(57)【要約】【課題】多層光学薄膜の層数を少なくすると共に、製造が容易で、光ファイバーとの位置合わせが容易なファブリペローフィルタを提供すること。【解決手段】固定鏡とこの固定鏡に大きさ可変のギャップを有して対向配置される可動鏡とを有し、ギャップに対応する任意所望の波長の光を選択して透過させるファブリペローフィルタにおいて、固定鏡は、単結晶シリコン基板上に絶縁膜を介して単結晶シリコン層が形成されたＳＯＩ基板上に単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより形成され、可動鏡は、ＳＯＩ基板上に絶縁膜及び単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより単結晶シリコン基板から浮いた中空梁状に形成されると共に、ＳＯＩ基板の面方向で固定鏡に対向配置され、可動鏡をＳＯＩ基板の面方向に駆動して前記ギャップを可変としたことを特徴とするファブリペローフィルタ。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定鏡とこの固定鏡に大きさ可変のギャップを有して対向配置される可動鏡とを有し、前記ギャップに対応する任意所望の波長の光を選択して透過させるファブリペローフィルタにおいて、
前記固定鏡は、単結晶シリコン基板上に絶縁膜を介して単結晶シリコン層が形成されたＳＯＩ基板上に前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより形成され、
前記可動鏡は、前記ＳＯＩ基板上に前記絶縁膜及び前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより前記単結晶シリコン基板から浮いた中空梁状に形成されると共に、前記ＳＯＩ基板の面方向で前記固定鏡に対向配置され、
前記可動鏡を前記ＳＯＩ基板の面方向に駆動して前記ギャップを可変としたことを特徴とするファブリペローフィルタ。
【請求項２】
請求項１記載のファブリペローフィルタにおいて、
前記固定鏡及び前記可動鏡は、前記単結晶シリコン基板の面方向に交互に配置されるシリコン部と空隙部とを有することを特徴とするファブリペローフィルタ。
【請求項３】
請求項１記載のファブリペローフィルタにおいて、
少なくとも一つの光ファイバーをその端面が前記ＳＯＩ基板の面方向で前記固定鏡または前記可動鏡に対向配置されるように設けたことを特徴とするファブリペローフィルタ。
【請求項４】
請求項１記載のファブリペローフィルタにおいて、
前記前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより前記固定鏡及び前記可動鏡が形成される鏡形成部と、
前記前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより前記鏡形成部と分離されて形成される固定部、とを具備し、
前記鏡形成部と前記固定部との間に電圧を印加することに発生する静電力により前記可動鏡を駆動することを特徴とするファブリペローフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、任意所望の波長の光を選択して透過させるファブリペローフィルタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ファブリペローフィルタは、反射率の高い固定鏡と可動鏡との間にギャップを形成させ、互いに向かい合わせた光学フィルタであり、可動鏡を固定鏡の方向に変位させてギャップの大きさを変化させ、ギャップの大きさに応じた波長を選択して透過させるものである。
【０００３】
そして、特定の中心波長λで動作するように設計されたファブリペローフィルタにおいては、固定鏡と可動鏡を構成する多層光学膜の各膜の厚さｄは、λ／４＝ｎｄ（ｎ：屈折率）の条件を満たすように製造される。
そして、ファブリペローフィルタは、２ｎＤ＝Ｎλ’（ｎ：屈折率，Ｎ：整数，Ｄ：ギャップの大きさ）の条件を満たす光の波長λ’を選択して透過させる。
【０００４】
図２（ａ），（ｂ）は従来のファブリペローフィルタの縦断面図である。
図２（ａ），（ｂ）において、２０はＳｉ基板、２１は固定鏡であり、Ｓｉ基板２０上に形成されるＳｉＯ２／ＴｉＯ２等からなる多層光学薄膜により構成される。
２２は固定電極に対向配置される可動鏡であり、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２等からなる多層光学薄膜により構成される。
【０００５】
２３は固定鏡２１の中心部が光学的活性領域２４として露出するように固定鏡２１上に形成される固定電極であり、例えばＡｕ膜で構成されている。
２５は可動鏡２２を支持する支持膜であり、固定鏡２１と可動鏡２２の間にギャップを形成するための例えばポリイミドからなるスペーサ２６ａ，２６ｂを介して固定電極２３に接続されている。
そして、支持膜２５は、Ａｌ膜からなる可動電極２５ａとＳｉＮ膜２５ｂの多層膜から構成されている。
【０００６】
そして、固定電極２３と可動電極２５ａの間に任意所望の波長選択電圧（駆動電圧）を印加して静電力を発生させることにより可動鏡２２を駆動させて固定鏡２１と可動鏡２２の間に形成されるギャップの大きさを変化させることにより、ファブリペローフィルタはそのギャップの大きさに対応する任意所望の波長の光を選択して透過させる。
【０００７】
尚、ファブリペローフィルタの製造にあたっては、Ｓｉ基板２０上に固定鏡２１を構成する多層光学薄膜を堆積させた後、固定電極２３となるＡｕ膜を蒸着し、その後Ａｕ膜の中央部をエッチング除去して光学的活性領域２４を形成する。そしてスペーサ２６ａ，２６ｂとなるポリイミドを前面塗布した後、支持膜２５となるＡｌ膜２５ａ及びＳｉＮ膜２５ｂを堆積させて中央部をエッチング除去し、除去された中央部に可動鏡２２となる多層光学薄膜を堆積させて支持膜２５により支持させる。
そして、スペーサ２６ａ，２６ｂを残してポリイミドをエッチング除去し、エアギャップ構造を作製する。
【０００８】
そして、ファブリペローフィルタを例えば光通信用に使用する場合、図２（ｂ）に示すように、光ファイバー２７ａ、２７ｂをファブリペローフィルタの上下に配置し、光ファイバー２７ａから入射した光はファブリペローフィルタで波長を選択されて光ファイバー２７ｂへ出射される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−２４３９６３号公報
【特許文献２】
特開２０００−１６２５１６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなファブリペローフィルタにおいては、次のような問題点があった。
（１）  支持膜により可動鏡を支持しているため、Ｓｉ基板の応力、可動鏡の応力などにより可動鏡に反りが生じ、光学的な性能（半値幅等）を制御するために可動鏡を構成する多層光学薄膜の層数を増やすことが困難である。
（２）  可動鏡を構成するＴｉＯ２は化学的に安定なためパターニングが困難であり、可動鏡の形成に際してリフトオフの使用、蒸着時におけるハードマスクの使用等が必要となり、製造プロセスが制約を受ける。
（３）基板に垂直方向に配置されるためにその位置合わせが困難である。
【００１１】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、多層光学薄膜の層数を少なくすると共に、製造が容易で、光ファイバーとの位置合わせが容易なファブリペローフィルタを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１においては、固定鏡とこの固定鏡に大きさ可変のギャップを有して対向配置される可動鏡とを有し、前記ギャップに対応する任意所望の波長の光を選択して透過させるファブリペローフィルタにおいて、前記固定鏡は、単結晶シリコン基板上に絶縁膜を介して単結晶シリコン層が形成されたＳＯＩ基板上に前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより形成され、前記可動鏡は、前記ＳＯＩ基板上に前記絶縁膜及び前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより前記単結晶シリコン基板から浮いた中空梁状に形成されると共に、前記ＳＯＩ基板の面方向で前記固定鏡に対向配置され、前記可動鏡を前記ＳＯＩ基板の面方向に駆動して前記ギャップを可変としたことを特徴とするファブリペローフィルタである。
【００１３】
本発明の請求項２においては、請求項１記載のファブリペローフィルタにおいて、前記固定鏡及び前記可動鏡は、前記単結晶シリコン基板の面方向に交互に配置されるシリコン部と空隙部とを有することを特徴とするファブリペローフィルタである。
【００１４】
本発明の請求項３においては、請求項１記載のファブリペローフィルタにおいて、少なくとも一つの光ファイバーをその端面が前記ＳＯＩ基板の面方向で前記固定鏡または前記可動鏡に対向配置されるように設けたことを特徴とするファブリペローフィルタである。
【００１５】
本発明の請求項４においては、請求項１記載のファブリペローフィルタにおいて、前記前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより前記固定鏡及び前記可動鏡が形成される鏡形成部と、前記前記単結晶シリコン層をフォトエッチングすることにより前記鏡形成部と分離されて形成される固定部、とを具備し、前記鏡形成部と前記固定部との間に電圧を印加することに発生する静電力により前記可動鏡を駆動することを特徴とするファブリペローフィルタである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１（ａ）は、本発明によるファブリペローフィルタの構成を示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【００１７】
図１（ａ）、（ｂ）において、ファブリペローフィルタは、単結晶シリコン基板１ａ上に絶縁膜１ｂを介して単結晶シリコン層１ｃが形成されたＳＯＩ基板１を半導体製造技術を用いてマイクロマシン加工することにより形成されている。この場合、単結晶シリコン層１ｃは不純物が高濃度にドープされ、導電性を有している。
【００１８】
単結晶シリコン層１ｃには、フォトエッチングにより鏡形成部２と固定部３とが互いに分離されて形成され、鏡形成部２には、固定鏡４と固定鏡４とエアギャップｇを介して対向配置される可動鏡５とくし型部６ａ，６ｂが形成されている。
【００１９】
固定鏡４は、シリコン部４ａ、空隙部４ｂ、シリコン部４ｃ、空隙部４ｄ、シリコン部４ｅとからなり、シリコン部４ａ、空隙部４ｂ、シリコン部４ｃ、空隙部４ｄ、シリコン部４ｅは、ＳＯＩ基板１上の単結晶シリコン層１ｃをフォトエッチングすることにより形成され、単結晶シリコン基板１ａの面方向に交互に配置されている。
【００２０】
可動鏡５は、シリコン部５ａ、空隙部５ｂ、シリコン部５ｃ、空隙部５ｄ、シリコン部５ｅ、接続部５ｆ，５ｇを有し、シリコン部５ａ、空隙部５ｂ、シリコン部５ｃ、空隙部５ｄ、シリコン部５ｅ、接続部５ｆ，５ｇは、絶縁膜１ｂ及び単結晶シリコン層１ｃをフォトエッチングすることにより単結晶シリコン基板１ａから浮いた中空梁状に形成され、単結晶シリコン基板１ａの面方向に交互に配置されている。
【００２１】
この場合、シリコン部５ａ，５ｃ，５ｅは接続部５ｆ，５ｇによって互いに接続され、シリコン部５ａは端部７ａ，７ｂの両端で固定され、くし型部６ａ，６ｂは接続部５ｆ，５ｇと端部７ａ，７ｂの間に単結晶シリコン基板１ａから浮いた状態でそれぞれ形成されている。
そして、固定鏡４のシリコン部４ｅと可動鏡５のシリコン部５ａとの間には、エッチングによりエアギャップｇが形成されている。
【００２２】
また、固定部３にはくし型部８ａ，８ｂが形成され、このくし型部８ａ，８ｂは鏡形成部２のくし型部６ａ，６ｂとそれぞれ交差した状態で対向配置されおり、固定部と鏡形成部は所定の距離で離間されて配置されている。
【００２３】
そして、光ファイバー９ａは、鏡形成部２に設けられた溝に埋め込まれ、その一方の端面がＳＯＩ基板１の面方向で固定鏡４に対向した状態で固定鏡４のシリコン部４ａに固定されており、光ファイバー９ｂは、その一方の端面がＳＯＩ基板１の面方向で可動鏡５に対向した状態で固定部３に設けられた溝に埋め込まれて固定されている。
この場合、光ファイバー９ａ，９ｂの中心軸を結ぶ線上に固定鏡４及び可動鏡５が配置される。
【００２４】
ところで、特定の中心波長λで動作するように設計されたファブリペローフィルタにおいては、固定鏡４と可動鏡５を構成するシリコン部４ａ，４ｃ，４ｅ，５ａ，５ｃ，５ｅ及び空隙部４ｂ，４ｄ，５ｂ，５ｄの厚さｄは、λ／４＝ｎｄ（ｎ：屈折率）の条件を満たすように製造される。
そして、ファブリペローフィルタは、２ｎＤ＝Ｎλ’（ｎ：屈折率，Ｎ：整数，Ｄ：ギャップの大きさ）の条件を満たす光の波長λ’を選択して透過させる。
【００２５】
シリコンの屈折率は約３．４、空気の屈折率は１であるので、光通信用波長の約１．５μｍの光を使用する場合、シリコン部（高屈折率）の厚さは約１０８ｎｍ、空隙部（低屈折率）の厚さは約３７４ｎｍとなる。
【００２６】
しかし、光ファイバーのコア径は約１０μｍであるので、シリコン部４ａ，４ｃ，４ｅ，５ａ，５ｃ，５ｅの厚さを約１０８ｎｍ、空隙部４ｂ，４ｄ，５ｂ，５ｄの厚さを約３２４ｎｍに製作することは製造技術上困難である。
従って、ラインアンドスペースが約１ｕｍとなるように、シリコン部４ａ，４ｃ，４ｅ，５ａ，５ｃ，５ｅの厚さを約９７２ｎｍ（１０８ｎｍの９倍）、空隙部４ｂ，４ｄ，５ｂ，５ｄの厚さを約１１２５ｎｍ（３７４ｎｍの３倍）に設計する。
【００２７】
尚、ドライエッチングを使用することにより上述のような構造を作成することができるが、単結晶シリコン層１ｃの面方位が（１１０）方向であるＳＯＩ基板を使用して異方性エッチング（ウエットエッチング）を行うことにより同様の構造を作成することができる。
【００２８】
次に、図１に示したファブリペローフィルタの動作について説明する。
鏡形成部２と固定部３の間に駆動電圧Ｖを加えると、離間された両者の対向する部分の間に静電力が加わり、可動鏡５は光ファイバー９ｂの方向に変移し、エアギャップｇの大きさが変化する（大きくなる）。
【００２９】
この場合、静電力の大きさは鏡形成部２と固定部３とが対向する面積の大きさに比例し、固定部３のくし型部８ａ，８ｂは鏡形成部２のくし型部６ａ，６ｂとそれぞれ交差するように対向配置されいるので両者の対向する面積が大きくなっており、可動鏡５の駆動力を大きく取ることができる。
【００３０】
そして、光ファイバー９ａから入力された光は、エアギャップｇの大きさに応じた波長が選択されてファブリペローフィルタを透過し、光ファイバー９ｂに出力される。
【００３１】
そして、鏡形成部２と固定部３の間に加える駆動電圧Ｖを制御してエアギャップｇの大きさを任意所望の大きさに制御することにより、エアギャップｇの大きさに対応した任意所望の波長の光をファブリペローフィルタにより選択して出力させることができる。
【００３２】
このようなファブリペローフィルタは、光学薄膜としての固定鏡４及び可動鏡５を屈折率差が大きいシリコンと空気が交互に配置される構造で形成したので、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを組み合わせた従来の構造に比べて、層数を多くすることなく反射率の高い光学薄膜を得ることができる。
【００３３】
また、光ファイバーとファブリペローフィルタとの位置合わせは従来のような垂直方向ではなく、横方向（ＳＩＯ基板１の面方向）で行われるため、その位置合わせ精度を容易に高くすることができる。
【００３４】
また、上述のようなファブリペローフィルタは、パターニングが困難なＴｉＯ２を使用していないため、シリコンの製造プロセスとの整合性に優れ、容易に製造することができる。
【００３５】
尚、光ファイバー９ａと光ファイバー９ｂとの間に、例えば２キャビティー、３キャビティー等の互いに干渉する複数の上述のようなファブリペローフィルタを形成することにより、全体として半値幅を広くする等の光学特性を高めたファブリペローフィルタを得ることが可能である。
【００３６】
また、光ファイバー９ａ，９ｂのいずれか一方を端面発光レーザーに置き換えることにより、ファブリペローフィルタを波長可変レーザとして使用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光学薄膜（固定鏡及び可動鏡）を屈折率差が大きいシリコンと空気が交互に配置される構造で形成したので、ＴｉＯ２膜とＳｉＯ２膜とを組み合わせた従来の構造に比べて、層数を多くすることなく反射率の高い光学薄膜を得ることができる。
【００３８】
また、本発明によれば、光ファイバーとファブリペローフィルタとの位置合わせを水平方向（ＳＩＯ基板１の面方向）で行うため、その位置合わせ精度を高くすることができる。
【００３９】
また、本発明によれば、パターニングが困難なＴｉＯ２を使用せず、シリコンのみを加工対象とするため、シリコンの製造プロセスとの整合性に優れ、容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるファブリペローフィルタの構成を示す図である。
【図２】従来のファブリペローフィルタの縦断面図である。
【符号の説明】
１  ＳＯＩ基板
１ａ  単結晶シリコン基板
１ｂ  絶縁膜
１ｃ  単結晶シリコン層
２  鏡形成部
３  固定部
４  固定鏡
４ａ，４ｃ，４ｅ  シリコン部
４ｂ，４ｄ  空隙部
５  可動鏡
５ａ，５ｃ，５ｅ  シリコン部
５ｂ，５ｄ  空隙部
６ａ，６ｂ  くし型部
７ａ，７ｂ  端部
８ａ，８ｂ  くし型部
９ａ，９ｂ  光ファイバー
ｇ  エアギャップ
【図１】
2004233412.tif 000003
【図２】
2004233412.tif 000004