DE69429910T2

DE69429910T2 - Wellenleiter-optische Faser Verbindungsstruktur und Wellenleiter-optische Faser Verbindungsverfahren

Info

Publication number: DE69429910T2
Application number: DE69429910T
Authority: DE
Inventors: Yasutoshi Furukawa; Hironao Hakogi; Yasuhiro Omori; Shinya Sawae; Takashi Yamane
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-05-12
Filing date: 1994-11-07
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2014-11-08
Also published as: EP0940699A1; EP0940699B1; DE69433764T2; US5557695A; US5784509A; DE69433764D1; EP0682276B1; EP0682276A1; DE69429910D1; JPH0829638A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1) Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft allgemein eine Wellenleiterschaltung zur Verwendung zur optischen Kommunikation, zum optischen Informationsmanagement und so weiter, und insbesondere eine Struktur und ein Verfahren zum Verbinden eines Wellenleiters und einer optischen Faser, die auf einem Wellenleitersubstrat ausgebildet ist, miteinander, unter Verwendung eines Verfahrens für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser.

2) Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik

In den letzten Jahren ist eine Einführung von optischen Teilnehmersystemen gefördert worden und wird es, und es ist eine zu lösende Aufgabe, die Kosten von optischen Komponenten von optischen Teilnehmersystemen zu minimieren und zu reduzieren. Optische Teile, die einen Wellenleiter verwenden, sind für eine Massenproduktion durch eine Stapelverarbeitung und für eine Minimierung und hohe Integration geeignet und werden als vielversprechend angesehen. Jedoch bleiben noch mehrere zu lösende technische Aufgaben.
Vor allem ist die Technik zum Verbinden eines auf einem Wellenleiterchip (einem Wellenleitersubstrat) ausgebildeten Wellenleiters mit einer optischen Faser wesentlich für eine Reduzierung bezüglich der Kosten, und Verbindungseinrichtungen, die bezüglich einer (Wirkstoff)- Eigenschaft stabil und zur Massenproduktion geeignet sind und mit niedrigen Kosten zur Verfügung gestellt werden können, sind in den letzten Jahren aktiv entwickelt worden.
Beispielsweise wird eine solche Einrichtung, wie sie in den Fig. 71(a) und 71(b) oder 72(a) und 72(b) gezeigt ist, weitverbreitet als solche Verbindungseinrichtung verwendet.
Gemäß der in den Fig. 71(a) und 71(b) gezeigten Einrichtung wird zum Verbinden eines auf einem Wellenleiterchip (Wellenleitersubstrat) 1 ausgebildeten Wellenleiters 2 und einer optischen Faser 3 miteinander eine Endfläche 2a des Wellenleiters 2 zuerst durch eine geeignete Technik, wie beispielsweise ein Polieren, in eine Spiegelfläche ausgebildet, und dann wird eine Ausrichtungsoperation zum Einstellen der Position (der X-Achsenrichtung, der Y- Achsenrichtung und der Z-Achsen-(optischen Achsen-)Richtung) und des Winkels (θ, φ) der optischen Faser 3 in bezug auf den Wellenleiter 2, wie es in Fig. 71(a) zu sehen ist, durchgeführt, um eine bestimmte positionsmäßige parallele Beziehung der optischen Faser 3 zum Wellenleiter 2 einzurichten, und dann werden der Wellenleiter 2 (der Wellenleiterchip 1) und die optische Faser 3 durch Kleben, eine Schmelzverbindung oder irgendeine andere geeignete Verbindungstechnik direkt miteinander gekoppelt, wie es in Fig. 71(b) gezeigt ist.
Andererseits wird gemäß der in den Fig. 72(a) und 72(b) gezeigten Einrichtung eine Linse 4 zwischen einem Wellenleiter 2 und einer optischen Faser 3 angeordnet, wie es in Fig. 72(a) gezeigt ist, und nachdem die Position und der Winkel der optischen Faser 3 in bezug auf den Wellenleiter 2 auf gleiche Weise wie bei der in den Fig. 71(a) und 71(b) eingestellt sind, werden der Wellenleiter 2 (der Wellenleiterchip 1), die Linse 4 und die optische Faser 3 durch Schweißen oder irgendeine andere geeignete Technik verbunden und aneinander befestigt, wie es in Fig. 72(b) gezeigt ist. Folglich wird Licht zwischen dem Wellenleiter 2 und der optischen Faser 3 mittels der Linse 4 kommuniziert.
Jedoch erfordern beide der oben unter Bezugnahme auf die Fig. 71(a), 71(b) und 72(a), 72(b) beschriebenen Verbindungseinrichtungen eine Einstellung bezüglich der Position wenigstens zwischen der optischen Faser 3 und dem Wellenleiter 2 (bei der in den Fig. 72(a) und 72(b) gezeigten Einrichtung muß auch die Position der Linse 4 eingestellt werden), und eine solche Einstellung erfordert eine etwas mehr Erfahrung und viel Zeit. Demgemäß ist eine Reduzierung bezüglich der Kosten durch eine Massenproduktion bei jeder der Verbindungseinrichtungen schwierig.
Andere Verbindungseinrichtungen zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser sind beispielsweise in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Showa 64-4710, der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Heisei 2-125209 und der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Heisei 5-257019 vorgeschlagen.
Gemäß dem in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Showa 64-4710 offenbarten Verfahren zur Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser wird einen Wellenleiterschaltung einschließlich eines Wellenleiters vom Steghohlleitertyp und mehrerer Stopperteile auf einer Schaltkreiskarte ausgebildet. Zwischenzeitlich ist eine Verbindungs-Spannvorrichtung vorbereitet, die so konstruiert ist, daß ihre untere Fläche in engem Kontakt mit einer konkaven Oberfläche der Wellenleiterschaltung ist und ihre Außenwand in engem Kontakt mit einer Seitenwand von wenigstens einem der Stopperteile der Wellenleiterschaltung ist, und die eine darauf ausgebildete Führungsnut hat, um die Mitte des Kerns des Steghohlleiters und die Mitte des Kerns einer optischen Faser zusammenfallen zu lassen. Die Verbindungs-Spannvorrichtung wird mit ihrer Außenwand in engem Kontakt mit der Seitenwand des Stopperteils an der Wellenleiterschaltung fixiert, und eine optische Faser wird in die Führungsnut der so fixierten Verbindungs- Spannvorrichtung eingefügt, wonach die so eingefügte optische Faser an der Verbindungs-Spannvorrichtung fixiert ist, um den Wellenleiter und die optische Faser miteinander zu verbinden.
Bei dem Verfahren zur Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser muß jedoch ein Stopperteil einer komplizierten Konfiguration auf einem Substrat ausgebildet sein, und dies bildet einen Faktor, der ein Hindernis für eine Reduzierung bezüglich der Kosten durch eine Massenproduktion darstellt. Weiterhin können deshalb, weil eine optische Faser dann, wenn sie in die Führungsnut der Verbindungs-Spannvorrichtung zum Fixieren der optischen Faser eingefügt wird, auf ihrer Seite, die entfernt von der Verbindungs-Spannvorrichtung ist, nicht besonders gestützt wird, die optische Faser und der Wellenleiter nicht so fixiert werden, daß der Kern des Wellenleiters und der Kern der optischen Faser genau zueinander ausgerichtet sind.
Zwischenzeitlich hat ein Wellenleiterbasiselement gemäß der in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Heisei 2-125209 offenbarten Struktur zur Kopplung eines Wellenleiters und einer optischen Faser Führungsnuten, die mit einer vorbestimmten beabstandeten Beziehung voneinander darin parallel ausgebildet sind, und hat einen darauf ausgebildeten Wellenleiter. Der Wellenleiter hat einen Eingang/Ausgang für ein optisches Signal an einer Endfläche des Wellenleiterbasiselements. Ein Anschlußstückelement zum Halten einer optischen Faser hat einen Führungsstift für ein in Eingriff gelangen mit der Führungsnut und hält eine optische Faser so positioniert, daß dann, wenn der Führungsstift in Eingriff mit der Führungsnut ist, die optische Faser mit dem Eingang/Ausgang des Wellenleiters optisch gekoppelt ist.
Jedoch ist bei der Struktur zur Kopplung eines Wellenleiters und einer optischen Faser zusätzlich zur Führungsnut und zum Fixieren einer optischen Faser eine weitere Führungsnut in der Wellenleiterbasis ausgebildet, um eine optische Faser in bezug auf den Wellenleiter zu positionieren, und ein Führungsstift für ein in Eingriff gelangen mit der zusätzlichen Führungsnut muß am Anschlußstückelement zum Halten der optischen Faser vorgesehen sein, was die Struktur zur Kopplung eines Wellenleiters und einer optischen Faser kompliziert macht.
Weiterhin ist gemäß der Wellenleitervorrichtung und einem Prozeß zum Herstellen der Wellenleitervorrichtung, die in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Heisei 5-257019 offenbart sind, ein Wellenleiterteil, der auf einem Si- Substrat ausgebildet ist, gegenüber einer Endfläche der Wellenleitervorrichtung freigelegt, und ein Paar von V- förmigen Nuten, die jeweils einen V-förmigen Querschnitt haben, ist an der Wellenleitervorrichtung ausgebildet. Ein weiteres Paar von V-förmigen Nuten ist an einem Anschlußstück ausgebildet, und ein Paar von Führungsstiften ist von den V- förmigen Nuten der Wellenleitervorrichtung zu den V-förmigen Nuten des Anschlußstücks gezogen, so daß die Wellenleitervorrichtung und das Anschlußstück mittels der Führungsstifte mechanisch gegeneinander gedrückt werden, um die Endfläche des Wellenleiters der Wellenleitervorrichtung und die Endfläche einer optischen Faser des Anschlußstücks miteinander zu koppeln, während die optischen Achsen der Wellenleitervorrichtung und des Anschlußstücks miteinander ausgerichtet werden.
Jedoch müssen auch bei der Wellenleitervorrichtung und dem Herstellungsprozeß für die Wellenleiter, um die optische Faser in bezug auf den Wellenleiter zu positionieren, zusätzliche V-förmige Nuten an sowohl der Wellenleitervorrichtung als auch dem Anschlußstück ausgebildet werden, und Führungsstifte zum in Eingriff gelangen mit den V-förmigen Nuten müssen vorgesehen werden, was die Wellenleitervorrichtung kompliziert macht.
Weiterhin müssen bei der in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Heisei 2-125209 und der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Heisei 5-257019, die oben angegeben sind, offenbarten Verbindungseinrichtungen die Herstellgenauigkeit der Führungsstifte und die Positioniergenauigkeit zwischen Führungsstiften und der optischen Faser hoch sein, und es ist sehr schwierig, die Verbindungsteile herzustellen. Weiterhin erhöht sich bei einem Erhöhen der Anzahl von Elementen die Anzahl von Schritten, die zum Zusammenbau erforderlich sind, und dies bildet einen Faktor, der ein Hindernis für die Massenproduktion und die Kostenreduktion bildet.
Weiterhin wird bei den oben beschriebenen Techniken zum Positionieren der optischen Faser in der Richtung ihrer optischen Achse (Z-Achsenrichtung in den Fig. 71(a), 71(b) und 72(a), 72(b)) die optische Faser in einer Richtung ihrer optischen Achse bewegt, bis eine Endfläche der optischen Faser an eine Endfläche des Wellenleiters gestoßen wird. Jedoch kann bei dem Positionierverfahren in Abhängigkeit von der Größe der Kraft, die auf die optische Faser einwirkt, um die optische Faser in der Richtung ihrer optischen Achse zu bewegen, die Endfläche der optischen Faser oder des Wellenleiters beschädigt werden, oder kann, wenn die Wirkung der Kraft andauert, die optische Faser gekrümmt werden, um den Verlust eines entlang der optischen Faser übertragenen optischen Signals zu erhöhen. Weiterhin bildet dann, wenn die optische Faser nicht zu einer optimalen Position in bezug auf den Wellenleiter bewegt werden kann, dies auch einen Faktor zum Erhöhen des Verlusts eines solchen optischen Signals.
DE 42 17 553 A1 schlägt vor, Fasern mit einem Wellenleitersubstrat zusammenzukleben und/oder die Fasern an einem Fasersubstrat zu fixieren, das einen oberen und einen unteren Teil hat, indem eine Vielzahl von Fasern den rechteckförmigen Ausschnitten im oberen und im unteren Teil des Fasersubstrats zusammengeklemmt wird.
DE 41 33 220 A offenbart ein Substrat mit einer metallisierten Gruppe, auf welcher die metallisierte optische Faser durch eine Metallfixierung fixiert werden kann.
GB 2 215 087 A offenbart ein Verfahren zum Verarbeiten von Substraten, die zum Anbringen und Ausrichten von optischen Elementen und Komponenten verwendet werden, wobei Fasern durch ein Lötmittel in V-Nuten gesichert werden können, bevor das Substrat an einer optischen Vorrichtung angebracht wird.
EP 0 338 642 A offenbart eine mikromechanische Vorrichtung zum Koppeln einer Vielzahl von optischen Fasern, die in einer Ebene zur optischen Vorrichtung angeordnet sind. Jede der optischen Fasern kann in dieser mikromechanischen Vorrichtung durch eine Metallfixierung mit V-förmigen Nuten verbunden werden, wenn die Fasern mit einer metallischen Beschichtung überzogen sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Struktur zur Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser zu schaffen, und ein Verfahren, durch welches eine Verbindung und eine Fixierung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser ohne weiteres mit einer einfachen Struktur durchgeführt werden können, um eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Produktionskosten von Wellenleiterschaltungen zuzulassen, und ein Wellenleitersubstrat zur Verwendung für eine solche Verbindung, und ein Herstellverfahren für das Wellenleitersubstrat, sowie eine optische Faser mit einem Fasersubstrat zur Verwendung für die Verbindung.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Struktur zur Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser zu schaffen, und ein Verfahren, durch welches eine Verbindung und eine Fixierung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser mit einem hohen Maß an Genauigkeit durchgeführt werden können, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen übertragen werden kann, und ein Wellenleitersubstrat zur Verwendung für eine solche Verbindung, und ein Herstellverfahren für das Wellenleitersubstrat, sowie eine optische Faser mit einem Fasersubstrat zur Verwendung bei der Verbindung.
Die obigen Aufgaben werden mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 gelöst.
Bei der Struktur zur Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser ist der Wellenleiter integral auf dem Wellenleitersubstrat ausgebildet, und die erste Führungsnut zum Positionieren der optischen Faser ist auf einer Verlängerungslinie einer optischen Faser des Wellenleiters auf dem Wellenleitersubstrat ausgebildet, und die erste Führungsnut und das Fasersubstrat arbeiten zusammen, um die optische Faser zu halten. Folglich kann die Position der optischen Faser in bezug zu dem Wellenleiter ohne irgendeine Einstellung bestimmt werden, und der Endteil des Wellenleiters und ein Endteil der optischen Faser können ohne weiteres mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit mit einer einfachen Struktur miteinander verbunden werden, so daß ein optisches Signal mit geringem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann. Demgemäß gibt es einen Vorteil, daß eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden können.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Struktur für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser, die folgendes aufweist: eine optische Faser; ein Wellenleitersubstrat mit einem Wellenleiter, der integral darauf ausgebildet ist, wobei das Wellenleitersubstrat eine erste Führungsnut hat, die darauf benachbart zu einem Endteil des Wellenleiters ausgebildet ist und die angeordnet ist, um die optische Faser darin in optischer Ausrichtung mit dem Wellenleiter zu positionieren; ein Fasersubstrat, das zum Halten der optischen Faser darauf in einer zweiten Führungsnut angeordnet ist, wobei die zweite Führungsnut mit einem Metallfilm beschichtet ist; wobei ein Teil einer Hauptoberfläche des Wellenleitersubstrats und ein Teil einer Hauptfläche des Fasersubstrats in einer gegenüberliegenden Beziehung aneinander befestigt sind, wobei die am Fasersubstrat befestigte optische Faser in engem Kontakt zur ersten Führungsnut auf dem Wellenleitersubstrat gehalten wird; wobei die optische Faser eine auf einen Bereich einer äußeren Peripherie eines Mantels aufgetragene metallische Beschichtung hat, wobei die metallische Beschichtung auf den Bereich beschränkt ist, der der metallisierten zweiten Führungsnut gegenüberliegt, so daß nur Teile, die für eine metallische Fixierung an der zweiten Führungsnut nötig sind, mit Metall beschichtet sind, wobei die optische Faser am Fasersubstrat durch eine metallische Fixierung befestigt ist, die durch Fließenlassen von Lötmittel in der zweiten Führungsnut erreicht wird, während die optische Faser in der Führungsnut angebracht ist; wobei der Wellenleiter und die optische Faser durch metallische Fixierungs-Metallfilme miteinander verbunden sind, die auf dem Oberflächenteil des Wellenleitersubstrats und dem Oberflächenteil des Fasersubstrats vorgesehen sind, die einander gegenüberliegen.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser zum Verbinden eines Endteils einer optischen Faser mit einem Endteil eines Wellenleiters, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Vorbereiten eines Wellenleitersubstrats mit einem Wellenleiter, der darauf integral ausgebildet ist und eine erste Führungsnut hat, die darauf benachbart zu einem Endteil des Wellenleiters ausgebildet ist und angeordnet ist, um die optische Faser darin in optischer Ausrichtung zum Wellenleiter zu positionieren; Vorbereiten eines Fasersubstrats, das zum Halten der optischen Faser darauf in einer zweiten Führungsnut angeordnet ist, wobei die zweite Führungsnut mit einem Metallfilm beschichtet ist; Auftragen einer metallischen Beschichtung auf eine äußere Peripherie eines Mantels der Faser, wobei die metallische Beschichtung auf den Bereich beschränkt ist, der der metallisierten zweiten Führungsnut gegenüberliegt, so daß nur Teile, die für eine metallische Fixierung an der zweiten Führungsnut des Fasersubstrats nötig sind, mit Metall beschichtet sind; Fixieren der optischen Faser am Wellenleitersubstrat durch Fließenlassen von Lötmittel in der zweiten Führungsnut, während die optische Faser in der zweiten Führungsnut angebracht ist; und Fixieren eines Oberflächenteils des Wellenleitersubstrats und eines gegenüberliegenden Oberflächenteils des Fasersubstrats aneinander, um dadurch die optische Faser, die am Fasersubstrat fixiert ist, in engem Kontakt zur ersten Führungsnut auf dem Wellenleitersubstrat zu halten.
Bei den Strukturen für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser und dem Verfahren, die oben beschrieben sind, kann die Position der optischen Faser in bezug auf den Wellenleiter ohne irgendeine Einstellung bestimmt werden, und der Endteil des Wellenleiters und der Endteil der optischen Faser können ohne weiteres mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit mit einer einfachen Struktur miteinander verbunden werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann. Folglich gibt es einen Vorteil, daß eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden können.
Bei der Struktur und dem Verfahren für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser kann die Position der optischen Faser in bezug auf den Wellenleiter ohne irgendeine Einstellung bestimmt werden, und der Endteil des Wellenleiters und der Endteil der optischen Faser können ohne weiteres mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit mit einer einfachen Struktur miteinander verbunden werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann. Folglich gibt es einen Vorteil, daß eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden können.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich werden, wenn sie in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, wobei gleiche Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1, 2, 3 und 4 sind schematische seitliche Aufrißansichten, eine perspektivische Explosionsansicht und eine vordere Aufrißansicht, die unterschiedliche Aspekte der vorliegenden Erfindung darstellen;
Fig. 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser, eines Wellenleiterschaltungssubstrats und einer optischen Faser mit einem Fasersubstrat, die ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Führungsnut mit einem U-förmigen Querschnitt zeigt, die beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann;
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Führungsnut mit einem V-förmigen Querschnitt zeigt, die beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird;
Fig. 8 ist eine schematische seitliche Aufrißansicht, die einen Schritt eines Prozesses zur Herstellung des Wellenleitersubstrats beim ersten

Ausführungsbeispiel darstellt;

Fig. 9 ist eine Draufsicht, die ein Maskenmuster (ein Maskenelement) zeigt und einen weiteren Schritt des Prozesses zum Herstellen des Wellenleitersubstrats beim ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
Fig. 10 bis 13 sind Querschnittsansichten entlang der Linie X-X in Fig. 9, die aber andere Schritte des Prozesses zum Herstellen des Wellenleitersubstrats beim ersten Ausführungsbeispiel darstellen;
Fig. 14 ist eine Draufsicht, die die Anordnung der Maske zeigt und die einen anderen Schritt des Prozesses zum Herstellen des Wellenleitersubstrats beim ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
Fig. 15 bis 18 sind perspektivische Ansichten, die weitere andere Schritte des Prozesses zum Herstellen des Wellenleitersubstrats beim ersten

Ausführungsbeispiel darstellen;

Fig. 19(a) bis 19(j) sind schematische Querschnittsansichten, die andere Schritte eines Prozesses zum Herstellen eines Faserblocks beim ersten Ausführungsbeispiel darstellen;
Fig. 20 ist eine Draufsicht, die die Form einer Maske zeigt, die bei einer Herstellung des Faserblocks beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird;
Fig. 21 und 22 sind jeweils eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht, die den Faserblock und eine metallische Beschichtung für den Faserblock beim ersten Ausführungsbeispiel zeigen;
Fig. 23 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation des Prozesses zur Herstellung des Faserblocks beim ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
Fig. 24 ist eine schematische seitliche Aufrißansicht, die einen Endteil der optischen Faser beim ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 25 ist eine Querschnittsansicht des Endteils der optischen Faser beim ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 26 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere optische Faser mit einer metallischen Beschichtung zeigt, die an der gesamten äußeren Peripherie ihres Mantels vorgesehen ist;
Fig. 27 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere optische Faser mit einer anderen metallischen Beschichtung zeigt, die an der äußeren Peripherie ihres Mantels vorgesehen ist;
Fig. 28 ist eine bruchstückartige perspektivische Ansicht, die eine Prozedur zum Fixieren einer optischen Faser und des Faserblocks beim ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
Fig. 29 ist eine Explosions-Querschnittsansicht, die die Prozedur zum Fixieren der optischen Faser und des Faserblocks beim ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
Fig. 30 ist eine Querschnittsansicht, die die optische Faser und den Faserblock beim ersten Ausführungsbeispiel im wechselseitig fixierten Zustand zeigt;
Fig. 31 und 32 sind jeweils eine explosionsartige seitliche Aufrißansicht und eine vordere Aufriß- Schnittansicht, die eine Fixierprozedur zwischen dem Faserblock und dem Wellenleitersubstrat beim ersten Ausführungsbeispiel darstellen;
Fig. 33 ist eine vordere Aufrißansicht, die eine Fixierprozedur zwischen dem Faserblock und dem Wellenleitersubstrat beim ersten Ausführungsbeispiel in einem wechselseitig fixierten Zustand zeigt;
Fig. 34 ist eine explosionsartige perspektivische Ansicht einer weiteren Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser, die ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 35 ist eine schematische explosionsartige seitliche Aufrißansicht der Struktur beim zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 36 bis 42 sind schematische perspektivische Ansichten, die andere Schritte eines Prozesses zum Herstellen eines Wellenleitersubstrats beim zweiten Ausführungsbeispiel darstellen;
Fig. 43 ist eine explosionsartige perspektivische Ansicht, die das Wellenleitersubstrat und einen Faserblock beim zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 44 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Modifikation in bezug auf den Faserblock beim zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 45 ist eine explosionsartige seitliche Aufrißansicht, die eine Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser zeigt, wobei der in Fig. 44 gezeigte modifizierte Faserblock verwendet ist;
Fig. 46 bis 51 sind perspektivische Ansichten, die andere Schritte eines Prozesses zum Herstellen des in Fig. 44 gezeigten modifizierten Faserblocks darstellen;
Fig. 52 ist eine perspektivische Ansicht, die eine erste Modifikation an dem beim zweiten Ausführungsbeispiel gezeigten Wellenleitersubstrat zeigt;
Fig. 53 ist eine seitliche Aufriß-Schnittansicht, die die Anordnung einer optischen Faser auf dem in Fig. 52 gezeigten modifizierten Wellenleitersubstrat zeigt;
Fig. 54 ist eine perspektivische Ansicht, die eine zweite Modifikation an dem Wellenleitersubstrat beim zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 55 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Teils des modifizierten Wellenleitersubstrats der Fig. 54, gesehen in der Richtung, die durch eine Pfeilmarkierung A angezeigt ist;
Fig. 56 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht eines weiteren Teils des modifizierten
Wellenleitersubstrats der Fig. 54, gesehen in der Richtung, die durch eine weitere Pfeilmarkierung B angezeigt ist;
Fig. 57 ist eine seitliche Aufriß-Schnittansicht, die die Anordnung einer optischen Faser auf dem in Fig. 54 gezeigten modifizierten Wellenleitersubstrat zeigt;
Fig. 58 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser, die eine dritte Anordnung zeigt, die nicht gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 59 ist eine Draufsicht, die einen Siliziumwafer zeigt, der zur Herstellung eines Wellenleitersubstrats bei der dritten Anordnung verwendet wird;
Fig. 60 ist eine Draufsicht, die das Wellenleitersubstrat bei der dritten Anordnung zeigt;
Fig. 61 ist eine seitliche Aufrißansicht, die das Wellenleitersubstrat bei der dritten Anordnung zeigt;
Fig. 62 ist eine Draufsicht, die eine optische Faser bei der dritten Anordnung zeigt;
Fig. 63 ist eine seitliche Aufrißansicht, die die optische Faser bei der dritten Anordnung zeigt;
Fig. 64 bis 68 sind seitliche Aufrißansichten, die andere Schritte einer Prozedur einer Verbindung zwischen dem Wellenleiter und der optischen Faser bei der dritten Anordnung darstellen;
Fig. 69 ist eine perspektivische Ansicht, die einen weiteren anderen Schritt der Prozedur zur Verbindung zwischen dem Wellenleiter und der optischen Faser bei der dritten Anordnung darstellt;
Fig. 70 ist eine seitliche Aufrißansicht, die eine Modifikation an der Prozedur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser für die Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser bei der dritten Anordnung darstellt;
Fig. 71(a) und 71(b) sind perspektivische Ansichten, die eine weit verbreitete Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser zeigen; und
Fig. 72(a) und 72(b) sind perspektivische Ansichten, die eine weitere weit verbreitete Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser zeigen.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

a. Aspekte der Erfindung

Fig. 1 zeigt eine seitliche Aufrißansicht einer Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser und stellt einen Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Gemäß. Fig. 1 enthält die gezeigte Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser ein Wellenleitersubstrat 11, das wiederum einen Substratteil 11A enthält, der als Substratkörper dient, und eine Wellenleiter- Ausbildungsschicht 11B, auf welcher ein Wellenleiter (Kernteil) 12 ausgebildet ist. Der Substratteil 11A hat eine erste Führungsnut 14 darauf benachbart zu einem Endteil (einer Endfläche) 12a des Wellenleiters 12 zum Positionieren einer optischen Faser 13 auf einer Verlängerungslinie einer optischen Achse des Wellenleiters 12 ausgebildet. Die Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser enthält weiterhin ein Fasersubstrat 15, das in einer gegenüberliegenden Beziehung zur ersten Führungsnut 14 zum Zusammenarbeiten mit der ersten Führungsnut 14 zum Halten der optischen Faser 13 darauf vorgesehen ist.
Die Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser ist darin vorteilhaft, daß die Position der optischen Faser 13 in bezug auf den Wellenleiter 12 ohne irgendeine Einstellung bestimmt werden kann, und der Endteil 12a des Wellenleiters 12 und ein Endteil 13a der optischen Faser 13 ohne weiteres mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit miteinander verbunden werden können, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann, und folglich eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden können.
Fig. 2 zeigt eine seitliche Aufrißansicht einer weiteren Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser und stellt einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Gemäß Fig. 2 enthält die gezeigte Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser eine optische Faser 13, ein Wellenleitersubstrat 11 und ein Fasersubstrat 15, die gleich denjenigen sind, die oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben sind. Ein Seitenflächenteil 11a des Wellenleitersubstrats 11 und ein gegenüberliegender Seitenflächenteil 15a des Fasersubstrats 15 sind in einem Zustand aneinander fixiert, in welchem die am Fasersubstrat 15 fixierte optische Faser 13 in engem Kontakt zur ersten Führungsnut 14 auf dem Wellenleitersubstrat 11 gehalten wird.
Fig. 3 zeigt eine seitliche Aufrißansicht einer weiteren Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser und stellt einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Gemäß Fig. 3 enthält die gezeigte Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser zusätzlich zu einer optischen Faser 13 und einem Wellenleitersubstrat 11, die gleich denjenigen sind, die oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben sind, ein Fasersubstrat 15 mit einer optischen Faser, die eine zweite Führungsnut 16 fixiert, die darauf ausgebildet ist und die mit einem Metallfilm beschichtet ist, und eine Lötmittelzufuhrnut, die darauf ausgebildet ist und die mit der zweiten Führungsnut 16 zum Fließenlassen von Lötmittel dort hindurch kommuniziert, um für eine metallische Fixierung des Fasersubstrats 15 an der optischen Faser 13 verwendet zu werden. Die optische Faser 13 hat eine metallische Beschichtung, die nur auf einen Bereich einer äußeren Peripherie ihres Mantels aufgetragen ist, der für eine metallische Fixierung an der zweiten Führungsnut 16 nötig ist, und die optische Faser 13 ist durch eine metallische Fixierung am Fasersubstrat 15 fixiert, welche durch Fließenlassen von Lötmittel durch die Lötmittelzufuhrnut erreicht wird, während die optische Faser 13 in der zweiten Führungsnut 16 angebracht wird.
Jeder eines Oberflächenteils 15a des Fasersubstrats 15 und eines Oberflächenteils 11a des Wellenleitersubstrats 11, die einander gegenüberliegen, wenn die optische Faser 13, die durch eine metallische Fixierung vom Fasersubstrat 15 fixiert ist, in engem Kontakt zur ersten Führungsnut 14 des Wellenleitersubstrats 11 ist, hat einen darauf ausgebildeten Metallfilm, und ein Endteil (eine Endfläche) 12a des Wellenleiters 12 und ein Endteil (eine Endfläche) 13a der optischen Faser 13 werden durch eine metallische Fixierung zwischen den Metallfilmen am Oberflächenteil 11a des Wellenleitersubstrats 11 und dem gegenüberliegenden Oberflächenteil 15a des Fasersubstrats 15 miteinander verbunden, während die am Fasersubstrat 15 fixierte optische Faser 13 in engem Kontakt zur ersten Führungsnut 14 auf dem Wellenleitersubstrat 11 gehalten wird.
Hier wird ein Verfahren zum Verbinden des Wellenleiters 12 und der optischen Faser 13 miteinander gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Gemäß dem Verfahren zur Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser der vorliegenden Erfindung wird ein Wellenleitersubstrat 11 mit einem Wellenleiter 12 und einer darauf ausgebildeten ersten Führungsnut 14 vorbereitet und wird auf ein Fasersubstrat 15 zum Halten der optischen Faser 13 darauf vorbereitet. Dann werden ein Oberflächenteil 11a des Wellenleitersubstrats 11 und ein gegenüberliegender Oberflächenteil 15a des Fasersubstrats 15 in einem Zustand aneinander fixiert, in welchem die am Fasersubstrat 15 fixierte optische Faser 13 in engem Kontakt zur ersten Führungsnut 14 auf dem Wellenleitersubstrat 11 gehalten wird, um dadurch einen Endteil (eine Endfläche) 13a der optischen Faser 13 mit einem Endteil (einer Endfläche) 12a des Wellenleiters 12 zu verbinden.
Ebenso sind die Strukturen und das Verfahren zur Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser, die oben unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben sind, darin vorteilhaft, daß die Position der optischen Faser 13 in bezug auf den Wellenleiter 12 ohne irgendeine Einstellung bestimmt werden kann, und der Endteil 12a des Wellenleiters 12 und der Endteil 13a der optischen Faser 13 ohne weiteres mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit miteinander verbunden werden können, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann, und folglich eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden können.
Hier kann die optische Faser 13 mit einer metallischen Beschichtung, die an einer äußeren Peripherie ihres Mantels im voraus aufgetragen ist, durch eine metallische Fixierung an der zweiten Führungsnut 16 des Fasersubstrats 15 fixiert werden, wobei das Fasersubstrat 15 mit einem Metallfilm beschichtet ist, um die optische Faser 13 auf dem Fasersubstrat 15 zu halten, und in diesem Zustand können der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 unter Verwendung des Fasersubstrats 15 mit der optischen Faser 13 miteinander verbunden werden. In diesem Fall kann die optische Faser 13 durch eine metallische Fixierung an der zweiten Führungsnut 16 des Fasersubstrats 15 unter Verwendung eines Lötens oder von ähnlichem fixiert werden. Unter Verwendung des so fixierten Fasersubstrats 15 mit der optischen Faser 13 (einer optischen Faser mit einem Fasersubstrat) können der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 ohne weiteres mit einem hohen Maß an Genauigkeit und einem hohen Maß an Zuverlässigkeit mit einer einfachen Struktur verbunden und aneinander fixiert werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann. Somit gibt es einen Vorteil, daß eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden können.
Der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 können unter Verwendung des Fasersubstrats 15, auf dem die optische Faser 13 gehalten wird, durch Fixieren, durch eine metallische Fixierung, an der zweiten Führungsnut 16 des Fasersubstrats 15 miteinander verbunden werden, wobei die optische Faser 13 eine nur auf einen Bereich einer äußeren Peripherie ihres Mantels aufgetragene metallische Beschichtung hat, der für eine metallische Fixierung an der zweiten Führungsnut 16 nötig ist, während die optische Faser 13 in der zweiten Führungsnut 16 angebracht wird. In diesem Fall muß deshalb, weil die metallische Beschichtung nicht auf den Bereich aufgetragen wird, in welchem die äußere Peripherie des Mantels der optischen Faser 13 in engem Kontakt zur ersten Führungsnut 14 des Wellenleitersubstrats 11 ist, keine nutzlose metallische Beschichtung durchgeführt werden, und auch eine präzise Filmdickensteuerung über der gesamten äußeren Peripherie des Mantels der optischen Faser 13 ist unnötig.
Weiterhin kann die optische Faser 13 in die zweite Führungsnut 16 des Fasersubstrats 15 angebracht werden, auf welchem eine Lötmittel-Zufuhrnut zum Fließenlassen von Lötmittel dort hindurch, um für eine metallische Fixierung an der optischen Faser 13 verwendet zu werden, in einer Kommunikationsbeziehung zur zweiten Führungsnut 16 ausgebildet ist, und man kann das Lötmittel durch die Lötmittel-Zufuhrnut fließen lassen, um die optische Faser 13 durch eine metallische Fixierung am Fasersubstrat 15 zu fixieren, und dann können der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 unter Verwendung des Fasersubstrats 15 miteinander verbunden werden, an welchem die optische Faser 13 fixiert ist. In diesem Fall gibt es einen Vorteil, daß die optische Faser 13 durch eine metallische Fixierung sehr schnell am Fasersubstrat 15 fixiert werden kann.
Alternativ dazu kann jeder des Oberflächenteils 15a des Fasersubstrats und des Oberflächenteils 11a des Wellenleitersubstrats 11, die einander gegenüberliegen, wenn die am Fasersubstrat 15 durch eine metallische Fixierung fixierte optische Faser 13 in engem Kontakt zur ersten Führungsnut 14 des Wellenleitersubstrats 11 ist, einen darauf ausgebildeten Metallfilm haben, und die Metallfilme können durch eine metallische Fixierung aneinander fixiert werden, um den Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 miteinander zu verbinden. Vorzugsweise hat ein für die metallische Fixierung zwischen dem Fasersubstrat 15 und dem Wellenleitersubstrat 11 verwendetes Lötmittelmaterial einen Schmelzpunkt, der auf niedriger als der Schmelzpunkt eines anderen Lötmittelmaterials eingestellt ist, das für die metallische Fixierung zwischen dem Fasersubstrat 15 und der optischen Faser 13 verwendet wird.
Wo die Metallfilme am Oberflächenteil 15a des Fasersubstrats 15 und am gegenüberliegenden Oberflächenteil 11a des Wellenleitersubstrats 11 vorgesehen sind, können der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 durch Fixieren der Metallfilme aneinander durch eine metallische Fixierung durch ein Löten miteinander verbunden werden, und folglich können das Fasersubstrat 15 und das Wellenleitersubstrat 11 mit Sicherheit schnell verbunden und aneinander fixiert werden.
Weiterhin kann dort, wo das für die metallische Fixierung zwischen dem Fasersubstrat 15 und dem Wellenleitersubstrat 11 verwendete Lötmittelmaterial einen Schmelzpunkt hat, der auf niedriger als der Schmelzpunkt des für die metallische Fixierung zwischen dem Fasersubstrat 15 und der optischen Faser 13 verwendete Lötmittelmaterial ist, eine solche Situation verhindert werden, daß das Lötmittelmaterial zwischen dem Fasersubstrat 15 und der optischen Faser 13, die vorangehend durch eine metallische Fixierung aneinander fixiert sind, durch Wärme zum Schmelzen des Lötmittelmaterials geschmolzen wird, das für eine spätere metallische Fixierung zwischen dem Fasersubstrat 15 und dem Wellenleitersubstrat 11 verwendet wird, so daß der Zustand einer metallischen Fixierung zwischen dem Fasersubstrat 15 und der optischen Faser 13 verschlechtert wird. Folglich können der Endteil 12a des Wellenleiters 12 und der Endteil 13a der optischen Faser 13 mit einem sehr hohen Maß an Zuverlässigkeit miteinander verbunden werden.
Weiterhin können der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 miteinander verbunden werden, indem das Wellenleitersubstrat 11 verwendet wird, wobei der Quarz- (SiO&sub2;)-Wellenleiter 12 und die erste Führungsnut 14 mit einem V-förmigen Querschnitt auf einem Siliziumsubstrat (dem Substratteil 11A) ausgebildet sind, und ein Fasersubstrat 15, wobei die zweite Führungsnut 16 mit einem V-förmigen Querschnitt auf dem Siliziumsubstrat ausgebildet ist und die optische Faser 13 in der zweiten Führungsnut 16 gehalten wird. In diesem Fall können der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 schnell mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit verbunden und aneinander fixiert werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigen Kosten zwischen ihnen kommuniziert werden kann, und folglich können eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden. Ebenso gibt es einen weiteren Vorteil, daß die erste Führungsnut 14 und die zweite Führungsnut 16, die beide einen V-förmigen Querschnitt haben, durch Durchführen eines anisotropen Ätzens sehr schnell ausgebildet werden können, welches von einer bestimmten Kristallorientierung des Siliziumsubstrats (eines Einkristalls) abhängt.
Oder das Fasersubstrat 15 kann vorbereitet werden, das zuerst als Teil des Wellenleitersubstrats 11, auf dem die zweite Führungsnut 16 zur Fixierung einer optischen Faser als eine Verlängerung der ersten Führungsnut 14 ausgebildet wird, bei einer Herstellung des Wellenleitersubstrats 11 gleichzeitig ausgebildet wird und darauffolgend als separates Element vom Wellenleitersubstrat 11 ausgebildet wird, indem es vom Wellenleitersubstrat 11 abgeschnitten wird, und auf dem die optische Faser 13 gehalten wird, und der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 können unter Verwendung des Fasersubstrats 15, auf dem die optische Faser 13 gehalten wird, miteinander verbunden werden. In diesem Fall kann bei einer Herstellung des Wellenleitersubstrats 11 gleichzeitig das Fasersubstrat 15 mit der zweiten Führungsnut 16 zur Fixierung einer optischen Faser schnell und effizient hergestellt werden.
Für die Verbindung zwischen dem Wellenleiter 12 und der optischen Faser 13 wird das Wellenleitersubstrat 11 verwendet, das den Substratteil 11A mit dem integral darauf ausgebildeten Wellenleiter 12 und mit der benachbart zum Endteil 12A des Wellenleiters 12 darauf ausgebildeten ersten Führungsnut 14 zum Positionieren der optischen Faser 13 aufweist, wobei der Wellenleiter 12 und die erste Führungsnut 14 unter Verwendung eines einzelnen Maskenelements mit Mustern zur Ausbildung eines Wellenleiters und einer Führungsnut ausgebildet werden. Wo das Wellenleitersubstrat 11 des gerade beschriebenen Aufbaus verwendet wird, können der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit schnell verbunden und aneinander fixiert werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann, und eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden können.
Das Wellenleitersubstrat 11 des oben beschriebenen Aufbaus wird durch ein Verfahren hergestellt, das die Schritte eines Ausbildens einer Schicht mit niedrigem Brechungsindex und einer Schicht mit hohem Brechungsindex auf einem Siliziumsubstrat (einem Substratteil 11A), eines teilweisen Entfernens der Schicht mit hohem Brechungsindex unter Verwendung eines einzigen Maskenelements mit Mustern zur Ausbildung eines Wellenleiters und eines Führungsmusters zum Ausbilden von Ätzbereichen für den Wellenleiter 12 und die Führungsnut 14 und eines Ausbildens einer oberen Schicht mit niedrigem Brechungsindex, während das Maskenelement an den gegenüberliegenden Seiten des Ätzbereichs für die Führungsnut 14 als Faserpositionier-Ätzmaske gelassen wird, eines Ausbildens einer Führungsnut 14 und eines schließlichen Entfernens der Ätzmaske aufweist. In diesem Fall kann der Schritt zum Ausbilden einer oberen Schicht mit niedrigem Brechungsindex auf der Ätzmaske den Schritt zum Ausbilden eines dünnen Films aus einem SiO&sub2;-Materials zwischen der oberen Schicht mit niedrigem Brechungsindex und der Ätzmaske enthalten.
Das Wellenleitersubstrat 11 wird auf eine solche Weise, wie es oben beschrieben ist, sehr schnell hergestellt. Weiterhin kann dort, wo ein dünner Film aus einem SiO&sub2;-Material zwischen der Schicht mit niedrigem Brechungsindex und der Ätzmaske ausgebildet wird, eine obere Schicht mit niedrigem Brechungsindex auf der Ätzmaske durch ein Flammenablagerungsverfahren ausgebildet werden.
Weiterhin wird für die Verbindung zwischen dem Wellenleiter 12 und der optischen Faser 13 die optische Faser 13 mit einem Fasersubstrat verwendet, das eine optische Faser aufweist, die an ihrem Endteil eine metallische Beschichtung hat, die an einer äußeren Peripherie ihres Mantels vorgesehen ist, und das Fasersubstrat 15 mit der zweiten Führungsnut 16 zur Fixierung einer optischen Faser, die darauf ausgebildet und mit einem Metallfilm beschichtet ist, wobei der Endteil der optischen Faser durch eine metallische Fixierung an der zweiten Führungsnut 16 des Fasersubstrats 15 fixiert ist. Wo das Fasersubstrat 15 mit der optischen Faser 13 (eine optische Fasersubstrat mit einem Fasersubstrat) mit dem gerade beschriebenen Aufbau verwendet wird, können der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit schnell verbunden und aneinander fixiert werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigen Kosten zwischen ihnen kommuniziert werden kann, und eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden können.
Der Endteil der optischen Faser, bei welchem die optische Faser mit der metallischen Beschichtung nur in einem Bereich der äußeren Peripherie ihres Mantels beschichtet ist, für eine metallische Fixierung der optischen Faser an der zweiten Führungsnut 16 des Fasersubstrats 15 nötig ist, kann durch eine metallische Fixierung an der zweiten Führungsnut 16 des Fasersubstrats 15 in einem Zustand fixiert werden, in welchem er in der zweiten Führungsnut 16 des Fasersubstrats 15 angebracht wird, um das Fasersubstrat 15 am Endteil der optischen Faser vorzusehen. Alternativ dazu kann das Fasersubstrat 15 am Endteil der optischen Faser durch Fixieren des Endteils der optischen Faser am Fasersubstrat 15 durch eine metallische Fixierung durch Anbringen des Endteils der optischen Faser in der zweiten Führungsnut 16 des Fasersubstrats 15 vorgesehen werden, auf welchem eine Lötmittel-Zufuhrnut zum Fließenlassen von Lötmittel dort hindurch, um für eine metallische Fixierung am Endteil der optischen Faser verwendet zu werden, in einer Kommunikationsbeziehung zu der zweiten Führungsnut 16 ausgebildet ist, und durch Fließenlassen von Lötmittel durch die Lötmittel-Zufuhrnut.
Wo die metallische Beschichtung nur in dem Bereich vorgesehen ist, der für eine metallische Fixierung nötig ist, wie es oben beschrieben ist, d. h. wo keine metallische Beschichtung auf den anderen Bereich angewendet ist, in welchem die äußere Peripherie des Mantels der optischen Faser 13 in engem Kontakt zur ersten Führungsnut 14 des Wellenleitersubstrats 11 ist, kann eine unnütze metallische Beschichtung eliminiert werden, und ebenso ist eine präzise Filmdickensteuerung über der gesamten äußeren Peripherie der optischen Faser unnötig. Weiterhin kann dort, wo man Lötmittel durch die Lötmittel- Zufuhrnut fließen läßt, wie es oben beschrieben ist, die optische Faser 13 sehr schnell an dem Fasersubstrat 15 fixiert werden.
Es ist zu beachten, daß ein Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung über dem Wellenleitersubstrat 11 und dem Fasersubstrat 15 zum Positionieren der optischen Faser in einer Richtung ihrer optischen Achse vorgesehen sein kann. Mittels des Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung kann die optische Faser 13 bei einer optimalen Position in der Richtung ihrer optischen Achse in bezug auf den Wellenleiter 12 ohne irgendeine Einstellung angeordnet werden.
Der Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung kann einen zurückgesetzten Teil enthalten, der auf entweder dem Wellenleitersubstrat 11 oder dem Fasersubstrat 15 ausgebildet ist, und einen komplementären vorstehenden Teil, der auf dem anderen des Wellenleitersubstrats 11 und des Fasersubstrats 15 ausgebildet ist. In diesem Fall kann die Position der optischen Faser 13 in der Richtung ihrer optischen Achse durch Einpassen des zurückgesetzten Teils und des vorstehenden Teils zueinander bestimmt werden.
Alternativ dazu kann der Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung eine Dicing-Nut bzw. eine Nut zum würfelartigen Zerlegen enthalten, die auf dem Wellenleitersubstrat 11 ausgebildet ist, und einen vorstehenden Teil, der auf dem Fasersubstrat 15 ausgebildet ist, zum Passen in die Dicing-Nut. In diesem Fall kann die Position der optischen Faser 13 in der Richtung ihrer optischen Achse durch Einpassen des vorstehenden Teils auf dem Fasersubstrat 15 in die Dicing-Nut bestimmt werden.
Wo die optische Faser 13 als optische Faser mit kegelförmigem sphärischen Ende ausgebildet ist, kann der Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung ein vertiefter Teil sein, der an einem Endteil der ersten Führungsnut 14 benachbart zum Wellenleiter 12 ausgebildet ist und eine Breite hat, die kleiner als diejenige der ersten Führungsnut 14 ist, um an einem Endteil der optischen Faser mit kegelförmigem sphärischen Ende zu stoßen. In diesem Fall kann die Position der optischen Faser 13 in der Richtung ihrer optischen Achse durch Stoßen des Endteils der optischen Faser 13 an den vertieften Teil bestimmt werden.
Da die optische Faser 13 bei einer optimalen Position in der Richtung ihrer optischen Achse in bezug auf den Wellenleiter 12 ohne irgendeine Einstellung mittels des oben beschriebenen Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung angeordnet werden kann, kann verhindert werden, daß die Endfläche der optischen Faser 13 oder des Wellenleiters 13 beschädigt wird. Weiterhin können der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit mit einer einfachen Struktur verbunden und aneinander fixiert werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann. Folglich trägt der Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung zu einer Massenproduktion und einer Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen bei.
Fig. 4 zeigt eine seitliche Aufrißansicht einer weiteren Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faserund stellt einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Gemäß Fig. 4 enthält die gezeigte Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser zusätzlich zu einer optischen Faser 13 und einem Wellenleitersubstrat 11, die gleich denjenigen sind, die oben unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben sind, ein Fasersubstrat 15 mit einer zweiten Führungsnut 16, die darin ausgebildet ist, zum Positionieren der optischen Faser 13. Das Fasersubstrat 15 ist am Wellenleitersubstrat 11 fixiert, wobei seine zweite Führungsnut 16 der ersten Führungsnut 14 gegenüberliegt.
Dann werden ein Endteil (eine Endfläche) 12a des Wellenleiters 12 und ein Endteil (eine Endfläche) 13a der optischen Faser 13 durch Einfügen und Fixieren der optischen Faser 13 zwischen dem Wellenleitersubstrat 11 (dem Substratteil 11A) und dem Fasersubstrat 15 entlang der ersten Führungsnut 14 und der zweiten Führungsnut 16 miteinander verbunden.
Ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Verbinden des Wellenleiters 12 und der optischen Faser 13 miteinander, um die oben unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebene Struktur zu erhalten, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 beschrieben. Gemäß dem Verfahren für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser der vorliegenden Erfindung werden ein Wellenleitersubstrat 11 mit einem Wellenleiter 12 und einer ersten Führungsnut 14, die darauf ausgebildet ist, und ein Fasersubstrat 15 mit einer zweiten Führungsnut 16, die darin ausgebildet ist, zum Positionieren der optischen Faser 13 vorbereitet.
Dann wird das Fasersubstrat 15 am Wellenleitersubstrat 11 (an der Wellenleiterausbildungsschicht 11B) fixiert, wobei die zweite Führungsnut 16 von ihm der ersten Führungsnut 14 gegenüberliegt, und dann wird die optische Faser 13 zwischen dem Wellenleitersubstrat 11 (dem Substratteil 11A) und dem Fasersubstrat 15 entlang der ersten Führungsnut 14 und der zweiten Führungsnut 16 eingefügt und fixiert.
Mit der Struktur und dem Verfahren für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser, die oben beschrieben sind, kann die Position der optischen Faser 13 in bezug auf den Wellenleiter 12 ohne irgendeine Einstellung bestimmt werden, und der Endteil 12a des Wellenleiters 12 und der Endteil 13a der optischen Faser 13 können mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit schnell miteinander verbunden werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann. Folglich gibt es einen Vorteil, daß eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden können.
Der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 können unter Verwendung des Wellenleitersubstrats 11, wobei der Quarz- (SiO&sub2;-)Wellenleiter 12 und die erste Führungsnut 14 mit einem V-förmigen Querschnitt auf einem Siliziumsubstrat (dem Substratteil 11A) ausgebildet sind, und des Fasersubstrats 15, wobei die zweite Führungsnut 16 mit einem V-förmigen Querschnitt auf dem Siliziumsubstrat ausgebildet ist, miteinander verbunden werden. In diesem Fall können das Wellenleitersubstrat 11 und das Fasersubstrat 15 durch eine Anodenverbindung aneinander fixiert werden.
Wo das Wellenleitersubstrat 11 und das Fasersubstrat 15, die oben beschrieben sind, verwendet werden, können der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit mit einer einfachen Struktur schnell verbunden und aneinander fixiert werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann und folglich eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Kosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden können. Ebenso gibt es einen weiteren Vorteil, daß die erste Führungsnut 14 und die zweite Führungsnut 16, die beide einen V-förmigen Querschnitt haben, durch Durchführen eines anisotropen Ätzens sehr schnell ausgebildet werden können, das auf einer bestimmten Kristallorientierung des Siliziumsubstrats (Einkristall) beruht.
In diesem Fall können dann, wenn jedes des Wellenleitersubstrats 11 und des Fasersubstrats 15 aus einem Siliziumsubstrat ausgebildet ist, das Wellenleitersubstrat 11 und das Fasersubstrat 15 durch eine Anodenverbindung miteinander verbunden werden. In diesem Fall können das Wellenleitersubstrat 11 und das Fasersubstrat 15 durch die Kraft zwischen Atomen von Silizium und durch die Kovalenzbindung miteinander verbunden werden. Folglich können das Wellenleitersubstrat 11 und das Fasersubstrat 15 schnell und fest aneinander fixiert werden.
Ein erster Kommunikationspfad, der mit einem Raum zwischen dem Endteil 12a des Wellenleiters 12 und dem Endteil 13a der optischen Faser 13 kommuniziert, kann im Fasersubstrat 15 ausgebildet werden, und die optische Faser 13 kann durch Injizieren eines Lichteinstell-Harzes in den Raum zwischen dem Endteil 12a des Wellenleiters 12 und dem Endteil 13a der optischen Faser 13 mittels des ersten Kommunikationspfads und durch Einführen von Licht einer vorbestimmten Wellenleiter zur optischen Faser 13 zum Härten des Lichteinstell-Harzes am Wellenleiter 12 fixiert werden. Hier kann ein zweiter Kommunikationspfad, der mit der zweiten Führungsnut 16 kommuniziert, im Fasersubstrat 15 ausgebildet werden, und die optische Faser 13 kann mittels eines Bondierungsmittels am Wellenleiter 12 fixiert werden, das über den zweiten Kommunikationspfad injiziert wird. In diesem Fall kann die optische Faser 13 unter Verwendung eines Lichteinstell-Harzes schnell und mit Sicherheit am Wellenleiter 12 fixiert werden, und die Fixierfestigkeit der optischen Faser 13 kann mittels eines Bondierungsmittels erhöht werden.
Oder sonst können die äußere Peripherie des Mantels der optischen Faser 13 sowie der Oberflächenteils des Fasersubstrats 15 und der gegenüberliegende Oberflächenteil des Wellenleitersubstrats 11 einzeln mit Metallfilmen beschichtet werden, während ein Lötmittel-Kommunikationspfad zum Fließenlassen von Lötmittel dort hindurch in einer Kommunikationsbeziehung zur zweiten Führungsnut 16 auf dem Fasersubstrat 15 ausgebildet wird, und die optische Faser 13 kann durch Fließenlassen von Lötmittel in einem Raum zwischen dem Metallfilmen mittels des Lötmittel-Kommunikationspfads am Wellenleiter 12 fixiert werden. Somit kann die optische Faser 13 zwischen dem Wellenleitersubstrat 11 und dem Fasersubstrat 15 mit Sicherheit durch eine metallische Fixierung durch Löten fixiert werden.
In diesem Fall kann ein Kommunikationspfad, der mit einem Raum zwischen dem Endteil 12a des Wellenleiters 12 und dem Endteil 13a der optischen Faser 13 kommuniziert, im Fasersubstrat 15 ausgebildet werden, und die optische Faser 13 kann durch Löten am Wellenleiter fixiert werden, und ein Lichteinstell-Harz kann in den Raum zwischen dem Endteil 12a des Wellenleiters 12 und dem Endteil 13a der optischen Faser 13 mittels des Kommunikationspfads injiziert werden, wonach Licht einer Wellenleiter zur optischen Faser 13 eingeführt wird, um das Lichteinstell-Harz zu härten.
Durch Einführen von Licht einer vorbestimmten Wellenlänge zur optischen Faser 13, um ein Lichteinstell-Harz zu härten, das in den Raum zwischen dem Endteil 12a des Wellenleiters 12 und dem Endteil 13a der optischen Faser 13 nach einer Fixierung der optischen Faser 13 durch Löten injiziert wird, werden der Wellenleiter 12 und die optische Faser 13 miteinander verbunden. Folglich kann die optische Faser 13 schnell und mit Sicherheit am Wellenleiter 12 fixiert werden.

b. Erstes Ausführungsbeispiel

Nimmt man nun Bezug auf Fig. 5, sind dort eine Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser, die durch ein Verfahren für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser ausgebildet ist, und ein Wellenleitersubstrat und eine optische Faser mit einem Fasersubstrat, die für die Verbindung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden, gezeigt.
Die gezeigte Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser enthält ein Wellenleitersubsträt 21 und eine optische Faser 23 mit einem Faserblock (einem Fasersubstrat) 25. Das Wellenleitersubstrat 21 enthält ein Si-Substrat 21A, das als sein Substratkörper dient, und eine SiO&sub2;-(Quarz-)Schicht 21B, auf welcher ein Wellenleiter (ein Kernteil) 22 ausgebildet ist. Das Si-Substrat 21A hat eine erste Führungsnut 24 mit einem V-förmigen Querschnitt, der darauf ausgebildet ist, benachbart zu einem Endteil (einer Endfläche) 22a des Wellenleiters 22 zum Positionieren der optischen Faser 23 auf einer Verlängerungslinie einer optischen Achse des Wellenleiters 22.
Der Faserblock 25 ist an einem Endteil der optischen Faser 23 fixiert. Der Faserblock 25 hat eine zweite Führungsnut 26 mit einem V-förmigen Querschnitt, die darauf ausgebildet ist, zum Fixieren einer optischen Faser, und die optische Faser 23 ist in der zweiten Führungsnut 26 fixiert und wird somit auf dem Faserblock 25 gehalten.
Ein Endteil (eine Endfläche) 23a der optischen Faser 23 ist mit dem Endteil (der Endfläche) 22a des Wellenleiters 22 durch Fixieren eines Oberflächenteils 21a des Wellenleitersubstrats 21 und eines gegenüberliegenden Oberflächenteils 25a des Faserblocks 25 aneinander verbunden, während die am Faserblock 25 fixierte optische Faser in engem Kontakt zur ersten Führungsnut 24 auf dem Wellenleitersubstrat 21 gehalten ist.
Beim Verbindungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann, während die im voraus am Faserblock 25 fixierte optische Faser so fixiert wird, daß ihr peripherer Teil (Mantelteil) in engem Kontakt zur ersten Führungsnut 24 auf dem Wellenleitersubstrat 21 ist, während die erste Führungsnut 24 zum Positionieren einer Faser mit einem hohen Maß an Genauigkeit ausgebildet wird, die Position der optischen Faser 23 in bezug auf den Wellenleiter 22 ohne irgendeine Einstellung bestimmt werden, und der Endteil 22a des Wellenleiters 22 und der Endteil 23a der optischen Faser 23 können schnell miteinander verbunden werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann.
Im folgenden werden ein Aussehen der Verbindungsstruktur, das Wellenleitersubstrat 21 und ein Verfahren zum Herstellen des Wellenleitersubstrats 21 beim ersten Ausführungsbeispiel und Charakteristiken von ihnen beschrieben werden.
Die erste Führungsnut 24 auf dem Wellenleitersubstrat 21 (dem Si-Substrat 21A) zum Positionieren einer Faser sorgt für einen hohen Kopplungsverlust, wenn sie nicht mit einem hohen Maß an Genauigkeit in bezug auf den Wellenleiter 22 ausgebildet ist. Beispielsweise dort, wo eine normale Monomode-Faser (Modenfelddurchmesser: 10 um) mit dem Wellenleiter 22 verbunden ist, dessen Modenfelddurchmesser nahezu 10 um ist, wird ein Versatz von 2 um einen Verlust von 1 bis 2 dB verursachen. Demgemäß hängen die Reduzierung des Verbindungsverlustes und die Charakteristik einer Reproduzierbarkeit davon ab, mit welchem Maß an Genauigkeit die optische Faser in bezug auf die Mittenachse des Wellenleiters 22 positioniert werden kann.
Als erstes ist bezüglich einer Positionierung in der vertikalen Richtung die erste Führungsnut 24 zum Positionieren einer Faser, welche bei der vorliegenden Erfindungsstruktur angewendet wird, eine Nut mit einem V- förmigen Querschnitt, die durch anisotropes Ätzes ausgebildet ist, welches auf einer bestimmten Kristallorientierung des Si-Substrats (Einkristalls) 21A beruht, und die erste Führungsnut 24 kann mit einem hohen Maß an Reproduzierbarkeit durch Steuern des Einstellens von Bedingungen beim Ätzen ausgebildet werden.
Es ist zu beachten, daß, obwohl die erste Führungsnut 24 einen solchen U-förmigen Querschnitt haben kann, wie er in Fig. 6 gezeigt ist, bei welcher die U-Form verwendet ist, die Tiefe der Nut bezüglich der Ätzzeit gesteuert werden muß.
Gegensätzlich dazu kontaktiert die optische Faser 23 dort, wo ein solcher V-förmiger Querschnitt verwendet wird, wie er in Fig. 7 gezeigt ist, mit geneigten Flächen der ersten Führungsnut 24, und demgemäß wird die Steuerbarkeit in der vertikalen Richtung (der Tiefenrichtung) der optischen Faser 23, die auf der ersten Führungsnut 24 zu fixieren ist, im Vergleich mit derjenigen Tiefensteuerung verbessert, die bei dem U-förmigen Querschnitt nötig ist (die Toleranz kann das 1,4-fache von derjenigen einer Führungsnut eines U-förmigen Querschnitts sein).
Beispielsweise dort, wo die Ausbildungsgenauigkeit der Breite eines Maskenmusters zum Ausbilden der ersten Führungsnut 24 des V-förmigen Querschnitts ±1 um ist, kann das Ausmaß eines Versatzes der optischen Faser 23 in der vertikalen Richtung annähernd auf ±0,7 um unterdrückt werden. Tatsächlich kann das Ausmaß an Versatz mit einer Technik, die eine Fotolithographie verwendet, auf kleiner als ±5,im unterdrückt werden was ein Maß ist, welches wenig ausmacht.
Darauffolgend muß bezüglich eines Positionierens der optischen Faser in der Richtung nach links und nach rechts in bezug auf den Wellenleiter 22, um die optische Faser und den Wellenleiter 22 mit einem hohen Maß an Reproduzierbarkeit miteinander zu verbinden, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann, die erste Führungsnut 24 mit V-förmigem Querschnitt mit einem hohen Maß an Genauigkeit in bezug auf die Mittenachse des Wellenleiters 22 ausgebildet werden. Durch eine Mehrfachausbildung der ersten Führungsnut 24 mit V-förmigem Querschnitt durch eine Fotolithographie, die weit verbreitet verwendet wird, ist es aufgrund einer Ausbildung eines starken Versatzes, einer Verteilung in einem Substrat (einer Fehlanordnung, die durch eine Deformierung eines Substrats verursacht wird, die aus einer Verzerrung oder ähnlichem entsteht) und so weiter schwierig, eine Nut mit einem V- förmigen Querschnitt mit entworfenen Dimensionen mit einem hohen Maß an Genauigkeit auszubilden.
Als ein Mittel zum Überwinden dieser Schwierigkeit wird eine Ätzmaske zum Ausbilden einer ersten Führungsnut mit einem V- förmigen Querschnitt bei einem Schritt zum Ausbilden des Wellenleiters (des Kernteils) 22 ausgebildet, und das Muster wird bis zum Schritt zum Ausbilden der ersten Führungsnut 24 gelassen, wonach das Muster beim letzten Schritt entfernt wird.
Durch das oben beschriebene Verfahren wird das Wellenleitersubstrat 21 hergestellt, wobei der Wellenleiter 22 und die erste Führungsnut 24 zum Positionieren einer Faser mit einem hohen Maß an Genauigkeit auf dem Si-Substrat 21A ausgebildet werden.
Darauffolgend wird die optische Faser 23 an der ersten Führungsnut 24 mit einem V-förmigen Querschnitt fixiert, die auf dem Si-Substrat 21A ausgebildet ist, indem ein Bondierungsmittel, ein Lötmaterial oder irgendein anderes geeignetes Mittel verwendet wird, und dann wird die optische Faser 23 so fixiert, daß eine Umfangsfläche (ein Mantel) der optischen Faser 23 in engem Kontakt zur ersten Führungsnut 24 ist, die auf dem Wellenleitersubstrat 21 ausgebildet ist. Eine Fixierung zwischen dem Wellenleitersubstrat 21 und dem Faserblock 25 kann durch Löten erreicht werden, wo Metallfilme an den gegenüberliegenden Oberflächenteilen 21a und 25a des Wellenleiters 21 und des Faserblocks 25 ausgebildet sind, wie es hierin nachfolgend beschrieben ist.
Die Menge eines Bondierungsmittels oder eines Lötmaterials, die bei einer Fixierung zu verwenden ist, muß bis zu einigem Ausmaß gesteuert werden, und wenn die Menge exzessiv groß ist, dann kann das überflüssige Bondierungsmittel oder Lötmaterial aus der ersten Führungsnut 24 oder der Oberfläche der optischen Faser 23 herausfließen, um ein Hindernis für die beabsichtigte Positionierung zu bilden. Jedoch wird der steuerbare Bereich erhöht und wird eine Fixierung erleichtert, indem eine Fließnut und eine Ausfließnut vorgesehen werden. Die Nuten können gleichzeitig mit der Ausbildung der Führungsnut ausgebildet werden, und die Ausbildung der Nuten erfordert keine spezielle Positionieroperation, bei welcher dieselbe Fotolithographie- Maske als Maske für ein Führungsnuten-Muster verwendet wird.
Die optische Faser 23 kann in bezug auf den Wellenleiter 22 schnell positioniert und mit diesem verbunden werden, indem die optische Faser 23 nur gegen die erste Führungsnut 24 gedrückt wird, die mit einem hohen Maß an Genauigkeit ausgebildet ist. Weiterhin kann die optische Faser 23 mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit fixiert werden, indem ein Löten oder ein ähnliches Mittel verwendet wird.
Es ist zu beachten, daß ein Bezugszeichen 27 eine geschnittene Nut bezeichnet, die mittels einer Zerteilungssäge ausgebildet ist, die zum Ausbilden des Endteils 22a des Wellenleiters 22 (zum Ausbilden einer Spiegelfläche) verwendet wird.
Nachfolgend werden die Struktur und das Verfahren für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser sowie das Wellenleitersubstrat zur Verwendung für die Verbindung und das Verfahren zum Herstellen des Wellenleitersubstrats und auch die optische Faser mit einem Fasersubstrat zur Verwendung für die Verbindung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 33 beschrieben werden.
Die Fig. 8 bis 18 stellen mehrere Schritte des Prozesses zum Herstellen des Wellenleitersubstrats beim ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Beim Prozeß werden eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex (eine untere Mantelschicht) 31 und eine Schicht mit hohem Brechungsindex (eine Kernschicht) 32 beispielsweise durch ein Flammenablagerungsverfahren oder ein CVD-(ein chemisches Dampfablagerungs-)Verfahren auf einem Si-Substrat 21A der Kristallfläche von 100 abgelagert, auf welcher eine erste Führungsnut 24 mit einem V-förmigen Querschnitt auszubilden ist. Die Dicken der Schichten 31 und 32 sind jeweils näherungsweise 20 um und 10 um.
Darauffolgend werden Maskenmuster (Maskenelemente) 33A, 33B und 33C aus einem Film aus Si, Cu oder irgendeinem anderen geeigneten Material teilweise auf der Schicht 32 mit hohem Brechungsindex ausgebildet, wie es in den Fig. 9 und 10 gezeigt ist. Es ist zu beachten, daß beim ersten Ausführungsbeispiel ein Si-Film für die Maskenmuster ausgebildet wird. Für die so ausgebildeten Maskenmuster 33A bis 33C wird ein Material mit einer niedrigeren Ätzrate als demjenigen für die Schicht 31 mit niedrigem Brechungsindex und die Kernschicht 32 verwendet. Ein Teil der Schicht 32 mit hohem Brechungsindex, die mit dem Maskenmuster 33A bedeckt ist, bildet einen Wellenleiterausbildungsbereich, in welchem ein Wellenleiter auszubilden ist, und Vor-Maskenmuster zur Ausbildung einer ersten Führungsnut mit einem V-förmigen Querschnitt werden aus den Maskenmustern 33B und 33C auf einer Verlängerungslinie des Wellenleiterausbildungsbereichs ausgebildet. Anders ausgedrückt wird die erste Führungsnut 24 zum Positionieren einer Faser bei einem nicht bedeckten Teil der Schicht 32 mit hohem Brechungsindex ausgebildet, der zwischen den Maskenmustern 33B und 33C gehalten wird, wie es hierin nachfolgend beschrieben wird.
Die Maskenmuster 33A bis 33C werden durch Dampfablagerung, Sputtern oder irgendein anderes geeignetes Mittel abgelagert, und das Maskenmuster 33A zur Ausbildung eines Wellenleiters und der Vor-Maskenmuster 33B und 33C zur Ausbildung einer Führungsnut werden in einem sehr genau positionierten Zustand durch Durchführen derselben Fotolithographie- Maskenverarbeitung + dem Ätzschritt (RIE (reaktives Ionenätzen) oder ähnliches) ausgebildet. Die Maskenmuster 33A bis 33C werden mit einer Dicke ausgebildet, die ausreichend ist, um zuzulassen, daß die Maskenmuster 33B und 33C zur Ausbildung einer Führungsnut ein Ätzen durch RIE oder ähnliches ertragen, was hierin nachfolgend beschrieben werden wird, wie beispielsweise etwa 5 um.
Ein Teil der Schicht 32 mit hohem Brechungsindex, auf welchem die oben beschriebenen Maskenmuster 33A bis 33C nicht ausgebildet werden, wird, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, unter Verwendung einer RIE-Vorrichtung oder irgendeiner anderen geeigneten Vorrichtung geätzt. Als Ergebnis des Ätzens werden ein Kernteil (Wellenleiter) 22 und ein primäres Maskenmuster (nur eine Schicht mit hohem Brechungsindex) zur Ausbildung auf einer Führungsnut auf der Verlängerungslinie des Wellenleiters 22 ausgebildet.
Hier werden dann, wenn das Maskenmuster 33A auf dem Wellenleiter 22 vorhanden ist, da auszubreitendes Licht durch das Maskenmuster 33A absorbiert wird, nur die Maskenmuster 33B und 33C des Führungsnut-Ausbildungsbereichs geschützt, während nur das Maskenmuster 33A auf dem Wellenleiter 22 durch Ätzen entfernt wird, wie es in Fig. 12 gezeigt ist.
Bei dem Zustand, der in Fig. 12 gezeigt ist, wird eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex (eine obere Mantelschicht oder eine untere Schicht mit niedrigem Brechungsindex) 34 mit einer Dicke von etwa 20 um beispielsweise durch ein CVD-Verfahren auf dem gesamten Bereich ausgebildet, wie es in Fig. 13 gezeigt ist. In diesem Fall wird die Schicht 34 mit niedrigem Brechungsindex ausgebildet, während die primären Maskenmuster 33B und 33C zur Ausbildung einer Führungsnut gelassen werden. Jedoch dann, wenn die Schicht 34 mit niedrigem Brechungsindex durch ein Flammenablagerungsverfahren ausgebildet wird, muß die Schicht 34 mit niedrigem Brechungsindex zwischen den Maskenmustern 33B und 33C mit einem dünnen Film 35 aus einem SiO&sub2;-Material zwischen ihnen angeordnet ausgebildet werden.
Dann wird ein Maskenmaterial, das gleich demjenigen ist, der hierin oben unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 beschrieben ist, abgelagert und gemustert, um eine Maske 36 auszubilden, wie sie in Fig. 14 gezeigt ist, so daß der Bereich der Schichten 34 und 31 mit niedrigem Brechungsindex einschließlich des Wellenleiters (des Kernteils) 22 gegenüber einem Ätzen geschützt werden können. Die Filmdicke der Maske 36, die hier verwendet wird, kann etwa 5 um sein.
Weiterhin wird, während die Bereiche der Schichten 34 und 31 mit niedrigem Brechungsindex einschließlich des Wellenleiters (des Kernteils) 22 mit der Maske 36 geschützt gehalten werden, ein Ätzen mittels einer RIE-Vorrichtung oder irgendeiner anderen geeigneten Vorrichtung durchgeführt, bis das Si-Substrat 21A (Kristallfläche: 100) des Führungsnut- Ausbildungsabschnitts freigelegt ist, wie es in Fig. 15 gezeigt ist.
In diesem Fall werden deshalb, weil die Bereiche der Schichten 34 und 31 mit niedrigem Brechungsindex einschließlich des Wellenleiters (des Kernteils) 22 mit der Metallmaske 36 geschützt sind, sie nicht geätzt. Ebenso dient für den Führungsnut-Ausbildungsteil das beim vorangehenden Schritt gelassene Maskenmaterial als Schutz gegenüber einem Ätzen, so daß eine Führungsnut-Ätzmaske mit einer Filmdicke entsprechend dem Kern (Wellenleiter 22) + untere Mantelschicht (Schicht 31 mit niedrigem Brechungsindex) schließlich ausgebildet wird.
Darauffolgend wird unter Verwendung der Führungsnut-Ätzmaske (Schicht 31 mit niedrigem Brechungsindex und Schicht 32 mit hohem Brechungsindex) mit der Dicke des Kerns + untere Mantelschicht, die auf eine solche Weise ausgebildet sind, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, ein Naßätzen durchgeführt, um eine erste Führungsnut 24 beim freigelegten Teil des Si- Substrats 21A auszubilden, wie es in Fig. 16 gezeigt ist. Für das Ätzmittel wird hier beispielsweise eine Mischung aus Pyrocatechol von 4 Mol-Prozent, Ethylendiamin von 46,4 Mol- Prozent und Wasser von 49,4 Mol-Prozent oder KOH oder irgendein anderes geeignetes Material verwendet.
Die erste Führungsnut 24 mit einem V-förmigen Querschnitt wird aufgrund einer Differenz bezüglich der Ätzrate in ebenen Richtungen ausgebildet, was für ein Einkristall von Si besonders ist, und eine Einstellung der Höhe einer optischen Faser 23, die zu fixieren ist, kann mit einem hohen Maß an Genauigkeit durch Steuern der Breite und der Ätzzeit der Ätzmaske schnell durchgeführt werden. Hier wird die Mitte des Kerns des Wellenleiters 22 mit dem Abstand von 25 um von der Oberfläche aus Si positioniert, und wenn eine optische Faser 23 (Durchmesser: 125 um) bei der Position zu koppeln ist, ist der Musterabstand (Abstand zwischen den Maskenmustern 33B und 33C) zur Ausbildung der ersten Führungsnut 24 etwa 120 um. Bei einer Stufe wird dann, wenn der Schritt zur Ausbildung der ersten Führungsnut 24 auf eine derartige Weise beendet wird, wie es oben beschrieben ist, das Maskenmuster (eine Schicht 31 mit niedrigem Brechungsindex und eine Schicht 32 mit hohem Brechungsindex) zur Ausbildung einer Führungsnut, die nicht mehr nötig ist, entfernt. Eine solche Entfernung kann durch Naßätzen unter Verwendung einer Mischung aus Hydrofluorsäure + Ammoniumfluorid + Wasser oder durch Trockenätzen mit dem mit einem Metallfilm geschützten Wellenleiterteil durchgeführt werden.
Nachdem die Ätzmaske zur Ausbildung einer Führungsnut entfernt ist, wird eine Ausbildung einer Endfläche (eine Ausbildung einer Spiegelfläche) des Wellenleiters (des Kernteils) 22 unter Verwendung eines genauen Schneidsägens (Zerlegungssägens) durchgeführt, um eine geschnittene Nut 27 zwischen dem Wellenleiter 22 und der ersten Führungsnut 24 auszubilden, wie es in Fig. 18 gezeigt ist. Die Schnittlinie wird in diesem Fall so ausgebildet, daß sie sich zur Tiefe von etwa 200 um im Si-Substrat 21A erstreckt. Weiterhin kann die Schnittlinienbreite etwa 20 um sein, und wo eine solche geschnittene Nut 27 vorgesehen ist, kann ein Hindernis, ein Ätzabfall oder ähnliches, welche an einem Grenzteil zwischen dem Wellenleiter 22 und der ersten Führungsnut 24 erzeugt werden, mittels der geschnittenen Nut 27 entfernt werden.
Dann wird, wenn das auf eine solche Weise, wie es oben beschrieben ist, hergestellte Wellenleitersubstrat 21 und der auf eine solche Weise, wie es hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 19 bis 23 beschrieben wird, hergestellte Faserblock 25 durch Löten aneinander zu fixieren sind, ein Metallfilm 37 am Oberflächenteil 21A des Si- Substrats 21A des Wellenleitersubstrats 21 ausgebildet, wie es in den Fig. 32 und 33 gezeigt ist, und zwar beim vorangehenden Schritt zur Ausbildung einer Endfläche. Die Filmdicke des Metallfilms 37 ist dort, wo beispielsweise Au verwendet wird, Ti: 1000 Angström + Au: 2000 Angström.
Bei den hierin oben unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 18 beschriebenen Schritten werden der Wellenleiter 22 und die erste Führungsnut 24 zum Positionieren einer Faser auf einer Verlängerungslinie des Wellenleiters 22 auf dem Si-Substrat 21A ausgebildet.
Nachfolgend werden andere Schritte eines Prozesses zum Herstellen des Faserblocks (des Fasersubstrats) 25 aus Si mit der zweiten Führungsnut 26 mit einem V-förmigen Querschnitt, die zum Koppeln der ersten Führungsnut 24, die am Endteil des Wellenleitersubstrats 21 ausgebildet ist, das auf eine solche Weise hergestellt wird, wie es oben beschrieben ist, und einer optischen Faser 23 weiterhin schnell und mit Sicherheit miteinander verwendet wird, unter Bezugnahme auf die Fig. 19(a) bis 19(j) beschrieben.
Wie es aus den Fig. 19(a) bis 19(j) zu sehen ist, enthält der Faserblock 25 ein Si-Substrat 25A (Kristallfläche: 100), auf welchem ein Muster aus SiO&sub2; durch eine weit verbreitete Fotolithographie ausgebildet wird. In den Fig. 19(a) bis 19(j) bezeichnet ein Bezugszeichen 41 eine SiO&sub2;-Schicht, bezeichnet 42 ein Maskenmaterial und bezeichnet 43 ein Fotolackmaterial.
Bei dem Prozeß werden die Filme der SiO&sub2;-Schicht 41 und das Maskenmaterial 42 bei den Schritten der Fig. 19(b) und 19(c) durch eine EB-Dampfablagerung, ein Sputtern oder irgendein anderes geeignetes Mittel ausgebildet. Weiterhin wird das Mustern bei den Schritten der Fig. 19(e) bis 19(i) durch Fotolithographie/Trockenätzen und Naßätzen durchgeführt.
Dann wird unter Verwendung der Maske (der SiO&sub2;-Schicht 41) zum Ätzen einer zweiten Führungsnut, die mittels der Schritte der Fig. 19(a) bis 19(i) ausgebildet ist, ein Naßätzen durchgeführt, um eine zweite Führungsnut 26 bei einem freigelegten Teil des Si-Substrats 25A auszubilden, wie es in Fig. 19(j) gezeigt ist. Das Ätzmittel kann dann beispielsweise eine Mischung aus Pyrocatechol von 4 Mol- Prozent, Ethylendiamin von 46,4 Mol-Prozent und Wasser von 49,4 Mol-Prozent oder KOH oder irgendein anderes geeignetes Material sein, was gleich wie bei einer Ausbildung der ersten Führungsnut 24 im Wellenleitersubstrat 21 ist, was oben beschrieben ist. Gleich wie bei einer Ausbildung der ersten Führungsnut 24 wird auch die zweite Führungsnut 26 mit einem V-förmigen Querschnitt aufgrund einer Differenz bezüglich der Ätzrate in planaren Richtungen ausgebildet, was für ein Einkristall aus Si besonders ist. Die Größe der zweiten Führungsnut 26 kann gleich derjenigen der ersten Führungsnut 24 sein, die im Wellenleitersubstrat 21 ausgebildet ist.
Wenn die zweite Führungsnut 26 auf dem Si-Substrat 25A ausgebildet wird, wie es oben beschrieben ist, wird eine solche fotolithographische Maske 44, wie sie in Fig. 20 gezeigt ist, zum gleichzeitigen Ausbilden einer solchen Fließnut 45 für ein Lötmittel verwendet, wie es in den Fig. 21 und 22 gezeigt ist. Anders ausgedrückt werden das Muster der zweiten Führungsnut 26 zur Fixierung einer optischen Faser und das Muster der Fließnut 45 zum Fließenlassen von Lötmittel oder irgendeinem anderen Material dort hindurch unter Verwendung derselben fotolithographischen Maske 44 ausgebildet.
Auf diese Weise wird dann, wenn beabsichtigt ist, das Wellenleitersubstrat 21, die optische Faser 23 und den Faserblock 25 unter Verwendung eines Bondierungsmittels zu fixieren, der durch die oben beschriebenen Schritte erhaltene Artikel bzw. Gegenstand in ein Stück einer erforderlichen Größe geschnitten, um den Faserblock 25 fertigzustellen. Jedoch dort, wo ein Löten für die Fixierung verwendet wird, sind die folgenden Schritte erforderlich.
Insbesondere wird, nachdem die zweite Führungsnut 26 auf der Oberfläche des Si-Substrats 25A ausgebildet ist, ein Metallfilm 46 auf der Oberfläche des SI-Substrats 25A durch eine EB-Ablagerung, durch Sputtern oder durch irgendein anderes geeignetes Mittel ausgebildet und dann durch Fotolithographie gemustert, wie es in den Fig. 21 und 22 durch schräge Linien angezeigt ist. Das Mustern des Metallfilms 46 wird für die Innenseite und die Umgebung der zweiten Führungsnut 26 durchgeführt, welche zur Fixierung der optischen Faser 23 nötig sind, und gleichermaßen für die Innenseite der Fließnut 45 für ein Lötmittel sowie am Oberflächenteil 25a des Faserblocks 25, der mit dem Oberflächenteil 21a (dem Metallfilm 37) des Wellenleitersubstrats 21 zu verbinden ist, so daß das Wellenleitersubstrat 21, die optische Faser 23 und der Faserblock 25 durch Löten aneinander fixiert werden können.
Dann wird der Gegenstand bzw. Artikel unter Verwendung einer Schnittsäge schließlich in ein Stück einer erforderlichen Größe geschnitten, um dadurch einen Faserblock 25 mit einer zweiten Führungsnut 26 zu erhalten.
Es ist zu beachten, daß, während der Faserblock 25 beim oben beschriebenen Herstellungsverfahren auf einem separaten Substrat ausgebildet wird, da die zweite Führungsnut 26 eine gleiche Größe zu derjenigen der ersten Führungsnut 24 hat, der Faserblock 25 durch Wegschneiden eines Endteils des Wellenleitersubstrat 21 einschließlich der zweiten Führungsnut 26 ausgebildet werden kann, nachdem die zweite Führungsnut 26 gleichzeitig mit der ersten Führungsnut 24 ausgebildet ist, indem eine Verlängerungslinie der ersten Führungsnut 24 des Wellenleitersubstrats 21 verwendet wird, wie es in Fig. 23 gezeigt ist. Durch eine derartige Herstellung können das Wellenleitersubstrat 21 und der Faserblock 25 effizient gleichzeitig hergestellt werden.
Nachfolgend wird ein Bearbeiten der optischen Faser 23, die bei der Struktur beim ersten Ausführungsbeispiel nötig ist, und das Fixierverfahren zwischen dem Faserblock 25 und der optischen Faser 23 unter Bezugnahme auf die Fig. 24 bis 30 beschrieben werden.
Wo das Wellenleitersubstrat 21, die optische Faser 23 und der Faserblock 25 mittels eines Bondiermittels aneinander fixiert werden, ist eine Metallisierungsbearbeitung für die optische Faser 23 nicht erforderlich. Jedoch dort, wo das Wellenleitersubstrat 21, die optische Faser 23 und der Faserblock 25 durch Löten aneinander fixiert werden, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, ist eine Metallisierung der optischen Faser 23 selbst erforderlich. Es ist jedoch zu beachten, daß bei einer Fixierung der optischen Faser 23 am Wellenleitersubstrat 21 die optische Faser 23 gegenüber dem Wellenleiter durch ein Lötmaterial versetzt werden kann, das zu einer unnötigen Stelle fließt, oder aufgrund einer Filmdickenverteilung eines Metallisierungsmaterials oder von ähnlichem, und demgemäß ist die folgende Bearbeitung für die optische Faser 23 erforderlich.
Insbesondere dann, wenn versucht wird, die gesamte äußere Peripherie des Mantels der optischen Faser 23 mit einem Metallfilm 51 zu beschichten, wie es in Fig. 26 gezeigt ist, ist eine präzise Filmdickensteuerung für die gesamte äußere Peripherie des Mantels der optischen Faser 23 erforderlich. Jedoch wird beim ersten Ausführungsbeispiel deshalb, weil das Lötmaterial nicht an einem Teil der äußeren Peripherie des Mantels der optischen Faser 23 benachbart zur ersten Führungsnut 24 des Wellenleitersubstrats 21 anhaftet, der Metallfilm 51 nicht auf den Teil der äußeren Peripherie des Mantels der optischen Faser 23 aufgetragen, wie es in Fig. 27 gezeigt ist. Demgemäß wird die optische Faser 23 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel nur bei einem Bereich der äußeren Peripherie ihres Mantels mit dem Metallfilm 51 beschichtet, der für eine metallische Fixierung an der zweiten Führungsnut 26 des Faserblocks 25 nötig ist, wie es in den Fig. 24 und 25 gezeigt ist.
Beispielsweise können die folgenden drei Verfahren als Verfahren zum Beschichten der äußeren Peripherie des Mantels der optischen Faser 23 mit dem Metallfilm 51 verfügbar sein.
1 Die äußere Peripherie des Mantels der optischen Faser 23 wird teilweise mit einem Fotolackmaterial durch eine Fotolithographie im voraus geschützt, und nur der nötige Bereich wird mit dem Metallfilm 51 beschichtet (metallisiert).
2 Die optische Faser 23, die über ihrer gesamten äußeren Peripherie metallisiert ist, wird an einem Teil davon (einem Bereich, für welchen der Metallfilm 51 erforderlich ist) mit einem Fotolackmaterial geschützt, und ein Ätzen wird durchgeführt, um einen unnötigen Teil des Metallfilms zu entfernen.
3 Die optische Faser 23, die über ihrer gesamten äußeren Peripherie metallisiert ist, wird am Faserblock 25 fixiert (siehe Fig. 30), und in diesem Zustand wird ein unnötiger Teil des Metallfilms durch eine Verarbeitung entfernt, die gleich derjenigen ist, die beim obigen Verfahren verwendet wird.
Die optische Faser 23, die über etwa eine Hälfte der äußeren Peripherie des Mantels an ihrem Endteil durch das oben beschriebene Verfahren metallisiert (mit dem Metallfilm 51 beschichtet) ist, wird in eine Position auf den Faserblock 25 angeordnet, indem eine Spannvorrichtung oder ähnliches verwendet wird, und ein Lötmittel 52 wird in die Fließnut 45 für Lötmittel injiziert, wie es in den Fig. 28 bis 30 zu sehen ist, und der gesamte Faserblock 25 wird erhitzt.
Wenn die Temperatur des Faserblocks 25 die Auflösungstemperatur des Lötmittels 52 erreicht, fließt das Lötmittel 52 in die zweite Führungsnut 26 aus, und zu diesem Zeitpunkt wird die Temperatur erniedrigt. Folglich werden die optische Faser 23 und der Faserblock 25 aneinander fixiert, um dadurch die optische Faser 23 mit dem Faserblock 25 zu erhalten, wie es in Fig. 30 gezeigt ist.
Nachdem der Faserblock 25 und die optische Faser 23 auf diese Weise aneinander fixiert sind, werden sie mit dem Wellenleitersubstrat 21 verbunden. Wo ein Bondierungsmittel für die Fixierung verwendet wird, wird der Faserblock 25 auf das Wellenleitersubstrat 21 angeordnet, so daß die optische Faser 23 in die erste Führungsnut 24 des Wellenleitersubstrats 21 eingepaßt wird und in engen Kontakt mit dieser gelangt, und dann wird veranlaßt, daß das Bondierungsmittel durch die Fließnut in einen Raum zwischen dem Oberflächenteil 21a des Wellenleitersubstrats 21 und dem gegenüberliegenden Oberflächenteil 25a des Faserblocks 25 fließt, um sie zu fixieren.
Andererseits wird auch dort, wo ein Löten verwendet wird, der Faserblock 25 zuerst auf das Wellenleitersubstrat 21 angeordnet, so daß die optische Faser 23 in die erste Führungsnut 24 des Wellenleitersubstrats 21 eingepaßt wird und in engen Kontakt mit dieser gelangt, und dann wird ein Lötmittel 53 in die Fließnut injiziert, wonach das gesamte Wellenleitersubstrat 21 erhitzt wird, bis seine Temperatur sich auf die Auflösungstemperatur des Lötmittels 53 erhöht, um das Wellenleitersubstrat 21 und den Faserblock 25 aneinander zu fixieren, wie es in den Fig. 31 bis 33 gezeigt ist. Daraufhin breitet sich das Lötmittel 53 zwischen dem Oberflächenteil 21a (dem Metallfilm 37) des Wellenleitersubstrats 21 und dem gegenüberliegenden Oberflächenteil 25a (dem Metallfilm 46) des Faserblocks 25 aus, um eine bezüglich der Festigkeit stabile Fixierung zu erreichen.
Hier ist der Schmelzpunkt (die Auflösungstemperatur) des Lötmittels 53, das für eine Metallfixierung zwischen dem Faserblock 25 und dem Wellenleitersubstrat 21 verwendet wird, derart ausgewählt, daß er niedriger als der Schmelzpunkt des Lötmittels 52 ist, das für eine metallische Fixierung zwischen dem Faserblock 25 und der optischen Faser 23 verwendet wird. Folglich kann eine solche Situation verhindert werden, daß das Lötmittel 52 zwischen dem Faserblock 25 und der optischen Faser 23, die durch eine metallische Fixierung vorangehend aneinander fixiert sind, wie es in Fig. 30 gezeigt ist, durch eine Hitze zum Schmelzen des Lötmittels 53 geschmolzen wird, das für eine spätere metallische Fixierung zwischen dem Faserblock 25 und dem Wellenleitersubstrat 21 verwendet wird, wie es in Fig. 33 gezeigt ist, so daß der Zustand einer metallischen Fixierung zwischen dem Faserblock 25 und der optischen Faser 23 verschlechtert wird.
Der Oberflächenteil 21a des Wellenleitersubstrats 21 und der gegenüberliegende Oberflächenteil 25a des Faserblocks 25 werden auf eine solche Art aneinander fixiert, wie es oben beschrieben ist, und der Endteil 22a des Wellenleiters 22 und der Endteil 23a der optischen Faser 23 können in einem Zustand verbunden und aneinander fixiert werden, in welchem der Kern des Wellenleiters 22 und der Kern der optischen Faser 23 genau zueinander ausgerichtet sind.
Auf diese Weise kann gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Position der optischen Faser 23 relativ zum Wellenleiter 22 ohne irgendeine Einstellung bestimmt werden, und eine Verbindung und eine Fixierung zwischen dem Wellenleiter und der optischen Faser 23 können mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit mit einer einfachen Struktur schnell erreicht werden, so daß ein reduzierter Verlust für ein optisches Signal zur Verfügung gestellt wird, daß zwischen dem Wellenleiter und der optischen Faser 23 kommuniziert wird. Weiterhin können eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Herstellungskosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden.

c. Zweites Ausführungsbeispiel

Nimmt man nun Bezug auf die Fig. 34 und 35 ist dort eine Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser des zweiten Ausführungsbeispiels hat einen im wesentlichen gleichen Aufbau wie die Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser des ersten Ausführungsbeispiels, das in Fig. 5 gezeigt ist, und ist demgemäß eine Modifikation davon. Die Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser des zweiten Ausführungsbeispiels ist jedoch hauptsächlich diesbezüglich unterschiedlich, daß ein Paar von Mechanismen 60a und 60b zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung zum Positionieren der optischen Faser 23 in der Richtung ihrer optischen Achse auf gegenüberliegenden Seiten der Führungsnuten 24 und 26 (der optischen Faser 23) vorgesehen sind.
Die Mechanismen 60A und 60B zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung enthalten ein Paar von zurückgesetzten Teilen 61A und 61B, die am Oberflächenteil 21a des Wellenleitersubstrats 21 auf den gegenüberliegenden Seiten der ersten Führungsnut 24 durch eine hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 36 bis 42 beschriebene Prozedur ausgebildet sind, und ein Paar von vorstehenden Teilen 62A und 62B, die am Oberflächenteil 25A des Faserblocks 25 auf den gegenüberliegenden Seiten der zweiten Führungsnut 26 durch eine weitere hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 46 bis 51 beschriebene Prozedur ausgebildet werden.
Ebenso wird beim vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel zum Zulassen, daß die optische Faser 23, die im voraus am Faserblock 25 fixiert ist, so fixiert wird, daß die äußere Peripherie der optischen Faser 23, die in engem Kontakt mit der ersten Führungsnut 24 auf dem Wellenleitersubstrat 21 ist, während die erste Führungsnut 24 zum Positionieren einer Faser mit einem hohen Maß an Genauigkeit ausgebildet wird, die optische Faser 23 bei einer optimalen Position in der X- Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung (siehe Fig. 35) in bezug auf den Wellenleiter 22 ohne irgendeine Einstellung angeordnet wird.
Übrigens kann die optische Faser 23 beim zweiten Ausführungsbeispiel zum Positionieren der optischen Faser 23 in der Richtung ihrer optischen Achse (Z-Achsenrichtung in Fig. 35) deshalb, weil die Struktur, durch welche die optische Faser 23 nur direkt an den Wellenleiter 22 gestoßen wird, mögliche Beschädigungen oder Erhöhungen des Verlustes am Endteil 22a des Wellenleiters 22 oder am Endteil 23a der optischen Faser 23, wie es hierin oben beschrieben ist, in der Richtung ihrer optischen Achse an einem anderen Teil gegenüber der optischen Faser 23 positioniert werden, ohne die optische Faser 23 direkt zu verwenden.
Insbesondere wird die optische Faser 23 am Faserblock 25 fixiert, an welchem die vorstehenden Teile 62A und 62B ausgebildet sind, und in diesem Zustand werden die vorstehenden Teile 62A und 62B des Faserblocks 25 jeweils in die zurückgesetzten Teile 61A und 61B des Wellenleitersubstrats 21 eingepaßt, wie es in den Fig. 34, 35 und 43 gezeigt ist, und Endflächen 61A der zurückgesetzten Teile 61A und 61B und Endflächen 62A der vorstehenden Teile 62A und 62B werden jeweils aneinander gestoßen.
Folglich kann die optische Faser 23 ohne irgendeine Einstellung bei einer optimalen Position in der Richtung ihrer optischen Achse angeordnet werden. Demgemäß kann mit der Struktur für eine Verbindung eines Wellenleiters und einer optischen Faser des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eine solche Situation, daß die optische Faser 23 exzessiv stark gegen den Wellenleiter 22 gedrückt wird, um den Endteil 22a des Wellenleiters 22 oder den Endteil 23a der optischen Faser 23 zu beschädigen oder die optische Faser 23 selbst zu krümmen, was einen Faktor eines Erhöhens des Verlustes bildet, verhindert werden. Weiterhin können, gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel, der Wellenleiter 22 und die optische Faser 23 mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit mit einer einfachen Struktur schnell verbunden und aneinander fixiert werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann, was zu einer Massenproduktion und einer Reduktion bezüglich der Produktionskosten von Wellenleiterschaltungen beiträgt.
Nachfolgend wird eine Prozedur zum Herstellen des Wellenleitersubstrats 21 mit den zurückgesetzten Teilen 61A und 61B, das beim zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, unter Bezugnahme auf die Fig. 36 bis 42 beschrieben werden. Zuerst werden, wie es in Fig. 36 gezeigt ist, eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex (eine untere Mantelschicht) 31 und eine Schicht mit hohem Brechungsindex (eine Kernschicht) 32 beispielsweise durch ein Flammenablagerungsverfahren oder ein CVD-Verfahren auf einem Si-Substrat 21A der Kristallfläche von 100 abgelagert, auf welchem eine erste Führungsnut 24 mit einem V-förmigen Querschnitt und ein Paar von zurückgesetzten Teilen 61A und 61B auszubilden sind.
Dann werden Maskenmuster (Maskenelemente) 63A, 63B und 63C aus einem Film aus Si, Cu oder irgendeinem anderen geeigneten Material teilweise auf der Schicht 31 mit niedrigem Brechungsindex ausgebildet, wie es in Fig. 37 gezeigt ist. Es ist zu beachten, daß beim zweiten Ausführungsbeispiel ein Si- Film 63 als Maskenmuster ausgebildet wird.
In diesem Fall werden durch ein Dampfablagern des Maskenmusters (des Si-Films) 63 auf der Schicht mit niedrigem Brechungsindex 31 durch eine EB-Dampfablagerung, durch Sputtern oder durch ähnliches, wie es in Fig. 36 gezeigt ist, und dann durch Durchführen desselben fotolithographischen Maskenverarbeitungs- + Ätzschritts (RIE oder ähnliches) wie beim ersten Ausführungsbeispiel das Maskenmuster 63A zur Ausbildung eines Wellenleiters und die Maskenmuster 63B und 63C zur Ausbildung einer Führungsnut und zurückgesetzter Teile in einem Zustand ausgebildet, in welchem sie mit einem hohen Maß an Genauigkeit positioniert sind. Anders ausgedrückt bildet ein Teil der Schicht 31 mit niedrigem Brechungsindex, die mit dem Maskenmuster 63A bedeckt ist, einen Wellenleiterausbildungsbereich, in welchem ein Wellenleiter auszubilden ist. Weiterhin werden durch die Maskenmuster 63B und 63C auf einer Verlängerungslinie des Wellenleiterausbildungsbereichs ein Vormaskenmuster zur Ausbildung einer ersten Führungsnut mit einem V-förmigen Querschnitt und Vormaskenmuster zur Ausbildung eines Paars von zurückgesetzten Teilen an den gegenüberliegenden Seiten der ersten Führungsgruppe ausgebildet.
Dann wird der andere Teil der Schicht 32 mit hohem Brechungsindex, auf welcher die Maskenmuster 63A bis 63C nicht ausgebildet sind, unter Verwendung einer RIE- Vorrichtung oder von ähnlichem geätzt, wie es in Fig. 37 gezeigt ist. Als Ergebnis des Ätzens werden der Kernteil (der Wellenleiter) 22 und das primäre Maskenmuster (nur eine Schicht mit hohem Brechungsindex) zur Ausbildung eines Wellenleiters und von zurückgesetzten Teilen auf einer Verlängerungslinie des Wellenleiters 22 ausgebildet.
Hier wird dort, wo das Maskenmuster 63A auf dem Wellenleiter 22 vorhanden ist, Licht, das sich entlang des Wellenleiters 22 ausbreitet, durch das Maskenmuster 63A absorbiert, und demgemäß werden nur die Maskenmuster 63B und 63C in den Führungsnut-Ausbildungsbereichen geschützt, während nur das Maskenmuster 63A auf dem Wellenleiter 22 durch eine Mehrfachbelichtung oder irgendein anderes geeignetes Mittel entfernt wird, wie es in Fig. 38 gezeigt ist.
In dem in Fig. 38 gezeigten Zustand wird eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex (eine obere Mantelschicht, eine obere Schicht mit niedrigem Brechungsindex) 34 über dem gesamten Bereich mit der Dicke von etwa 20 um beispielsweise durch ein CVD-Verfahren ausgebildet, wie es in Fig. 39 gezeigt ist. In diesem Fall wird die Schicht 34 mit niedrigem Brechungsindex unter Belassen der Maskenmuster 63B und 63C zur Ausbildung einer Führungsnut und zurückgesetzter Teile ausgebildet.
Dann wird ein Maskenmaterial (ein Si-Film), das gleich demjenigen ist, das hierin oben unter Bezugnahme auf Fig. 36 beschrieben ist, auf den Bereichen der Schichten 34 und 31 mit niedrigem Brechungsindex einschließlich des Wellenleiters (des Kernteils) 22 abgelagert und gemustert, um eine Maske 36 auszubilden, so daß die Bereiche gegenüber einem Ätzen (RIE oder ähnlichem) geschützt werden können, wie es in Fig. 39 gezeigt ist. Die Filmdicke der hier verwendeten Maske 36 kann etwa 5 um sein.
Weiterhin wird ein Ätzen mittels einer RIE-Vorrichtung oder von ähnlichem durchgeführt, während die Bereiche der Schichten 34 und 31 mit niedrigem Brechungsindex einschließlich des Wellenleiters (des Kernteils) 22 durch die Masken 36 geschützt bleiben, bis das Si-Substrat 21A (Kristallfläche: 100) im Führungsnut-Ausbildungsteil belichtet wird, wie es in Fig. 40 gezeigt ist.
In diesem Fall werden deshalb, da die Bereiche der Schichten 34 und 31 mit niedrigem Brechungsindex einschließlich des Wellenleiters (des Kernteils) 22 mit der Metallmaske 36 geschützt sind, sie nicht geätzt. Ebenso dienen die Maskenmuster 63B und 63C, die beim vorangehenden Schritt zurückgelassen werden, für den Führungsnut-Ausbildungsteil als Stopper gegenüber einem Ätzen, so daß eine Führungsnut- Ätzmaske für eine Führungsnut und zurückgesetzte Teile mit einer Filmdicke entsprechend dem Kern (dem Wellenleiter 22) + einer unteren Mantelschicht (der Schicht 31 mit niedrigem Brechungsindex) schließlich ausgebildet wird. Darauffolgend werden die Maskenmuster 63B und 63C entfernt.
Danach wird unter Verwendung der Ätzmaske (der Schicht 31 mit niedrigem Brechungsindex und der Schicht 31 mit hohem Brechungsindex) zur Ausbildung einer Führungsnut und zurückgesetzter Teile mit der Dicke des Kerns + der unteren Mantelschicht, die auf eine solche Weise ausgebildet sind, wie es in Fig. 40 gezeigt ist, ein Naßätzen (ein anisotropes Ätzen) durchgeführt, um eine erste Führungsnut 24 bei einem freigelegten Teil des Si-Substrats 21A auszubilden, wie es in Fig. 41 gezeigt ist, und um an den gegenüberliegenden Seiten der ersten Führungsnut 24 ein Paar von zurückgesetzten Teilen 61A und 61B auszubilden, die als die Mechanismen 60A und 60B zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung wirken.
Hier werden beim zweiten Ausführungsbeispiel, während die Maskenmuster (die Schicht 31 mit niedrigem Brechungsindex und die Schicht 32 mit hohem Brechungsindex) zur Ausbildung einer Führungsnut und zurückgesetzter Teile beim ersten Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Hydrofluorsäure oder irgendeinem anderen geeigneten Material entfernt werden, die Maskenmuster gelassen wie sie sind, und die Maskenmuster selbst werden als die Mechanismen 60A und 60B zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung verwendet.
Danach wird eine Ausbildung einer Endfläche (eine Ausbildung einer Spiegelfläche) des Wellenleiters (des Kernteils) 22 unter Verwendung eines präzisen Schneidsägens (Dicing-Sägens) durchgeführt, um eine geschnittene Nut 27 zwischen dem Wellenleiter 22 und der ersten Führungsnut 24 auszubilden, wie es in Fig. 42 gezeigt ist. Wo eine solche geschnittene Nut 27 vorgesehen ist, kann ein Hindernis, ein Ätzabfall oder ähnliches, welches an einem Grenzteil zwischen dem Wellenleiter 22 und der ersten Führungsnut 24 erzeugt ist, mittels der geschnittenen Nut 27 entfernt werden, was gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist.
Zwischenzeitlich werden vorstehende Teile 62A und 62B, die als die Mechanismen 60A und 60B zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung wirken, am Oberflächenteil 25a des Faserblocks 25 bei einer Prozedur ausgebildet, die gleich der Prozedur einer Herstellung eines modifizierten Faserblocks ist, welche hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 46 bis 51 beschrieben wird. Es ist zu beachten, daß auch die zweite Führungsnut 26 und die Fließnut 45 für ein Lötmittel, die mit der zweiten Führungsnut 26 kommuniziert, gleichzeitig mit den vorstehenden Teilen 62A und 62B am Faserblock 25 auf gleiche Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel ausgebildet werden.
Weiterhin wird gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel ein Metallfilm an einem Endteil (einer äußeren Peripherie des Mantels) der optischen Faser 23, den Innenseiten und den Umfängen der zweiten Führungsnut 26 und der Fließnut 45 für ein Lötmittel, dem Oberflächenteil 21a des Wellenleitersubstrats und dem Oberflächenteil 25a des Faserblocks 25, der mit dem Oberflächenteil 21a zu verbinden ist, ausgebildet, so daß das Wellenleitersubstrat 21, die optische Faser 23 und der Faserblock 25 durch eine metallische Fixierung durch Löten aneinander fixiert werden können.
Dann wird auch beim zweiten Ausführungsbeispiel gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel die optische Faser 23 durch eine metallische Fixierung gemäß der hierin oben unter Bezugnahme auf die Fig. 28 bis 30 beschriebenen Prozedur am Faserblock 25 fixiert.
Danach werden die vorstehenden Teile 62A und 62B des Faserblocks 25 in die zurückgesetzten Teile 61A und 61B des Wellenleitersubstrats 21 eingepaßt, wie es hierin oben unter Bezugnahme auf die Fig. 34, 35 und 43 beschrieben ist, und dann wird der Faserblock 25 in Richtung zum Wellenleiter 22 bewegt, bis die Endflächen 61A der zurückgesetzten Teile 61A und 61B und die Endflächen 62a der vorstehenden Teile 62A und 62B jeweils aneinander gestoßen werden.
Folglich wird die optische Faser 23 bei einer optimalen Position in bezug auf den Wellenleiter 22 in der X- Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung sowie der Richtung der optischen Achse ohne irgendeine Einstellung angeordnet. Dann werden gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel der Oberflächenteil 21a des Wellenleitersubstrats 21 und der gegenüberliegende Oberflächenteil 25a des Faserblocks 25 durch eine metallische Fixierung aneinander fixiert, wie es hierin oben unter Bezugnahme auf Fig. 33 beschrieben ist.
Es ist zu beachten, daß, während die zurückgesetzten Teile 61A und 61B beim oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel auf dem Wellenleitersubstrat 21 ausgebildet werden und die vorstehenden Teile 62A und 62B auf dem Faserblock 25 ausgebildet werden, alternativ dazu die vorstehenden Teile auf dem Wellenleitersubstrat 21 ausgebildet werden können, während die zurückgesetzten Teile auf dem Faserblock 25 ausgebildet werden.
Weiterhin kann der Faserblock 25, während der in den Fig. 34, 35 und 43 gezeigte Faserblock 25 nur die vorstehenden Teile 62A und 62B jeweils zum Einpassen in die zurückgesetzten Teile 61A und 61B des Wellenleitersubstrats 21 darauf ausgebildet hat, zusätzlich zu den vorstehenden Teilen 62A und 62B beispielsweise ein weiteres Paar von vorstehenden Teilen 64A und 64B an den gegenüberliegenden Seiten der zweiten Führungsnut 26 zum Einpassen in die geschnittene Nut (die Dicing-Nut) 27 des Wellenleitersubstrats 21 daran ausgebildet haben kann, wie es in den Fig. 44 und 45 gezeigt ist.
Wenn der Faserblock 25, an welchem die optische Faser 23 gehalten wird, auf das Wellenleitersubstrat 21 angebracht wird, werden die vorstehenden Teile 64A und 64B in die geschnittene Nut 27 des Wellenleitersubstrats 21 eingepaßt, so daß sie zusammen mit den vorstehenden Teilen 62A und 62B als ein Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung zum Positionieren der optischen Faser 23 in der Richtung ihrer optischen Achse wirken.
Ein ähnlicher Effekt wie derjenige, der oben beschrieben ist, kann selbst dann erhalten werden, wenn ein anderer Faserblock, der nur die vorstehenden Teile 64A und 64B anstelle der vorstehenden Teile 62A und 62B hat, verwendet wird. Jedoch dort, wo der Faserblock 25 mit sowohl den vorstehenden Teilen 62A und 62B als auch den vorstehenden Teilen 64A und 64B verwendet wird, kann der Ausrichtungsbereich sehr gut sichergestellt werden, und die Zuverlässigkeit bezüglich einer positionsmäßigen Einstellung wird erhöht, und darüber hinaus wird ein Anhaften erleichtert.
Hier wird ein Prozeß zum Herstellen des Faserblocks 25 mit sowohl den vorstehenden Teilen 62A und 62B als auch den vorstehenden Teilen 64A und 64B, der hierin oben unter Bezugnahme auf die Fig. 44 und 45 beschrieben ist, unter Bezugnahme auf die Fig. 46 bis 51 beschrieben werden. Zuerst wird gleich wie beim in Fig. 19 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel eine SiO&sub2;-Schicht 41 auf einem Si- Substrat 25A der Kristallfläche von 100 abgelagert, auf welcher die zweite Führungsnut 26 mit einem V-förmigen Querschnitt und die vorstehenden Teile 62A, 62B, 64A und 64B auszubilden sind, und dann wird eine Si-Schicht als Maskenmaterial 42 durch eine Dampfablagerung auf der SiO&sub2;- Schicht 41 abgelagert, wie es in Fig. 46 gezeigt ist.
Dann wird derselbe fotolithographische Maskenverarbeitungs- + Ätzschritt (RIE oder ähnliches) durchgeführt, um Maskenmuster 65A bis 65d des Maskenmaterials 42 zur Ausbildung vorstehender Teile in einem äußerst genau positionierten Zustand auszubilden, und dann wird ein Teil der SiO&sub2;-Schicht 41, auf welchem die Maskenmuster 65A bis 65D nicht ausgebildet sind, unter Verwendung einer RIE-Vorrichtung oder von ähnlichem geätzt, wie es in Fig. 47 gezeigt ist. Als Ergebnis des Ätzens werden vorstehende Teile 62A, 62B, 64A und 64B einschließlich der SiO&sub2;-Schicht 41 und der Maskenmuster 65A bis 65D ausgebildet.
Darauffolgend wird zum Ausbilden der zweiten Führungsnut 26 am Faserblock 25 eine SiO&sub2;-Schicht 66 über dem gesamten Bereich abgelagert, wie es in Fig. 48 gezeigt ist, und dann wird eine Si-Schicht als Maskenelement 67 durch Dampfablagerung abgelagert.
Dann wird derselbe fotolithographische Maskenverarbeitungs- + Ätzschritt (RIE oder ähnliches) durchgeführt, um Maskenmuster 61A und 61B zur Ausbildung einer Führungsnut in einem sehr genau positionierten Zustand durchgeführt, wie es in Fig. 49 gezeigt ist, und dann wird ein Teil der SiO&sub2;-Schicht 66, auf welcher die Maskenmuster 68A und 68B nicht ausgebildet sind, mittels einer RIE-Vorrichtung oder von ähnlichem geätzt, bis das Si-Substrat 25A beim Führungsnut-Ausbildungsteil freigelegt ist. In diesem Fall werden die Bereiche der vorstehenden Teile 62A, 62B, 64A und 64B deshalb, weil sie mit den Maskenmustern 68A und 68B geschützt sind, nicht geätzt.
Danach werden die Maskenmuster 68A und 68B entfernt, und ein Naßätzen (ein anisotropes Ätzen) wird unter Verwendung der übrigen SiO&sub2;-Schicht 66 als Führungsnut-Ätzmaske durchgeführt, um eine zweite Führungsnut 26 beim freigelegten Teil des Si-Substrats 25A auszubilden, wie es in Fig. 50 gezeigt ist, wonach ein Ätzen mittels einer RIE-Vorrichtung durchgeführt wird, bis das Si-Substrat 25A freigelegt ist.
Folglich bleiben nur die mit den Maskenmustern 65A bis 65D geschützten Teile zurück, und die aus der SiO&sub2;-Schicht 41 und den Maskenmustern 65A bis 65D ausgebildeten vorstehenden Teile 62A, 62B, 64A und 64B und der Faserblock 25 mit der zweiten Führungsnut 26 mit einem V-förmigen Querschnitt werden hergestellt, wie es in Fig. 51 gezeigt ist.
Es ist zu beachten, daß dann, wenn die Maskenmuster 65C und 65D in Fig. 47 bei der Prozedur der Herstellung des Faserblocks 25, die hierin oben unter Bezugnahme auf die Fig. 46 bis 51 beschrieben ist, nicht ausgebildet werden, die vorstehenden Teile 64A und 64B nicht ausgebildet werden, sondern ein anderer Faserblock mit solchen vorstehenden Teilen 62A und 62B hergestellt wird, wie es in den Fig. 34, 35 und 43 gezeigt ist.
Weiterhin kann, obwohl es in den Fig. 46 bis 51 nicht gezeigt ist, die Fließnut 45 für ein Lötmittel, die in Fig. 45 gezeigt ist, gleichzeitig mit einer Ausbildung der zweiten Führungsnut 26 gemäß der genau gleichen Prozedur wie der Prozedur zur Ausbildung der zweiten Führungsnut 26 ausgebildet werden.
In der Zwischenzeit können, während beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Mechanismen 60A und 60B zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung aus den zurückgesetzten Teilen 61A und 61B und den vorstehenden Teilen 62A, 62B, 64A und 64B gebildet sind, wo eine optische Faser, die mit dem Wellenleiter 22 zu verbinden ist, eine kegelförmige optische Faser mit sphärischem Ende ist, die konkaven und konvexen Teile, die oben beschrieben sind, durch einen Mechanismus 69 oder 70 zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung mit einem solchen Aufbau ersetzt werden, wie es beispielsweise in Fig. 52 oder 54 gezeigt ist, und auch in diesem Fall können gleiche Effekte wie die oben beschriebenen erreicht werden. Jedoch dort, wo der Mechanismus 69 oder 70 zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung verwendet wird, wird ein solcher Faserblock 25 (der beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird) ohne vorstehenden Teil, wie er in Fig. 22 gezeigt ist, verwendet.
Weiterhin ist der in Fig. 52 gezeigte Mechanismus 69 zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung als Nutenteil 24A ausgebildet, der am Endteil der ersten Führungsnut 24 benachbart zum Wellenleiter und mit einer kleineren Breite als die erste Führungsnut 24 ausgebildet ist. Der Nutenteil 24A kann beispielsweise durch Modifizieren der Formen der Maskenmuster 33B und 33C (siehe Fig. 13), die zur Herstellung des Wellenleitersubstrats 21 beim ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden, so daß die Endteile, die zum Wellenleiter benachbart sind, eine Breite haben können, die gemäß der Breite des Nutenteils 24A reduziert ist, schnell ausgebildet werden.
Es ist zu beachten, daß bei dem in Fig. 52 gezeigten Wellenleitersubstrat 21 die Maskenmuster (die Schicht 31 mit niedrigem Brechungsindex und die Schicht 32 mit hohem Brechungsindex) zur Ausbildung einer Führungsnut und zurückgesetzter Teile gelassen werden wie sie sind, so daß sie als der Nutenteil 24A einer kleinen Breite verwendet werden, was gleich wie beim hierin oben unter Bezugnahme auf die Fig. 34 bis 43 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel ist.
Beim oben beschriebenen Aufbau wird gleich wie beim ersten und beim zweiten Ausführungsbeispiel, während eine optische Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende durch den Faserblock 25 gehalten wird (in den Fig. 52 und 53 nicht gezeigt), die optische Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende in die erste Führungsnut 24 des Wellenleitersubstrats 21 eingepaßt, um die optische Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende in der X-Achsenrichtung und der Y- Achsenrichtung bezüglich des Wellenleiters 22 zu positionieren.
Gleichzeitig wird die optische Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende in Richtung zum Wellenleiter 22 (in der Richtung nach rechts in Fig. 53) zusammen mit dem Faserblock 25 bewegt, bis ein Endteil 71a der optischen Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende gegen den Nutenteil 24A gestoßen wird, der als Mechanismus 69 zum Positionieren einer optischen Achse, wie er in Fig. 53 gezeigt ist, dient, um die optische Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende in der Richtung ihrer optischen Achse (Z-Achsenrichtung) zu positionieren.
Folglich kann die optische Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende bei einer optimalen Position in der Richtung ihrer optischen Achse ohne irgendeine Einstellung angeordnet werden. Insbesondere dort, wo ein Abstand zwischen der optischen Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende und dem Wellenleiter 22 erforderlich ist, kann die optische Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende genau mit Sicherheit ohne Interferieren mit einem Fortschreiten des optischen Pfads der optischen Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende und ohne Beschädigen des Endteils 22a des Wellenleiters 22 oder des Endteils 71a der optischen Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende positioniert werden.
Der in den Fig. 54 bis 56 gezeigte Mechanismus 70 zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung ist als Nutenteil 24B mit einem V-förmigen Querschnitt ausgebildet, welcher Teil am Endteil der ersten Führungsnut 24 benachbart zum Wellenleiter und mit einer Breite, die kleiner als die erste Führungsnut 24 ist, ausgebildet ist. Es ist zu beachten, daß eine geschnittene Nut (eine Dicing-Nut) 27 zwischen dem Nutenteil 24B und dem Wellenleiter 22 ausgebildet ist, was gleich wie beim ersten und beim zweiten Ausführungsbeispiel ist, und eine weitere geschnittene Nut (Dicing-Nut) 72 auch zwischen der ersten Führungsnut 24 und dem Nutenteil 24B ausgebildet ist.
Ein solcher Nutenteil 24B wird auf die folgende Weise ausgebildet. Insbesondere werden die erste Führungsnut 24 und der Nutenteil 24B zuerst auf eine gleiche Weise wie der in Fig. 52 gezeigte Mechanismus 69 zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung ausgebildet, und dann werden die Maskenmuster (die Schicht 31 mit niedrigem Brechungsindex und die Schicht 32 mit hohem Brechungsindex) zur Ausbildung einer Führungsnut mittels einer Hydrofluorsäure oder ähnlichem entfernt, was gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist.
Dann wird unter Verwendung einer präzisen Schnittsäge (Dicing-Säge) eine geschnittene Nut 27 zwischen dem Nutenteil 24B und dem Wellenleiter 22 ausgebildet, um eine Endfläche des Wellenleiters 22 auszubilden, und eine weitere geschnittene Nut 72 wird auch zwischen dem Nutenteil 24B und der ersten Führungsnut 24 ausgebildet. Wo solche geschnittenen Nuten 27 und 72 ausgebildet sind, können ein Hindernis, ein Ätzabfall oder ähnliches, welches an Grenzteilen zwischen dem Wellenleiter 22 und der ersten Führungsnut 24 und zwischen der ersten Führungsnut 24 und dem Nutenteil 24B erzeugt wird, mittels der geschnittenen Nuten 27 und 72 entfernt werden.
Wie es oben beschrieben ist, wird der Nutenteil 24B mit einem V-förmigen Querschnitt mit einer kleineren Breite und einer kleineren Tiefe als die erste Führungsnut 24 als Mechanismus 70 zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung zwischen der ersten Führungsnut 24 und dem Wellenleiter 22 ausgebildet, wie es in den Fig. 55 und 56 gezeigt ist.
Demgemäß kann gleich dem hierin oben unter Bezugnahme auf die Fig. 52 und 53 beschriebenen Mechanismus 69 zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung durch Stoßen des Endteils 71a der optischen Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende an den Nutenteil 24B, der als Mechanismus 70 zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung, wie er in Fig. 57 gezeigt ist, dient, die optische Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende bei einer optimalen Position in der Richtung ihrer optischen Achse ohne irgendeine Einstellung ohne Interferenz mit einem Fortschreiten des optischen Pfads der optischen Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende und ohne Beschädigen des Endteils 22a des Wellenleiters 22 oder des Endteils 71a der optischen Faser 71 mit kegelförmigem sphärischen Ende angeordnet werden.

d. Dritte Anordnung

Nimmt man nun Bezug auf Fig. 58, ist dort eine Struktur für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser gezeigt, die als die dritte Anordnung bezeichnet ist, die aber die vorliegende Erfindung nicht verkörpert. Die gezeigte Struktur für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser enthält ein Wellenleitersubstrat 81, das ein Siliziumsubstrat (Si- Substrat) 81A enthält, das einen Substratkörper des Wellenleitersubstrats 81 bildet, und eine SiO&sub2;- (Quarz-)Schicht 81B, auf welcher ein Wellenleiter (ein Kernteil) 82 ausgebildet ist. Eine erste Führungsnut 84 mit einem V-förmigen Querschnitt zum Positionieren einer optischen Faser 83 ist auf dem Siliziumsubstrat 81A auf einer Verlängerungslinie einer optischen Achse des Wellenleiters 82 benachbart zu einem Endteil (einer Endfläche) 82a des Wellenleiters 82 ausgebildet, was gleich wie beim ersten und beim zweiten Ausführungsbeispiel ist.
Die Struktur für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser enthält weiterhin ein Fasersubstrat 85, das in der Form eines Siliziumsubstrats ist, das in einer gegenüberliegenden Beziehung zum Siliziumsubstrat 81A über der SiO&sub2;-Schicht 81B ausgebildet und angeordnet ist. Eine zweite Führungsnut 86 mit einem V-förmigen Querschnitt zum Positionieren der optischen Faser 83 ist an einem Endteil des Fasersubstrats 85 ausgebildet, und das Fasersubstrat 85 ist beispielsweise durch ein Anoden-Verbinden (welches hierin nachfolgend beschrieben werden wird) am Wellenleitersubstrat 81 (der SiO&sub2;-Schicht 81B) fixiert, wobei die zweite Führungsnut 86 der ersten Führungsnut 84 gegenüberliegt.
Somit werden durch Einfügen und Fixieren der optischen Faser 83 zwischen dem Wellenleitersubstrat 81 (dem Siliziumsubstrat 81A) und dem Fasersubstrat 85 entlang der ersten Führungsnut 84 und der zweiten Führungsnut 86 der Endteil (die Endfläche 82a) des Wellenleiters 82 und ein Endteil (eine Endfläche) 83a der optischen Faser 83 miteinander verbunden.
Es ist zu beachten, daß in Fig. 58 ein Bezugszeichen 87 einen ersten Kommunikationspfad (ein Kommunikationsloch) bezeichnet, der im Fasersubstrat 85 auf eine derartige Weise ausgebildet ist, um mit einem Raum (in der zweiten Führungsnut 86) zwischen dem Endteil 82a des Wellenleiters 82 und dem Endteil 83a der optischen Faser 83 zu kommunizieren, und 88 einen zweiten Kommunikationspfad (ein Kommunikationsloch), der im Fasersubstrat 85 auf eine derartige Weise ausgebildet ist, um mit einem Teil in der Nähe eines Mittenteils der Längsrichtung der zweiten Führungsnut 86 zu kommunizieren. Die Techniken zur Ausbildung und die Funktionen des ersten Kommunikationspfads 87 und des zweiten Kommunikationspfads 88 werden hierin nachfolgend beschrieben werden.
Übrigens wird, wie es beispielsweise in Fig. 59 gezeigt ist, das Wellenleitersubstrat 81 in einer großen Anzahl (drei in Fig. 59) gleichzeitig auf einem Siliziumwafer 90 ausgebildet, und ein solches Wellenleitersubstrat 81, wie es in den Fig. 60 und 61 gezeigt ist, wird durch Schneiden eines jeweiligen der Wellenleitersubsträte 81 vom Siliziumwafer 90 in einen Chip erhalten.
Die Technik zum Herstellen der Wellenleitersubstrate 81 auf dem Siliziumwafer 90 ist genau gleich der Prozedur, die zum Herstellen des Wellenleitersubstrats 21 beim ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, und der Quarz- Wellenleiter 82, die erste Führungsnut 84 mit einem V- förmigen Querschnitt und so weiter, werden auf dem Siliziumwafer 90 durch Fotolithographie oder Ätzen ausgebildet. Es ist zu beachten, daß das Wellenleitersubstrat 81 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel so ausgebildet wird, daß es ein Paar solcher ersten Führungsnuten 84 an den gegenüberliegenden Seiten des Wellenleiters 82 hat, wie es in den Fig. 59 bis 61 gezeigt ist.
Ebenso wird das Fasersubstrat 85 gleich wie das Wellenleitersubstrat 81 auf einem Siliziumwafer (nicht gezeigt) ausgebildet, und ein solches Fasersubstrat 85, wie es in den Fig. 62 und 63 gezeigt ist, wird durch Schneiden des Siliziumwafers in einen Chip erhalten. Die Technik zum Herstellen des Fasersubstrats 85 auf dem Siliziumwafer ist gleich der Prozedur, die zum Herstellen des Faserblocks 25 beim ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel verwendet wird, und ein Paar von zweiten Führungsnuten 86 mit einem V- förmigen Querschnitt wird auf dem Siliziumwafer durch Fotolithographie, Ätzen oder ähnliches ausgebildet.
Es ist zu beachten, daß eine solche Fließnut 45 für ein Lötmittel, wie sie beim ersten oder beim zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet wird, beim dritten Ausführungsbeispiel nicht auf dem Fasersubstrat 85 ausgebildet wird, sondern ein erster Kommunikationspfad 87, ein zweiter Kommunikationspfad 88 und ein dritter Kommunikationspfad 89 in einer gleich beabstandeten Beziehung voneinander in der Längsrichtung der zweiten Führungsnuten 86 für jeweilige der zweiten Führungsnuten 86 ausgebildet werden, wie es in den Fig. 62 und 63 gezeigt ist.
Die Kommunikationspfade 87, 88 und 89 werden mittels eines Excimer-Lasers oder durch Naßätzen oder durch mechanische Bearbeitung (eine Mikroverdrehung) oder ähnliches als Löcher ausgebildet, so daß sie sich von der Rückseite des Fasersubstrats 85 (der Seite, die von der Seite entfernt ist, an welcher die zweiten Führungsnuten 86 ausgebildet sind) zu den zweiten Führungsnuten 86 erstrecken, wie es in Fig. 63 gezeigt ist.
Es ist zu beachten, daß das Fasersubstrat 85 bei der vorliegenden Anordnung so aufgebaut ist, daß es, wie es in den Fig. 62 und 63 gezeigt ist, einen flachen Oberflächenteil 85A hat, der mit der SiO&sub2;-Schciht 81B des Wellenleitersubstrats 81 in Kontakt zu bringen und daran zu fixieren ist, und die zweiten Führungsnuten 86 und die Kommunikationspfade 87 bis 89 benachbart zu den gegenüberliegenden Enden des flachen Oberflächenteils 85A hat.
Bei der dritten Anordnung werden unter Verwendung des Wellenleitersubstrats 81 und des Fasersubstrats 85, die auf eine solche Weise aufgebaut sind, wie es oben beschrieben ist, der Wellenleiter 82 und die optische Faser 83 gemäß der Prozedur verbunden, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 64 bis 70 beschrieben ist.
Zuerst wird das Fasersubstrat 85 auf einer Oberfläche der SiO&sub2;-Schicht 81B des Wellenleitersubstrats 81 auf eine derartige Weise untergebracht, daß die zweiten Führungsnuten 86 gegenüberliegend zu den ersten Führungsnuten 84 des Wellenleitersubstrats 81 (des Siliziumsubstrats 81A) sind, und dann wird das Fasersubstrat 85 unter Verwendung einer Siliziumanoden-Verbindungsvorrichtung an das Wellenleitersubstrat 81 (das Siliziumsubstrat 81A) angelegt und daran fixiert, wie es in den Fig. 64 und 65 gezeigt ist.
In diesem Fall verwendet die Anoden-Verbindungsvorrichtung ein Infrarot-Mikroskop und kann durch Silizium sehen, und demgemäß wird die Verbindung durchgeführt, während Muster des Wellenleitersubstrats 81 und des Fasersubstrats 85 von der Rückflächenseite (der Oberflächenseite in Fig. 65) des Fasersubstrats 85 beobachtet werden, um ein Positionieren von ihnen zu bewirken.
Hier wird bei der Anodenverbindung dann, wenn versucht wird, Silizium-(Si-)Elemente, ein Siliziumelement und ein SiO&sub2;- Element oder SiO&sub2;-Elemente miteinander zu verbinden, eine Spannung zwischen zwei Wafern (dem Wellenleitersubstrat 81 und dem Fasersubstrat 85) zusammen mit Hitze (von beispielsweise 400 bis 500ºC, 500 kV) angelegt, woraufhin die zwei Wafer aufgrund der Kraft zwischen Atomen und der Kovalenzbindung miteinander verbunden werden.
Nachdem das Wellenleitersubstrat 81 und das Fasersubstrat 85 miteinander verbunden sind, wie es in Fig. 65 gezeigt ist, werden die gegenüberliegenden Enden des Wellenleitersubstrats 81 und des Fasersubstrats 85, die so verbunden sind, geschnitten, um Endflächen auszubilden, um das Wellenleitersubstrat 81 und das Fasersubstrat 85 in einen Chip auszubilden. Wenn ein solches Schneiden durchgeführt wird, wirkt jeder der dritten Kommunikationspfade 89, die im voraus auf dem Fasersubstrat 85 ausgebildet sind und den gegenüberliegenden Endteilen am nächsten angeordnet sind, als Schnittführung. Insbesondere wird ein Schneiden von der Rückflächenseite des Fasersubstrats 85 durchgeführt, während die Position der dritten Kommunikationspfade 89 so bestätigt wird, daß V-förmige Querschnitte der ersten Führungsnut 84 und der zweiten Führungsnut 86 jeweils zu den Endflächen des Wellenleitersubstrats 81 und des Fasersubstrats 85 freigelegt werden.
Dann wird die optische Faser 83 in einen Spalt zwischen den Endteilen des Wellenleitersubstrats 81 und des Fasersubstrats 85 eingefügt, d. h. zwischen dem Siliziumsubstrat 81A und dem Fasersubstrat 85, und zwar entlang der ersten Führungsnut 84 und der zweiten Führungsnut 86, wie es in den Fig. 66 und 67 gezeigt ist. Auf diese Weise wird ein Positionieren der optischen Faser 83 in bezug auf den Wellenleiter 82 ohne irgendeine Einstellung nur durch Einfügen der optischen Faser 83 durchgeführt, was gleich wie beim ersten Ausführungsbeispiel ist.
Nach einer solchen Einfügung der optischen Faser 83 wird ein dünner Stab 91, der aus Metall oder Harzmaterial hergestellt ist, von der Rückflächenseite des Fasersubstrats 85 aus durch einen zugehörigen der zweiten Kommunikationspfade 81 eingefügt, so daß die optische Faser 83 durch den Stab 91 nach unten in einen festen Zustand gestoßen wird, und in diesem Zustand wird ein Lichteinstell-Harz 93 in einen Raum 92 zwischen dem Endteil 82a des Wellenleiters 82 und dem Endteil 83a der optischen Faser 83 von der Rückflächenseite des Fasersubstrats 85 aus durch einen zugehörigen der ersten Kommunikationspfade 87 injiziert.
Für das Lichteinstell-Harz 93 wird beispielsweise ein UV- (Ultraviolett-)Bondierungsmittel verwendet, das beim Empfang von ultravioletten Strahlen gehärtet wird und einen Brechungsindex hat, der gleich demjenigen des Wellenleiters (des Kernteils) 82 ist. Nach dem Injizieren des Lichteinstell-Harzes 93 werden ultraviolette Strahlen zur optischen Faser 83 eingeführt, um das Lichteinstell-Harz 93 in dem Raum 92 zu härten, um dadurch die optische Faser 83 am Wellenleiter 82 zu fixieren, um den Wellenleiter 82 und die optische Faser 83 optisch miteinander zu koppeln.
Weiterhin wird zum Erhöhen der Fixierfestigkeit der optischen Faser 83 ein Bondierungsmittel, wie beispielsweise ein Wärmeeinstell-Epoxyharz-Bondierungsmittel (EPOTEC353ND (Marke) oder ähnliches) durch den zweiten Kommunikationspfad 88 injiziert, in welchem der Stab 91 eingefügt ist, wie es in Fig. 68 gezeigt ist. Folglich wird das Bondierungsmittel durch die zweite Führungsnut 86 in einen Raum eingefüllt, der durch die äußere Peripherie der optischen Faser 83, das Siliziumsubstrat 81A und das Fasersubstrat 85 definiert ist, so daß die optische Faser 83 durch das Bondierungsmittel zwischen dem Siliziumsubstrat 81A und dem Fasersubstrat 85 fixiert ist, um dadurch eine solche Verbindungsstruktur zu bilden, wie sie in Fig. 69 gezeigt ist.
Es ist zu beachten, daß, während die optische Faser 83 bei der oben beschriebenen Anordnung mittels eines Epoxyharz- Bondierungsmittels fixiert wird, die optische Faser 83 alternativ dazu durch Löten zwischen dem Siliziumsubstrat 81A und dem Fasersubstrat 85 fixiert werden kann, wie es in Fig. 70 zu sehen ist.
In diesem Fall wird jedoch ein Löten durchgeführt, bevor das Lichteinstell-Harz 93 (das UV-Bondierungsmittel) injiziert wird.
Weiterhin wird ein Metallfilm 94 (beispielsweise ein Ni/Au- Film, wobei die Filmdicke von Ni 2,5 um und die Filmdicke von Au 0,5 um ist) an einer äußeren Peripherie des Mantels benachbart zum Ende der optischen Faser 83 im voraus durch Plattieren ausgebildet, und wird ein weiterer Metallfilm (beispielsweise ein Cr/Ti/Au-Film, wobei die Filmdicke von Cr 1000 Angström, die Filmdicke von Ti 2000 Angström und die Filmdicke von Au 1000 Angström ist) im voraus vor einer Anodenverbindung auf einem Oberflächenteil 81A (einschließlich der Innenseite der ersten Führungsnut 84) des Siliziumsubstrats 81A und einem Oberflächenteil 85A (einschließlich der Innenseite der zweiten Führungsnut 86) des Fasersubstrats 85 gemustert. Die Meßbarkeit für Lötmittel wird durch Ausbilden der Metallfilme 94 und 95 an der optischen Faser 83, dem Oberflächenteil 81a des Siliziumsubstrats 81A und dem Oberflächenteil 85a des Fasersubstrats 85 auf diese Weise erhöht.
Nachdem die optische Faser 83 zwischen dem Siliziumsubstrat 81A und dem Fasersubstrat 85 eingefügt ist, wie es in Fig. 69 gezeigt ist, wird der Stab 91 von der Rückflächenseite des Fasersubstrats 85 durch den ersten Kommunikationspfad 87 eingefügt, so daß die optische Faser 83 durch den Stab 91 nach unten gestoßen wird, um die optische Faser 83 zu fixieren, und während die Unteranordnung auf etwa 200ºC erhitzt wird, wird Lötmittel von der Rückflächenseite des Fasersubstrats 85 durch den zweiten Kommunikationspfad 88 injiziert. Das Lötmittel wird aufgrund der Meßbarkeit der Metallfilme 94 und 95 in den Raum, der durch die äußere Peripherie der optischen Faser 83, das Siliziumsubstrat 81A und das Fasersubstrat 85 definiert ist, so eingefüllt, daß die optische Faser 83 zwischen dem Siliziumsubstrat 81A und dem Fasersubstrat 85 mittels des Lötmittels fixiert wird.
Dann wird, nachdem das Lötmittel abgekühlt ist, ein Lichteinstell-Harz 93 (ein UV-Bondierungsmittel) in den Raum 92 zwischen dem Endteil 82a des Wellenleiters 82 und dem Endteil 83a der optischen Faser 83 von der Rückflächenseite des Fasersubstrats 85 aus durch den ersten Kommunikationspfad 87 injiziert, und dann werden ultraviolette Strahlen zum Lichteinstell-Harz 93 eingeführt, um das Lichteinstell-Harz 93 in dem Raum 92 zu härten, um die optische Faser 83 am Wellenleiter 82 zu fixieren, um den Wellenleiter 82 und die optische Faser 83 optisch miteinander zu koppeln.
Auf diese Weise wird gemäß der dritten Anordnung deshalb, weil die Position der optischen Faser 83 in bezug auf den Wellenleiter 82 ohne irgendeine Einstellung nur durch Einfügen der optischen Faser 83 zwischen dem Wellenleitersubstrat 81 (dem Siliziumsubstrat 81A) und dem Fasersubstrat 85 entlang der ersten Führungsnut 84 und der zweiten Führungsnut 86 bestimmt werden kann, die Anzahl von Mannstunden reduziert, was die Bearbeitbarkeit verbessert. Weiterhin können der Endteil 82a des Wellenleiters 82 und der Endteil 83a der optischen Faser 83 mit einem hohen Maß an Genauigkeit und mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit mit einem einfachen Aufbau schnell miteinander verbunden werden, so daß ein optisches Signal mit niedrigem Verlust zwischen ihnen kommuniziert werden kann, und folglich eine Massenproduktion und eine Reduzierung bezüglich der Produktionskosten von Wellenleiterschaltungen realisiert werden können.
Weiterhin werden bei der dritten Anordnung geneigte Flächen 96 ausgebildet, wenn die erste Führungsnut 84 und die zweite Führungsnut 86 mit einem V-förmigen Querschnitt durch anisotropes Ätzen ausgebildet werden, und zwar an Endteilen der ersten Führungsnuten 84 und der zweiten Führungsnuten 86 benachbart zum Wellenleiter 82, wie es in Fig. 67 gezeigt ist. Folglich kann die optische Faser 83 dann, wenn sie eingefügt wird, nicht weiter als bis zu den geneigten Flächen 96 in Richtung zum Wellenleiter 82 bewegt werden, und folglich kann verhindert werden, daß der Endteil 83a der optischen Faser 83 direkt an den Endteil 82a des Wellenleiters 82 stößt, und der Endteil 83a der optischen Faser 83 und der Endteil 82a des Wellenleiters 82 können vor einer Beschädigung geschützt werden.
Weiterhin können bei der dritten Anordnung deshalb, weil das Wellenleitersubstrat 81 (die SiO&sub2;-Schicht 81B) und das Fasersubstrat 85 durch die Kraft zwischen Atomen von Si und die Kovalenzbindung miteinander verbunden werden, das Wellenleitersubstrat 81 und das Fasersubstrat 85 sehr schnell mit hoher Festigkeit fixiert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die spezifisch beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und Variationen und Modifikationen können durchgeführt werden, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Struktur für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser, die folgendes aufweist:

eine optische Faser (13);

ein Wellenleitersubstrat (11) mit einem Wellenleiter (12), der integral darauf ausgebildet ist, wobei das Wellenleitersubstrat (11) eine erste Führungsnut (14) hat, die darauf benachbart zu einem Endteil (12a) des Wellenleiters (12) ausgebildet ist und die angeordnet ist, um die optische Faser (13) darin in optischer Ausrichtung mit dem Wellenleiter zu positionieren;

ein Fasersubstrat (15), das zum Halten der optischen Faser (13) darauf in einer zweiten Führungsnut angeordnet ist, wobei die zweite Führungsnut mit einem Metallfilm beschichtet ist;

wobei ein Teil einer Hauptoberfläche (11a) des Wellenleitersubstrats (11) und ein Teil einer Hauptoberfläche (15a) des Fasersubstrats (15) in einer gegenüberliegenden Beziehung aneinander befestigt sind, wobei die am Fasersubstrat (15) befestigte optische Faser (13) in engem Kontakt zur ersten Führungsnut (14) auf dem Wellenleitersubstrat (11) gehalten wird;

wobei die optische Faser (13) eine auf einen Bereich einer äußeren Peripherie eines Mantels aufgetragene metallische Beschichtung hat, wobei die metallische Beschichtung auf den Bereich beschränkt ist, der der metallisierten zweiten Führungsnut gegenüberliegt, so daß nur Teile, die für eine metallische Fixierung an der zweiten Führungsnut (16) nötig sind, mit Metall beschichtet sind, wobei die optische Faser (13) am Fasersubstrat (15) durch eine metallische Fixierung befestigt ist, die durch Fließenlassen von Lötmittel in der zweiten Führungsnut erreicht wird, während die optische Faser (13) in der Führungsnut (16) angebracht ist;

wobei der Wellenleiter (12) und die optische Faser (13) durch metallische Fixierungs-Metallfilme miteinander verbunden sind, die auf dem Oberfächenteil (11a) des Wellenleitersubstrats (11) und dem Oberflächenteil (15a) des Fasersubstrats (15) vorgesehen sind, die einander gegenüberliegen.

2. Struktur für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser nach Anspruch 1, wobei das Fasersubstrat (15) eine Lötmittel-Zufuhrnut (45) darauf ausgebildet hat und mit der zweiten Führungsnut (16) in Kommunikationsverbindung steht, um Lötmittel dort hindurch fließen zu lassen, um für eine metallische Fixierung des Fasersubstrats (15) an der optischen Faser (13) verwendet zu werden.

3. Struktur für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung über dem Wellenleitersubstrat (11) und dem Fasersubstrat (15) zum Positionieren der optischen Faser (13) in einer Richtung ihrer optischen Achse vorgesehen ist.

4. Struktur für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser nach Anspruch 3, wobei der Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung einen rückgesetzten Teil enthält, der auf entweder dem Wellenleitersubstrat (11) oder dem Fasersubstrat (15) ausgebildet ist, und einen komplementären vorstehenden Teil, der auf dem anderen des Wellenleitersubstrats (11) oder des Fasersubstrats (15) ausgebildet ist.

5. Struktur für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser nach Anspruch 3, wobei· der Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung eine Dicing-Nut bzw. eine Nut zum würfelartigen Zerlegen enthält, die auf dem Wellenleitersubstrat (11) ausgebildet ist, und einen vorstehenden Teil, der auf dem Fasersubstrat (15) ausgebildet ist, damit er in die Dicing-Nut paßt.

6. Struktur für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser nach Anspruch 3, wobei die optische Faser (13) als eine kegelförmige optische Faser mit sphärischem Ende ausgebildet ist und der Mechanismus zum Positionieren einer optischen Achsenrichtung ein Nutenteil ist, der an einem Endteil der ersten Führungsnut (14) benachbart zum Wellenleiter (12) ausgebildet ist und eine Breite hat, die kleiner als diejenige der ersten Führungsnut (14) ist, um an einen Endteil der kegelförmigen optischen Faser mit sphärischem Ende anzustoßen.

7. Verfahren für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser zum Verbinden eines Endteils einer optischen Faser mit einem Endteil eines Wellenleiters, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Vorbereiten eines Wellenleitersubstrats (11) mit einem Wellenleiter (12), der darauf integral ausgebildet ist und eine erste Führungsnut (14) hat, die darauf benachbart zu einem Endteil (12a) des Wellenleiters (12) ausgebildet ist und angeordnet ist, um die optische Faser (123) darin in optischer Ausrichtung zum Wellenleiter zu positionieren;

Vorbereiten eines Fasersubstrats (15), das zum Halten der optischen Faser (13) darauf in einer zweiten Führungsnut (16) angeordnet ist, wobei die zweite Führungsnut mit einem Metallfilm beschichtet ist;

Auftragen einer metallischen Beschichtung auf eine äußere Peripherie eines Mantels der Faser, wobei die metallische Beschichtung auf den Bereich beschränkt ist, der der metallisierten zweiten Führungsnut gegenüberliegt, so daß nur Teile, die für eine metallische Fixierung an der zweiten Führungsnut (16) des Fasersubstrats (15) nötig sind, mit Metall beschichtet sind;

Fixieren der optischen Faser (13) am Wellenleitersubstrat (11) durch Fließenlassen von Lötmittel in der zweiten Führungsnut (16), während die optische Faser (13) in der zweiten Führungsnut (16) angebracht ist; und

Fixieren eines Oberflächenteils (11a) des Wellenleitersubstrats (11) und eines gegenüberliegenden Oberflächenteils (15a) des Fasersubstrats (15) aneinander, um dadurch die optische Faser (13), die am Fasersubstrat (15) fixiert ist, in engem Kontakt zur ersten Führungsnut (14) auf dem Wellenleitersubstrat (11) zu halten.

8. Verfahren für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser nach Anspruch 7, wobei das Fasersubstrat (15) eine Lötmittel-Zufuhrnut (45) zum Fließenlassen von Lötmittel darin und dort hindurch enthält, um für eine metallische Fixierung an der optischen Faser (13) verwendet zu werden, die in einer Kommunikationsverbindungsbeziehung zur zweiten Führungsnut (16) ausgebildet ist, und der Schritt zum Fixieren der optischen Faser (13) ein Fließenlassen von Lötmittel in und durch die Lötmittel-Zufuhrnut (45) enthält, um die optische Faser (13) am Fasersubstrat (15) zu fixieren.

9. Verfahren für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser nach Anspruch 7, wobei der Schritt zum Fixieren des Oberflächenteils (11a) des Wellenleitersubstrats (11) an dem gegenüberliegenden Oberflächenteil (15a) des Fasersubstrats (15) eine metallische Fixierung unter Verwendung eines Lötmittelmaterials enthält, das einen Schmelzpunkt hat, der niedriger als der Schmelzpunkt des Lötmittelmaterials ist, das zum Fixieren des Fasersubstrats (15) und der optischen Faser (13) miteinander verwendet wird.

10. Verfahren für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser nach Anspruch 7, wobei der Wellenleiter (12) und die optische Faser (13) unter Verwendung des Wellenleitersubstrats (11) miteinander verbunden werden, wobei ein Quarz-Wellenleiter und eine erste Führungsnut (14) mit einem V-förmigen Querschnitt auf einem Siliziumsubstrat (11A) und dem Fasersubstrat (15) ausgebildet werden, wobei eine zweite Führungsnut (16) mit einem V-förmigen Querschnitt auf dem Fasersubstrat (15) ausgebildet wird, und wobei die optische Faser (13) in der zweiten Führungsnut (16) gehalten wird.

11. Verfahren für eine Verbindung zwischen einem Wellenleiter und einer optischen Faser nach Anspruch 7, wobei die Vorbereitung des Wellenleitersubstrats (11) und des Fasersubstrats (15) ein erstes Ausbilden des Fasersubstrats (15) als einen Teil des Wellenleitersubstrats (11) aufweist, wobei die zweite Führungsnut (16) eine Erweiterung der ersten Führungsnut (14) ist, und ein darauffolgendes Trennen des Fasersubstrats vom Wellenleitsubstrat (11) durch Schneiden.