This also has the effect of preventing an increase in optical loss due to minute irregularities on the side surface of the optical waveguide.

実際、SiO2ガラスと整合した屈折率を有する
シリコーン接合剤でモールドした場合、光導波路
の光損失は、波長1.3μmにおいて0.5dB/cm(側
面が露出している場合)から0.1dB/cmへと減少
した。
In fact, when molded with a silicone bonding agent with a refractive index matched to SiO 2 glass, the optical loss of the optical waveguide decreases from 0.5 dB/cm (with exposed sides) to 0.1 dB/cm at a wavelength of 1.3 μm. and decreased.

光導波路の光損失をより積極的に低減させるた
めには、第2図の工程において、反応性イオンエ
ツチング終了後に、金属導体材料の真空蒸着に先
だつて光導波路23側面に数μm厚のSiO2ガラ
ス膜(側面クラツド層)を形成する工程を追加す
ることによつて、本発明混成光集積回路をシリコ
ーン樹脂やシリコーン接合剤以外の高屈折率樹脂
(たとえばエポキシ樹脂など)中に収容すること
も可能となる。
In order to more actively reduce the optical loss of the optical waveguide, in the step shown in FIG. 2, after the reactive ion etching is completed, a few micrometers of SiO 2 is deposited on the side surface of the optical waveguide 23 before the vacuum deposition of the metal conductor material. By adding a step of forming a glass film (side cladding layer), the hybrid optical integrated circuit of the present invention can be housed in a high refractive index resin (such as an epoxy resin) other than silicone resin or silicone bonding agent. It becomes possible.

このような側面クラツド層を形成するために
は、第2図Cの工程において、反応性イオンエツ
チング終了後に基板21の上面全体に、石英ガラ
ス板をターゲツトとする高周波スパツタリングあ
るいはシランガス(SiH4)を原料とするCVD法
やプラズマCVD法により数μm厚のSiO2膜を形
成した後、短時間の反応性イオンエツチングによ
り、光導波路などの側面部に堆積したSiO2膜部
のみを残して、基板面上の不要のSiO2膜を除去
する方法を用いることができる。
In order to form such a side cladding layer, in the process shown in FIG. 2C, after the reactive ion etching is completed, high frequency sputtering or silane gas (SiH 4 ) is applied to the entire upper surface of the substrate 21 targeting the quartz glass plate. After forming a SiO 2 film with a thickness of several μm using the CVD method or plasma CVD method as a raw material, reactive ion etching is performed for a short time to remove the SiO 2 film deposited on the side surfaces of optical waveguides, etc. A method of removing unnecessary SiO 2 film on the surface can be used.

シリコン基板21面上に不要のSiO2膜を残し
ておくと、後の工程でレーザダイオード等を基板
面にボンデイングする際に障害となり、望ましく
ない。これは、SiO2膜がシリコ基板のヒートシ
ンク作用を妨げるからである。反応性イオンエツ
チングは、イオン照射の方向により、エツチング
の異方性が高いので、エツチング工程で基板の設
置方向を制御することにより、選択的に光導波路
側面のSiO2膜を残すことができる。
Leaving an unnecessary SiO 2 film on the surface of the silicon substrate 21 is undesirable because it becomes an obstacle when bonding a laser diode or the like to the substrate surface in a later step. This is because the SiO 2 film interferes with the heat sink effect of the silicon substrate. Since reactive ion etching has high etching anisotropy depending on the direction of ion irradiation, by controlling the direction in which the substrate is placed during the etching process, it is possible to selectively leave the SiO 2 film on the side surface of the optical waveguide.

なお、光フアイバ用ガイド23の側面にも、光
導波路22の側面と同様にSiO2膜が形成される
ので、かかるガイド23の間隔を、SiO2膜の厚
さを見込んで設計しておく必要があることはもち
ろんである。
Incidentally, since a SiO 2 film is formed on the side surface of the optical fiber guide 23 as well as on the side surface of the optical waveguide 22, it is necessary to design the interval between the guides 23 taking into account the thickness of the SiO 2 film. Of course there is.

SiO2の厚さが1μm以下の場合には、側面クラ
ツド作用が不充分であり、光電界が側面クラツド
層外部にまで広がつているので、エポキシ樹脂な
どの高屈折率樹脂によるモールドは望ましくな
い。その理由は、光導波路中の伝搬光が、薄すぎ
る側面クラツド層を通過して、樹脂部へ移行して
しまうからである。逆に、SiO2膜の厚さが10μm
を越えることは、SiO2膜にひび割れが発生し易
い、ガイド部の寸法変化が激しくなり見込み設計
が困難になる。反応性イオンエツチングによる不
要SiO2膜の選択的除去が困難になる等の理由で
不適当である。実験的に求めた必要かつ最小限の
SiO2膜厚は、2μm程度であつた。実際に、石英
ガラス板をターゲツトとして、高周波スパツタリ
ング法により側面クラツド層として厚さ2μmの
SiO2膜を形成した光導波路の光損失は、波長1.3μ
mにおいて0.1dB/cm以下であり、エポキシ樹脂
でモールドしても何らの光伝搬損失増を示さなか
つた。
If the thickness of SiO 2 is less than 1 μm, the side cladding effect is insufficient and the optical electric field spreads to the outside of the side cladding layer, so molding with high refractive index resin such as epoxy resin is not desirable. . The reason for this is that the light propagating in the optical waveguide passes through the side cladding layer, which is too thin, and transfers to the resin portion. Conversely, the thickness of the SiO 2 film is 10 μm.
Exceeding this value tends to cause cracks in the SiO 2 film, and the dimensional changes of the guide portion become drastic, making prospective design difficult. This method is unsuitable because it becomes difficult to selectively remove the unnecessary SiO 2 film by reactive ion etching. Necessary and minimum amount determined experimentally
The SiO 2 film thickness was approximately 2 μm. In fact, using a quartz glass plate as a target, a 2 μm thick layer was formed as a side cladding layer using the high frequency sputtering method.
The optical loss of an optical waveguide formed with a SiO 2 film is 1.3μ at a wavelength of
The optical propagation loss was 0.1 dB/cm or less at m, and no increase in optical propagation loss was observed even when molded with epoxy resin.

以上の実施例に示した製造方法においては、光
導波路22、ガイド23および電気配線パターン
支持台24を1枚のフオトマスクパターンのみを
用いて同時に形成することができ、また電気配線
パターン26の形成もその後の真空蒸着という簡
便なプロセスで一括して形成できるので、信頼性
および経済性とも大幅に改善される。
In the manufacturing method shown in the above embodiment, the optical waveguide 22, the guide 23, and the electrical wiring pattern support 24 can be formed simultaneously using only one photomask pattern, and the electrical wiring pattern 26 can be formed simultaneously. Since it can be formed all at once by a simple process of subsequent vacuum evaporation, both reliability and economical efficiency are greatly improved.

以上、本発明の構成、作用をSi基板上の石英系
光導波路を例にとつて説明してきたが、本発明は
その他の基板材料や光導波路材料を用いた混成光
集積回路の構成や製造にも適用できることもちろ
んである。
Although the structure and operation of the present invention have been explained above using a quartz-based optical waveguide on a Si substrate as an example, the present invention can also be applied to the structure and manufacture of hybrid optical integrated circuits using other substrate materials and optical waveguide materials. Of course, it can also be applied.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、基板上
に光導波路および光フアイバや能動光素子を設置
するためのガイドに加えて、電気配線パターンを
1枚のフオトマスクにより精度良く、形成するこ
とができるので、組み立ての作業性が向上すると
ともに信頼性が改善され、実用的な混成光集積回
路の実現が可能となる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, in addition to a guide for installing optical waveguides, optical fibers, and active optical elements on a substrate, electrical wiring patterns can be accurately formed using a single photomask. , which improves assembly workability and reliability, making it possible to realize a practical hybrid optical integrated circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例としての光合分波器
の構成を示す斜視図、第2図Aは本発明の製造方
法により得られた混成光集積回路の一例を示す斜
視図、第2図B〜Dはその製造方法の工程の一例
を示す断面図である。 1……基板、2……光導波路、3……光フアイ
バ用ガイド、4……光フアイバ、5……フイルタ
用ガイド、6……干渉膜フイルタチツプ、7……
レーザ用ガイド、8……レーザダイオード、9…
…微小反射鏡、10……アバランシエホトダイオ
ード、11……増幅器チツプ、12a,12b,
12c,12d,12e,12f,12g,12
h,12i,12j……電気配線パターンおよび
支持台、13……共通電極面、14……補助配線
(金線)、21……基板、22……光導波路、23
……光フアイバ用ガイド、24……電気配線パタ
ーン支持台、25……石英系ガラス膜、25A…
…バツフア層、25B……コア層、25C……ク
ラツド層、26……電気配線パターン、27……
共通電極面。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of an optical multiplexer/demultiplexer as an embodiment of the present invention, FIG. 2A is a perspective view showing an example of a hybrid optical integrated circuit obtained by the manufacturing method of the present invention, and FIG. Figures B to D are cross-sectional views showing an example of the steps of the manufacturing method. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Substrate, 2... Optical waveguide, 3... Optical fiber guide, 4... Optical fiber, 5... Filter guide, 6... Interference film filter chip, 7...
Laser guide, 8... Laser diode, 9...
...Microreflector, 10...Avalanche photodiode, 11...Amplifier chip, 12a, 12b,
12c, 12d, 12e, 12f, 12g, 12
h, 12i, 12j...Electric wiring pattern and support stand, 13...Common electrode surface, 14...Auxiliary wiring (gold wire), 21...Substrate, 22...Optical waveguide, 23
...Optical fiber guide, 24...Electric wiring pattern support stand, 25...Quartz-based glass film, 25A...
...Buffer layer, 25B... Core layer, 25C... Clad layer, 26... Electrical wiring pattern, 27...
Common electrode surface.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基板上に同一部材により形成され、ほぼ等し
い高さの凸状に配置された光導波路、光フアイバ
ガイド、光素子ガイドおよび電気配線支持台と、 前記基板上に配置された第1導電膜と、 少なくとも前記電気配線支持台の上面に前記第
1導電膜に絶縁されて配置された第2導電膜と、 前記光フアイバガイドおよび前記光素子ガイド
に沿つてそれぞれ配設された光フアイバおよび光
素子と を具え、給電を必要とする光素子に、前記第1お
よび第2導電膜より給電を行うことを特徴とする
混成光集積回路。 2 基板上に、光導波膜を形成する工程と、 該導波膜をエツチングして凸状の光導波路、光
フアイバガイド、光素子ガイドおよび電気配線支
持台を形成する工程と、 前記基板の上および少なくとも前記電気配線支
持台の上面に導電膜を形成する工程と、 前記光フアイバガイドおよび前記光素子ガイド
に沿つて前記光フアイバおよび前記光素子をそれ
ぞれ配設する工程と、 給電を必要とする光素子に、前記導電膜を介し
ての給電路を形成する工程と を具えたことを特徴とする混成光集積回路の製造
方法。 3 基板上に光導波路を形成し、該光導波路に能
動光素子を結合して混成光集積回路を製造するに
あたり、 前記基板上に光導波膜を形成する工程と、 該光導波膜をエツチングすることにより、前記
光導波路と、該光導波路に対して光フアイバおよ
び能動光素子を位置決めするガイドと、前記能動
光素子に受給電するための電気配線パターン支持
台とを同時に形成する工程と、 前記電気配線パターン支持台上に導体膜をコー
テイングする工程と、 前記ガイドに前記光フアイバおよび前記能動光
素子を固定する工程と を具えたことを特徴とする混成光集積回路の製造
方法。 4 前記基板をシリコン基板となし、該シリコン
基板上に石英系光導波膜を形成した後、反応性イ
オンエツチングにより前記光導波路、前記ガイド
および前記電気配線パターン支持台を形成するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の混成
光集積回路の製造方法。
[Scope of Claims] 1. An optical waveguide, an optical fiber guide, an optical element guide, and an electrical wiring support, which are formed of the same member on a substrate and arranged in a convex shape with approximately equal height; a first conductive film disposed on at least the upper surface of the electrical wiring support and insulated from the first conductive film; and a second conductive film disposed along the optical fiber guide and the optical element guide, respectively. 1. A hybrid optical integrated circuit comprising an optical fiber and an optical element, wherein power is supplied from the first and second conductive films to the optical element that requires power supply. 2. A step of forming an optical waveguide film on the substrate; a step of etching the waveguide film to form a convex optical waveguide, an optical fiber guide, an optical element guide, and an electrical wiring support; and a step of forming a conductive film on at least the upper surface of the electrical wiring support, a step of arranging the optical fiber and the optical element along the optical fiber guide and the optical element guide, respectively, and requiring power supply. A method for manufacturing a hybrid optical integrated circuit, comprising the step of forming a power supply path through the conductive film in an optical element. 3. In manufacturing a hybrid optical integrated circuit by forming an optical waveguide on a substrate and coupling an active optical element to the optical waveguide, the steps include: forming an optical waveguide film on the substrate; and etching the optical waveguide film. Thereby, the step of simultaneously forming the optical waveguide, a guide for positioning the optical fiber and the active optical element with respect to the optical waveguide, and an electric wiring pattern support for receiving and supplying power to the active optical element; A method for manufacturing a hybrid optical integrated circuit, comprising the steps of: coating a conductor film on an electrical wiring pattern support; and fixing the optical fiber and the active optical element to the guide. 4. The substrate is a silicon substrate, and after forming a quartz-based optical waveguide film on the silicon substrate, the optical waveguide, the guide, and the electrical wiring pattern support are formed by reactive ion etching. A method for manufacturing a hybrid optical integrated circuit according to claim 3.
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