專利名稱：平面光波線路及其制作方法和光波導裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種平面光波線路，其在襯底上具有光波導部件和光學元件安裝部件等。在下文中"平面光波線路"簡稱為PLC。
技術背景作為光學接入行業(yè)的市場上使用的光學收發(fā)器，有設置有LD (激光 二極管)、PD (光電二極管)、薄膜濾波器、透鏡等的微光學器件型模 塊，和通過在硅襯底上制作石英波導并在其表面安裝LD、 PD等而構成的 PLC模塊。這兩種類型都有優(yōu)點和缺點。但是，因為后者在監(jiān)視光輸出的 時候不需要調(diào)整光軸，因此其在成本和運輸方面很有利。用在后一種PLC 模塊中的安裝方法通常被稱作被動對準封裝。使用被動對準封裝，通過用 紅外線對對準標記進行圖像識別可以確保關于水平方向相對于波導芯片的 定位精確度。通過被稱為基座(pedestal)的塊可以確保關于垂直方向的精 確度。高精度地設置基座的高度，因此可能通過簡單地將光學組件安裝到 基座上使光學組件與光波導對準。最后，將這些組件都通過焊接等固定。 日本登記專利公布No. 2823044 (專利文件l)公開了這種結構的例子。在 下文中，關于專利文件1的技術將會作為相關技術描述。圖7是根據(jù)相關技術的光波導裝置封裝前的詳細透視圖。以下將參考 此附圖提供說明。根據(jù)相關技術的光波導裝置70有PLC 71和安裝到PLC 71上的LD 72。 PLC 71包括光波導部件80，其具有形成在硅襯底73的一部分上的 下部包層81、芯層84和上部包層82;光學元件安裝部件90，用于在硅襯 底73上安裝LD 72，其中LD 72通過光波導端面87光學地耦合。上部包 層82設置有用于覆蓋芯層84的包埋層(embedding layer) 85和疊加在包 埋層85之上的包層86。光波導部件80在硅襯底73上形成有二氧化硅薄膜。在光學元件安裝 部件90上，硅襯底73上的部分二氧化硅薄膜被除去，并且形成了用于裝 載LD 72的基座91-94以及對準標記95、 96。基座91-94的高度設計使得 當LD 72安裝到其上時，LD 72的有源層74符合光波導部件80的芯層84 的高度。同時，使用對準標記95和96調(diào)節(jié)平面方向。以圓柱形形成這些 對準標記95和96并且其上表面覆蓋金屬薄膜。基于芯層84的位置高精確 度地調(diào)節(jié)對準標記95和96上表面的圓心。此外，形成有如圓環(huán)切削模的 金屬式樣的對準標記75和76同樣形成在LD 72的背面(外側(epi-side) 表面)上。根據(jù)有源層74的位置高精確度地調(diào)節(jié)對準標記75和76上表面 的圓心。通過從硅襯底73的背面?zhèn)劝l(fā)射出紅外線并從上方通過CCD (電 荷耦合器件)監(jiān)視透射光，使對準標記95、 96與對準標記75、 76相互重 疊。因為僅在金屬部件處屏蔽紅外線，所以可以產(chǎn)生LD 72與PLC 71之 間的標記圖像。PLC 71側的對準標記75、 76的位置與LD 72側的對準標 記95、 96的位置分別相對于芯層84和有源層74被高精確度的確定。因 此，可以通過在兩個標記的圓心相互匹配的位置裝載LD 72使平面方向的 光軸對準。圖8為圖7的光波導裝置封裝之后的截面圖。在下文中將會參考圖7 和圖8描述相關技術的要點。通常地，LD72通過光波導端面87與PLC71耦合，光波導端面87是 通過RIE (反應離子蝕刻)形成的。此時，在平行于硅襯底73蝕刻出來的 表面與通過蝕刻逐漸形成的光波導端面87間的交叉點的鄰近區(qū)域趨向于 有低的壓力。因此，蝕刻氣體不能揮發(fā)并趨向于停留在哪里。結果，反應 產(chǎn)物膜(例如碳氟聚合物膜)變得容易產(chǎn)生，因此下部包層81的端面81a 形成為斜面。以這種方式形成的光波導端面87最后變?yōu)橛休p微傾斜的形 狀(下部變的突出)。由于以下原因，這種趨勢變得更加顯著。 一般地，幾乎沒有實施摻雜 的純薄膜(例如，NSG:無摻雜硅酸鹽玻璃)被用于下部包層81，并且在 較高的溫度(大約1000攝氏度)實施熱處理。這是因為有必要將上部包 層82形成為有足夠高的軟化點的膜，使得在形成下部包層81之后為形成
芯層84和上部包層82而實施熱處理時，芯層84等不會滲入下部包層 81。同時，上部包層82需要為有相對低的軟化溫度的薄膜，以便沒有空 隙地包埋形成的芯層84。因此，使用了摻有雜質(zhì)的薄膜(例如，BPSG: 硼磷硅玻璃)，并且在相對低的溫度(850攝氏度)實施熱處理。一般地，對薄膜實施的這些熱處理的溫度之間的關系與通過RIE等在 薄膜上執(zhí)行干法蝕刻的蝕刻速率之間的關系是一致的。就是說，以更高溫 度進行了熱處理的薄膜變?yōu)橛形⒕?miimte crystalline)結構，因此變得更難 以被干法蝕刻。就是說，通過RIE對于下部包層81的蝕刻速率變得比對 于上部包層82和芯層84的蝕刻速率更慢。結果，下部包層81的端面81a 的蝕刻時間延長了，因此更容易受反應產(chǎn)物薄膜的影響。因此，相比于比 上部包層82和芯層84的蝕刻面，下部包層81的端面81a趨向于有更大的 傾斜。以這種方式形成的光波導端面87不是完美地垂直于硅襯底73。更確 切地說，光波導端面87的上部包層82的部分是幾乎垂直的，但是下部包 層部分81變的稍微地傾斜。同時，LD72的光發(fā)射端面77為平的，并且 以幾乎垂直于硅襯底73的形式耦合于光波導端面87。就是說，即使試圖 通過盡量抑制它們之間的縫隙來試圖讓二者相互匹配以達到增加光學耦合 效率的目的，但是LD72首先與下部包層部分81的端面81a的斜面接觸。 因此，在它們之間產(chǎn)生了縫隙D，因此這兩個端面不能夠比縫隙D靠得更 近了。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的示例性實施例提供了一種PLC等，其能夠通過將光學元件與 光波導部件沒有縫隙地耦合改進光學耦合效率。根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的PLC包括光波導部件，具有形成在襯底 的一部分上的下部包層，芯層和上部包層；和光學元件安裝部件，用于在 所述襯底上安裝光學地耦合于所述光波導部件的端面的光學元件。在所述 光波導部件的端面，下部包層的端面相對于所述芯層的端面和所述上部包 層的端面向遠離所述光學元件的方向凹陷。
根據(jù)本發(fā)明另一個示例性實施例的光波導裝置包括根據(jù)本發(fā)明的PLC和安裝到所述PLC上的光學元件。根據(jù)本發(fā)明另一個示例性方面的PLC制作方法為一種制作PLC的方 法，所述PLC包括光波導部件，其具有形成在襯底的一部分上的下部包 層，芯層和上部包層；和光學元件安裝部件，用于在所述襯底上安裝光學 地耦合于所述光波導部件的端面的光學元件。根據(jù)本發(fā)明的PLC制作方法包括第一步驟，在所述襯底上層疊所述下部包層、所述芯層和所述上部包層；第二步驟，通過使用各向異性蝕刻除去在所述襯底的一部分上形成 的所述下部包層、所述芯層和所述上部包層以形成所述光波導部件和所述 光學元件安裝部件；和第三步驟，通過使用蝕刻劑對所述光波導部件的端 面執(zhí)行濕法蝕刻以使得所述下部包層的端面相對于所述芯層的端面和所述 上部包層的端面向遠離所述光學元件的方向凹陷，其中所述蝕刻劑對于所 述下部包層比對于所述芯層和所述上部包層表現(xiàn)出更大蝕刻速率。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的光波導裝置的第一示例性實施例封裝前的詳 細透視圖；圖2是圖1的光波導裝置封裝后的截面圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的PLC的制作方法的第一示例性實施例的第一截 面圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的PLC的制作方法的第一示例性實施例的第二截 面圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的光波導裝置的第二示例性實施例封裝前的詳 細透視圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的光波導裝置的第三示例性實施例封裝前的詳 細透視圖；圖7是示出根據(jù)相關技術的光波導裝置封裝前的詳細透視圖； 圖8是示出圖7的光波導裝置封裝之后的截面圖。
具體實施方式
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的光波導裝置的示例性實施例封裝前的詳細透 視圖。圖2為圖1的光波導裝置封裝后的截面圖。以下將會參考圖1和圖2進行說明。相同的參考標號被用在與圖7和圖8中的元件相同的元件 上，而省略對其的解釋。根據(jù)此示例性實施例的光波導裝置IO包括示例性實施例的PLC 11和 作為安裝到PLC 11上的光學元件的LD72。 PLC 11包括光波導部件20和 光學元件安裝部件90。光波導部件20有形成在作為襯底的硅襯底73的一 部分上的下部包層21、芯層24和上部包層22。光學元件安裝部件90有 裝載在硅襯底73上的LD 72，其中LD 72光學地耦合于作為光波導20的 端面的光波導端面27。在光波導端面27，下部包層21的端面21a相對于 芯層24的端面24a和上部包層22的端面22a向遠離LD 72的方向凹陷。 上部包層22設置有覆蓋芯層24的包埋層25和重疊在包埋層25上的包層 26。下面，將要描述根據(jù)示例性實施例的PLC 11和光波導裝置10的功能 和效果。在光波導端面27，下部包層21的端面21a相對于芯層24的端面 24a和上部包層22的端面22a向遠離LD 72的方向凹陷。因此，當通過使 LD 72靠近光波導端面27以安裝LD 72時，LD 72不會首先接觸下部包層 21的端面21a。因此，如圖2所示，LD 72可以沒有縫隙地與光波導部件 20耦合，因此，可以改善光學耦合效率。圖3和圖4是示出圖1中示出的PLC的制作方法的第一示例性實施例 的截面圖。此示例性實施例為制作圖1中示出的PLC的方法。因此，在下 文中將參考圖1到圖4提供解釋。此示例性實施例為制作圖1中示出的PLC的方法。PLC 11包括光波 導部件20和光學元件安裝部件90。光波導部件20有形成在硅襯底73的 一部分上的下部包層21、芯層24和上部包層22。光學元件安裝部件90 有裝載到硅襯底73上的LD72， LD72光學地耦合于光波導端面27。在光 波導端面27，下部包層21的端面21a相對于芯層24的端面24a和上部包 層22的端面22a向遠離LD 72的方向凹陷。
根據(jù)此示例性實施例的制作方法，其特征為包括以下描述的第一步驟、第二步驟和第三步驟。在第一步驟中，將下部包層21、芯層24和上 部包層22分別層疊在硅襯底73上(圖3中的步驟A、 B和C)。在第二 步驟中，通過使用各向異性干法蝕刻將硅襯底73上的下部包層21、芯層 24和上部包層22的一部分除去，以形成光波導部件20和光學元件安裝部 件90 (圖3中的步驟D和圖4中的步驟E)。在第三步驟中，通過使用蝕 刻劑對光波導端面27實施濕法蝕刻，其中蝕刻劑對下部包層21表現(xiàn)出相 比于對芯層24和上部包層22更大的蝕刻速率，以便使得下部包層21的端 面21a相對于芯層24的端面24a和上部包層22的端面22a向遠離LD 72 的方向凹陷(圖4中步驟F)。當在第二步驟中通過使用各向異性干法蝕刻將下部包層21、芯層24 和上部包層22除去時，在平行于硅襯底蝕刻出來的表面與通過蝕刻逐漸 形成的光波導端面87間的交叉點的鄰近區(qū)域趨向于有低的壓力。因此， 蝕刻氣體不能揮發(fā)并趨向于停留在那里。結果，反應產(chǎn)物薄膜很容易形成 在由蝕刻最后出現(xiàn)的下部包層的端面21a上，因此端面21a形成為斜面。 一般地，微晶薄膜(miimtefilm)被用作下部包層21，以使芯層24不會滲 入。因此，其干法蝕刻速率慢。這幫助下部包層21的端面21a的斜面形狀 形成。就是說，下部包層21的端面21a相對于芯層24和上部包層22的端 面向接近LD 72的方向突出。因此，在第三步驟中，通過使用蝕刻劑對光波導端面27實施濕法蝕 刻，其中蝕刻劑對下部包層21表現(xiàn)出相比于對芯層24和上部包層22更大 的蝕刻速率。通過這樣，下部包層21的端面21a變得比芯層24的端面 24a和上部包層22的端面22a向遠離LD 72的方向更加凹陷。因此，當通 過將LD 72靠近光波導端面27以安裝LD 72時，LD 72不會首先與下層包 層21的端面21a接觸(圖4中的步驟G)。因此，可以沒有縫隙地耦合 LD72與光波導部件20，因此可以提高光學耦合效率。下面，將會描述示例性實施例的功能。接下來，基于氫氟酸的水溶液 被統(tǒng)稱作"氫氟酸"。構造光波導部件20的硅薄膜可以由氫氟酸蝕刻。摻雜硼的二氧化硅 薄膜表現(xiàn)出對氫氟酸的高蝕刻抗性，也就是說，其很難被蝕刻。當比較BPSG與NSG時，NSG比BPSG蝕刻得更快。此蝕刻速率比(蝕刻選擇 比)取決于硼的含量和薄膜的熱處理溫度變化。但是， 一般地，BPSG不 會比NSG蝕刻得更快。當將光波導端面27浸入基于氫氟酸的蝕刻劑時，這也能被觀察到。 就是說，在被浸入蝕刻劑之前，下部包層21相對于上部包層22突出。但 是，在被浸入蝕刻劑一段給定時間或更長時間之后，上部包層22變得相 對于下部包層21突出。通過這樣，當將LD 72的光發(fā)射端面與光波導端 面27相配時，下部包層21不會變成障礙，因此二者能夠沒有縫隙地相互親合。圖1和圖2是示出由被動對準封裝制作的光波導裝置10的示意圖。為 了方便，附圖中的芯層24被描繪為簡單的直波導。但是，在實際中，它 被不同地設計以能夠?qū)崿F(xiàn)各種功能。圖1是示出LD 72安裝到PLC 11之 前的示意圖，圖2為封裝后沿芯層24取的截面圖。如圖4中步驟E所 示，如上所述光波導端面27不能完美地垂直于硅襯底73，并且其處于下 部包層21側比上部包層22側更突出的斜面形狀。因此，不能在這種狀態(tài) 下沒有縫隙地將LD 72的光發(fā)射端面77完全地耦合于光波導端面27。因此，由氫氟酸蝕刻的速率比下部包層21更慢的薄膜被用做上部包 層22，并且在光波導端面27暴露之后被浸入氫氟酸中。通過這樣，可以 如圖4中的步驟F所示選擇性地蝕刻下部包層21側。結果，至少在有源 層74的暴露端面和芯層24的暴露端面，LD 72的光發(fā)射端面77和光波導 端面27可以被沒有縫隙地耦合。首先，對A到F的每個步驟詳細描述。在下文中，以氫氟酸緩沖液作 為執(zhí)行濕法蝕刻的優(yōu)選蝕刻劑而反應離子蝕刻作為優(yōu)選的各向異性干法蝕 刻方法來進行說明。但是，只要能達到相同效果，蝕刻劑和蝕刻類型不限 于這些。 (步驟A)首先，通過與典型的光波導制作方法相同的工序，在硅襯底73上形 成下部包層21，之后在其上形成芯層24，并且通過光刻和RIE將芯層24
處理為指定的形狀。其后，沉積用于包埋處理過的芯層24的包埋層25， 并且經(jīng)退火將芯層24包埋起來。這里注意，有相對高軟化點的NSG薄膜 被用做下部包層21，使得在退火時芯層24不會滲入。同樣，有相對高軟 化點的SiON薄膜被用做芯層24，使它不會因為退火而變形。同時，包埋 層25需要具有回流特性，因此有低軟化點的BPSG薄膜被用做包埋層。 (步驟B)隨后，通過光刻形成光刻膠薄膜28，并且通過RIE在LD72將要裝載 的部分去除下部包層21和包埋層25。這里，預先設計芯層24以使其不會 到達由除去而暴露的端面。 (步驟C)之后，形成上部包層22的包層26。與包埋層25相同的BPSG薄膜也 被用于包層26。該包層26最終還用作基座91到94，從而唯一地確定薄 膜厚度。就是說，膜厚度被確定為，當LD 72被安裝到基座91到94上 時，使得有LD 72的有源層74的中心軸匹配于光波導部件20的芯層24的 中心軸。如果期望將包埋層25的膜厚度與包層26的膜厚度的和針對光波 導的特性而設定為指定值或者更多，則可以調(diào)節(jié)包埋層25的膜厚度。就 是說，為了使包層26變薄以降低基座91到94的高度，包埋層25的厚度 可以被變厚。在形成包層26之后，按需要進行退火。 (步驟D)隨后，通過光刻形成光刻膠薄膜29，并通過RIE形成基座91到94、 對準標記95、 96和光波導端面27 (步驟E)。這里，芯層24還被預先設 計為使其不會到達由蝕刻暴露的光波導端面27。 (步驟F)之后，在保留光刻膠29的同時，將這些浸入例如BHF的蝕刻劑中。 此時，NSG薄膜的蝕刻進展得更快，對于BHF而言，所述NSG薄膜具有 比BPSG薄膜和SiON薄膜更快的蝕刻速率。結果，只有光波導端面27的 下部包層21部分更加凹陷。如下決定此時執(zhí)行浸入的時間。首先，實驗上地或理論上地獲得蝕刻 劑對于下層包層21、芯層24、包埋層25和包層26的蝕刻速率。之后，
基于這些蝕刻速率，計算出芯層24暴露在光波導端面27上所需要的時間 和光波導端面27上的下部包層21部分相對于上部包層22凹陷預定量所需 的時間。這些計算的時間為浸入時間。通過考慮浸入時間，設計在步驟E 中從暴露的光波導端面27到芯層24的端面24a的凹陷量。此外，因為外 周邊部分被蝕刻，所以基座91到94和對準標記95、 96的尺寸變得更小。 因此，也通過考慮這種因素而設計它們的尺寸。 (步驟G)隨后執(zhí)行其他所需步驟，例如金屬(例如電極)的圖案化以及在電極 和硅襯底之間提供絕緣的氧化層的鈍化，盡管未示出。從而，完成PLCll 的平臺。最后，通過被動對準封裝將LD 72安裝到PLC 11上以完成光波 導裝置10。作為根據(jù)本發(fā)明的示例性優(yōu)點，在光波導部件的端面上，下部包層的 端面相對于芯層的端面和上部包層的端面以遠離光學元件的方向凹陷。因 此，當通過將光學元件靠近光波導部件的端面以安裝光學元件時，光學元 件不會首先與下部包層的端面接觸。因此，可以沒有縫隙地將光學元件與 光波導部件耦合，因此可以提高光學耦合效率。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的光波導裝置的第二實施例封裝前的詳細透視 圖。下文中將參考附圖提供解釋。將相同的參考標號應用于與圖1中相同 的組件，并且省略對其解釋。根據(jù)此示例性實施例的光波導裝置30包括示例性實施例的PLC 31和 安裝到PLC 31上的LD 72。 PLC 31包括光波導部件40和光學元件安裝部 件90。光波導部件40有形成在硅襯底73的一部分上的下部包層41、芯 層44和上部包層42。光學元件安裝部件90有裝載到硅襯底73上的LD 72，其中LD 72將要光學地在光波導端面47耦合。在光波導端面47，上部包層42的端面42a有第一端面42b、 42c和第 二端面42d。端面42b和42c與芯層44的端面44a在相同的平面上或幾乎 在相同的平面上。端面42d在芯層44的端面44a的外圍，并且相對于芯層 44的端面44a以遠離LD 72的方向凹陷進去。就是說，當從上面觀察時， 上部包層42的端面42a為U字型。上部包層42設置有覆蓋芯層44的包
埋層45和疊加在包埋層45之上的包層46。在上面圖4的步驟F中描述的濕法蝕刻步驟中，存在著芯層44的蝕 刻速率與上部包層42的蝕刻速率之間的區(qū)別不能忽視的情況。就是說， 取決于材料組合和光波導的制作條件、蝕刻劑類型和蝕刻條件(溫度、時 間等)等，上部包層42的蝕刻速率變得比芯層44的蝕刻速率大了太多， 而不能忽視。在這種情況下，通過濕法蝕刻，芯層44變得相對于上部包 層42突出。因此，當安裝LD72時，LD 72或者突出的芯層44可能會因 為LD 72的有源層74直接地緊靠芯層44的端面44a而損壞。因此，此實施例的PLC31使用了以下結構。在光波導端面47上有 芯層44的端面44a和上部包層42的端面42b、 42c，上部包層42的端面 42d，下部包層41的端面41a，下部包層41的端面41b，它們的位置離 LD72從近到遠。因此，當通過將LD72靠近光波導端面47以對其進行安 裝時，LD 72不會首先與下部包層41的端面41a接觸。因此，LD72可以 沒有縫隙地與光波導部件40耦合，因此可以提高光學耦合效率。在這 里，LD 72不僅與芯層44的端面44a而且還與下部包層42的端面42b、 42c首先接觸，因此可以分散LD 72與光波導端面47接觸時的沖擊。由 此，可以防止LD 72的光學耦合部件與芯層44的端面44a接觸而受到損 傷?？梢愿鶕?jù)材料組合和光波導的制作條件、蝕刻劑類型和蝕刻條件(溫 度、時間等)等廣泛地設計這些結構。此外，在此示例性實施例中，當從光波導端面47側觀察時，芯層44 的端面44a被夾在中間，形成了上部包層42的兩個端面42b和42c。因 此，即使作為LD 72的光耦合部件的光發(fā)射端面77有平的表面，并在這 個平的表面不平行于光波導端面47的情況下將LD 72靠近光波導端面 47, LD 72也不會首先與芯層44的端面44a形成接觸，而是會與上部包層 42的兩個端面42b和42c其中之一形成接觸。因此，可以更可靠地避免通 過與芯層44的端面44a接觸而造成的LD 72的光耦合部件的損傷。不必 說，為簡單地避免這種損傷，芯層44的端面44a可以相對于上部包層42 的端面42b、 42c以遠離LD 72的光發(fā)射端面77的方向更加凹陷。只要可以達到它們的功能，可以任意地設置上部包層42的端面42b、42c的形狀和數(shù)量。例如，當從光波導端面47側觀察時，可以通過將芯層 44的端面44a夾在中間提供一個端面或3個或更多端面。下面，將集中在圖3與圖4的制作方法之間的區(qū)別點來描述PLC 31 的制作方法。以下的第二步驟和第三步驟對應于圖3和圖4中示出的第二 步驟和第三步驟。首先，在第二步驟中，當通過RIE除去硅襯底73上的下部包層41、 芯層44和上部包層42的一部分時，包括芯層44的光波導端面47的中央 部分相對于其周邊部分向遠離LD 72的方向凹陷。就是說，當從上面看 時，用在RIE中的光刻膠薄膜形成為U字型。光刻膠薄膜的形狀(凹陷部 分的尺寸)與在第三步驟中浸入蝕刻劑中的時間緊密相關，因此己經(jīng)預先 對其適當?shù)卦O計。此外，在第三步驟中，使用對于上部包層42表現(xiàn)出比對于芯層44更 大的蝕刻速率的蝕刻劑以便使得上部包層42的端面42b、 42c在周邊部分 更靠近芯層44的端面44a，并且使上部包層42的端面42d相對于芯層44 的端面44a以遠離LD 72的方向凹陷。如下決定此時執(zhí)行浸入的時間。首先，實驗上地或理論上地獲得下部 包層41、芯層44、包埋層45和包層46的蝕刻劑的蝕刻速率。之后，基 于這些蝕刻速率，計算出芯層44暴露在光波導端面47上所需要的時間， 光波導端面47中的下部包層41部分相對于上部包層42凹陷預定量所需的 時間，以及上部包層42的端面42b、 42c與芯層44的端面44a在一個平面 或基本在一個平面上所需要的時間。所計算的時間為浸入時間。因此，在光波導端面47上有芯層44的端面44a和上部包層42的端 面42b、 42c，上部包層42的端面42d，下部包層41的端面41a，下部包 層41的端面41b，它們的位置離LD 72從近到遠。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的光波導裝置的第三實施例封裝前的詳細透視 圖。在下文中將參考附圖提供解釋。將相同的參考標號應用于與圖1中相 同的組件，并且省略對其解釋。根據(jù)此示例性實施例的光波導裝置50包括示例性實施例的PLC 51和 作為光學元件安裝到PLC 51上的LD 72。 PLC 51包括光波導部件60和光
學元件安裝部件90。光波導部件60有形成在硅襯底73的一部分上的下部 包層61、芯層64、 68、 69和上部包層62。光學元件安裝部件90有裝載 到硅襯底73上的LD 72，其中LD 72將要光學地在光波導端面67耦合。芯層64為光學地耦合于LD 72的第一芯層。芯層68和69為不與LD 72光學地耦合的第二芯層。在光波導端面67上，芯層64、 68、 69的端面 64a、 68a和69a在相同平面上或幾乎在相同平面上，并且這些端面的每個 都相對于上部包層62的端面62a向接近LD 72的方向突出，其中上部包層 62的端面62a在端面64a、 68a和69a中每個的周圍。就是說，當從上面觀 察時，芯層64、 68、 69的三個端面64a、 68a和69a中的每個都為向光學 元件安裝部件90凸出的形式。上部包層62設置有覆蓋芯層64的包埋層 65和重疊在包埋層65之上的包層66。在圖4的步驟4中描述的濕法蝕刻步驟中，存在芯層64的蝕刻速率與 上部包層62的蝕刻速率之間的區(qū)別不能忽視的情況。就是說，取決于材 料組合和光波導的制作條件、蝕刻劑類型和蝕刻條件(溫度、時間等) 等，上部包層62的蝕刻速率變得比芯層64的蝕刻速率大了太多而不能忽 視。在這種情況下，通過濕法蝕刻，芯層64變得相對于上部包層62突 出。因此，當安裝LD72時，LD72或者突出的芯層64可能會因為LD72 的有源層74直接地緊靠芯層64的端面64a而損壞。因此，此示例性實施例的PLC 51使用了以下結構。在光波導端面67 上有芯層64、 68、 69的端面64a、 68a和69a，上部包層62的端面 62a，下部包層61的端面61a，它們的位置離LD 72從近到遠。因此，當 通過將LD 72靠近光波導端面67以對其進行安裝時，LD 72不會首先與下 部包層61的端面61a接觸。因此，LD72可以沒有縫隙地與光波導部件60 耦合，因此可以提高光學耦合效率。在這里，LD 72不僅與作為第一芯層 的芯層64的端面64a，而且與作為第二芯層的芯層68、 69的端面68a、 69a首先接觸，因此，可以分散LD 72與光波導端面67接觸時的沖擊。由 此，可以防止LD 72的光學耦合部件與芯層64的端面64a接觸而受到損 傷?？梢愿鶕?jù)材料組合和光波導的制作條件、蝕刻劑類型和蝕刻條件(溫 度、時間等)等廣泛地設計這些結構。 此外，在此示例性實施例中，通過將芯層64的端面64a夾在中間形成 了作為第二芯層的芯層68、 69的端面68a、 69a。因此，即使作為LD 72 的光耦合部件的光發(fā)射端面77有平的表面，并在這個平的表面不平行于 光波導端面67的情況下將LD 72靠近光波導端面67， LD 72也不會首先 與芯層64的端面64a形成接觸，而是會與芯層68、 69的端面68a、 69a其 中之一形成接觸。因此，可以更可靠地避免通過與芯層64的端面64a接觸 而造成的LD 72的光耦合部件的損傷。不必說，為簡單地避免這種損傷， 芯層64的端面64a可以相對于芯層68、 69的兩個端面68a、 69a以遠離 LD 72的光發(fā)射端面77的方向更加凹陷。只要可以達到它們的功能，可以任意地設置芯層68、 69的端面68a、 69a的形狀和數(shù)量。例如，可以通過當從光波導端面67側觀察時將芯層64 的端面64a夾在中間提供一個端面或3個或更多端面。下面，將集中在圖3與圖4的制作方法之間的區(qū)別點來描述PLC 51 的制作方法。以下的第一步驟和第三步驟對應于圖3和圖4中示出的第一 步驟和第三步驟。首先，在第一步驟中，以相同材料同時形成了作為第一芯層的芯層64 和作為第二芯層的芯層68、 69。對于這個步驟，可以簡單地改變第一步驟 中曝光光刻膠薄膜的掩膜。在蝕刻芯層時使用該光刻膠薄膜。此外，在第三步驟中，使用對于上部包層62表現(xiàn)出比對于芯層64、 68、 69更大的蝕刻速率的蝕刻劑，使得芯層64、 68、 69的端面64a、 68a、 69a在相同平面上或幾乎在相同平面上，并且端面64a、 68a、 69a的 相對于上部包層62的端面62a向接近LD 72的方向突出。第三步驟中的蝕 刻速率關系為芯層64、 68、 69<上部包層62<下部包層61。如下決定浸入到蝕刻劑中的時間。首先，實驗上地或理論上地獲得蝕 刻劑對于下部包層61、芯層64、 68、 69、包埋層65和包層66的蝕刻速 率。之后，基于這些蝕刻速率，計算出芯層64、 68、 69暴露在光波導端 面67上所需要的時間和光波導端面67中的下部包層61部分相對于上部包 層62凹陷預定量所需的時間。所計算的時間為浸入時間。因此，在第三步驟之后的光波導端面67上有芯層64、 68、 69的端
面64a、 68a和69a，上部包層62的端面62a，下部包層61的端面61a，它 們的位置離LD 72從近到遠。雖然以上參考每個示例性實施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于這 些示例性實施例。本領域的技術人員想到的各種改變和修改都可以實施于 本發(fā)明的結構和細節(jié)。此外，應該理解，本發(fā)明也包括對于每個示例性實 施例中描述的結構的一部分或全部的結合。本申請基于申請于2007年9月28日的日本專利申請No. 2007-255202 并要求其優(yōu)先權，并將其公開內(nèi)容通過引用方式全部結合在這里。權利要求
1. 一種平面光波線路，包括光波導部件，具有形成在襯底的一部分上的下部包層、芯層和上部包層；和光學元件安裝部件，用于在所述襯底上裝載光學元件，所述光學元件光學地耦合于所述光波導部件的端面，其中，在所述光波導部件的端面，所述下部包層的端面相對于所述芯層的端面和所述上部包層的端面向遠離所述光學元件的方向凹陷。
2. 根據(jù)權利要求1所述的平面光波線路，其中，所述芯層包括光學地耦合于所述光學元件的第一芯層，以及不與所述光學元件光學地耦合的第二芯層；并且在所述光波導部件的端面，相對于所述第一芯層和所述第二芯層的端 面周邊的所述包層的端面，所述第一芯層和所述第二芯層的端面向接近所 述光學元件的方向突出。
3. 根據(jù)權利要求2所述的平面光波線路，其中，所述第二芯層與所述 第一芯層一起形成在所述下部包層上，并且當從所述光波導部件的端面觀 察時將所述第一芯層夾在中間，從而形成至少兩個第二芯層。
4. 根據(jù)權利要求1所述的平面光波線路，其中，在所述光波導部件的 端面，所述上部包層的端面有第一端面和第二端面，所述第一端面和所述 第二端面在所述芯層的端面周邊，并相對于所述芯層的端面以遠離所述光 學元件的方向凹陷。
5. —種光波導裝置，包括平面光波線路和安裝在所述平面光波線路上 的光學元件，其中所述平面光波線路包括光波導部件，其具有形成在襯底的一部分上 的下部包層，芯層和上部包層；和光學元件安裝部件，用于在所述襯底上 安裝光學元件，所述光學元件光學地耦合于所述光波導部件的端面；和在所述光波導部件的端面，所述下部包層的端面相對于所述芯層的端 面和所述上部包層的端面向遠離所述光學元件的方向凹陷。
6. —種平面光波線路的制作方法，所述平面光波線路包括光波導部 件，其具有形成在襯底的一部分上的下部包層，芯層和上部包層；和光學 元件安裝部件，用于在所述襯底上安裝光學元件，所述光學元件光學地耦 合于所述光波導部件的端面，所述方法執(zhí)行第一步驟，在所述襯底上層疊所述下部包層、所述芯層和所述上部包層；第二步驟，通過使用各向異性蝕刻除去在所述襯底的所述部分上形成 的所述下部包層、所述芯層和所述上部包層，以形成所述光波導部件和所 述光學元件安裝部件；和第三步驟，通過使用蝕刻劑對所述光波導部件的端面執(zhí)行濕法蝕刻， 使得所述下部包層的端面相對于所述芯層的端面和所述上部包層的端面向 遠離所述光學元件的方向凹陷，所述蝕刻劑對于所述下部包層比對于所述 芯層和所述上部包層表現(xiàn)出更大的蝕刻速率。
7. 根據(jù)權利要求6所述的平面光波線路的制作方法，其中 在襯底上層疊所述下部包層、所述芯層和所述上部包層的步驟中，作為所述芯層，用相同的材料同時形成第一芯層和第二芯層，所述第一芯層 光學地連接于所述光學元件，所述第二芯層不與所述光學元件光學地連 接；和在使得所述下部包層的端面相對于所述芯層的端面和所述上部包層的 端面向遠離所述光學元件的方向凹陷的步驟中，通過使用對于所述上部包 層表現(xiàn)出比對于所述芯層更大的蝕刻速率的蝕刻劑作為所述蝕刻劑，使所 述第一芯層和所述第二芯層的端面相對于所述上部包層的端面向接近所述 光學元件的方向突出。
8. 根據(jù)權利要求7所述的平面光波導線路的制作方法，其中， 在襯底上層疊所述下部包層、所述芯層和所述上部包層的步驟中，通過當從所述光波導部件的端面觀察時將所述第一芯層夾在中間形成至少兩 個第二芯層。
9. 根據(jù)權利要求6所述的平面光波導線路的制作方法，其中 在形成所述光波導部件和所述光學元件安裝部件的步驟中，當通過使用各向異性蝕刻除去在所述襯底的所述部分上形成的所述下部包層、所述 芯層和所述上部包層時，包括所述芯層的所述光波導部件的端面的中央部 分相對于其周邊部分以遠離所述光學元件的方向凹陷；并且在使得所述下部包層的端面相對于所述芯層的端面和所述上部包層的 端面向遠離所述光學元件的方向凹陷的步驟中，通過使用對于所述上部包 層表現(xiàn)出比對于所述芯層更大的蝕刻速率的蝕刻劑作為所述蝕刻劑，使得 所述上部包層的端面在所述周邊部分靠近所述芯層的端面，并且所述上部 包層的端面在所述中央部分相對于所述芯層的端面以遠離所述光學元件的 方向凹陷。
全文摘要
本發(fā)明提供了平面光波線路及其制作方法和光波導裝置，所述平面光波線路能夠通過將光學元件與光波導部件沒有縫隙地耦合以改進光學耦合效率。該平面光波線路包括光波導部件和光學元件安裝部件。光波導部件包括形成在作為襯底的硅襯底的一部分上的下部包層、芯層和上部包層。光學元件安裝部件有安裝到硅襯底上的LD，其在作為光波導端面的光波導端面光學地耦合。在光波導端面，下部包層的端面相對于芯層的端面和上部包層的端面向遠離LD的方向凹陷。
文檔編號G02B6/136GK101398512SQ20081016597
公開日2009年4月1日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權日2007年9月28日
發(fā)明者渡邊真也 申請人:日本電氣株式會社