(57)【要約】光導波路の材料からなる基体上にクラッド層７を設け、基体およびクラッド層７に溝を形成する。基体およびクラッド層を支持基板１に接合し、この際クラッド層７を支持基板１側に位置させる。基体を加工して薄くすることによって、薄板３０を形成し、溝を貫通させる。光導波路１３Ａの凹部１２側の端面１４Ａを光吸収性材料または光反射性材料９に接触させることで反射鏡を形成する。
2008126653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路の材料からなる基体上にクラッド層を設けるクラッド層形成工程、
前記基体および前記クラッド層に溝を形成する溝形成工程、
前記基体および前記クラッド層を支持基板に接合し、この際前記クラッド層を前記支持基板側に位置させる接合工程、および
前記基体を加工して薄くすることによって薄板を形成し、前記溝をこの薄板に貫通させる薄板化工程
を備えており、前記光導波路の前記溝側の端面を光吸収性材料または光反射性材料に接触させることで反射鏡を形成することを特徴とする、光表面実装用導波路基板の製造方法。
【請求項２】
前記溝が、垂直面から一方の方向へと傾斜した第一の傾斜面と、前記垂直面から反対方向へと傾斜した第二の傾斜面とを有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記光反射性材料または前記光吸収性材料が、前記端面を被覆する膜であることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記溝に低誘電率材料が充填されていることを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記溝が空隙をなしていることを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記溝に前記光反射性材料または前記光吸収性材料が充填されていることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光表面実装用導波路基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信装置の発展に伴い、これらの装置内における信号配線の容量不足が問題となりつつある。これを解消するために、装置内部のプリント基板の銅による電気配線の一部を光導波路に置き換え、電気信号の代わりに光信号を利用することが検討され始めている。装置内部においては、高密度の光配線を限られたスペースに収容する必要があるため、ＩＣやマルチチップモジュールと同じようにレーザーダイオードやフォトダイオードの光電素子を基板表面に実装し、電気配線板と同一の基板に光配線を積層することが検討されている。こうした光表面実装回路基板は、例えば、特開平５−７２４２９号公報、特開２００４−９４０７０号公報に記載されている。
光導波路を電気配線と同一の基板上に積層した光・電気配線基板は、高密度実装が可能である。しかし、光導波路を、レーザーダイオードやフォトダイオードといった光電素子と光学的に結合させるには、光導波路の光路を９０°変換する光路変換技術が要求される。
特開平５−３４５２６号公報では、例えば図１に示すように、光導波路２が形成された基板に、表面３ａから内側へと向かって伸びる溝４を、機械加工およびエッチングによって設けている。この溝４は、基板表面３ａに対して４５°傾斜させる。これによって、光導波路２の端面は溝４に面することになり、光導波路２の端面に光学反射鏡が形成される。光導波路２を伝搬してきた光Ａは、溝４の壁面４ａ、すなわち光学反射鏡で反射され、基板の表面３ａへと向かって伝搬し、基板表面の光電素子５に入射する。
【発明の開示】
【０００３】
しかし、このような反射鏡では、反射鏡による光反射率は、光導波路の屈折率によって定まるために、かなりの光量が矢印Ｃのように空隙４内に入射し、直進し、空隙４の他方の壁面４ｂによって反射され、上昇し、素子５内に入射する。この矢印Ｃのように入射する光量は、光導波路の実効屈折率によって定まるために、ある程度以上低減することは不可能であり、かなりの光量が矢印Ｄのように、目的と異なる経路で素子５内に入射することは避けられない。この結果、時間遅延した光信号が矢印Ｄのように素子５内に入射することになり、遅延信号が真正の信号に対して重畳されることになり、ノイズの原因となる。
本発明の課題は、光表面実装回路基板の反射鏡を製造するのに際して、反射鏡を透過する光の多重反射に起因するノイズをなくし、また生産性の高い方法を提供することである。
本発明は、
光導波路の材料からなる基体上にクラッド層を設けるクラッド層形成工程、
基体およびクラッド層に溝を形成する溝形成工程、
基体およびクラッド層を支持基板に接合し、この際クラッド層を支持基板側に位置させる接合工程、および
基体を加工して薄くすることによって薄板を形成し、溝を薄板に貫通させる薄板化工程
を備えており、光導波路の溝側の端面を光吸収性材料または光反射性材料に接触させることで反射鏡を形成することを特徴とする。
本発明によれば、基体およびクラッド層に溝を形成し，次いで基体およびクラッド層を支持基板に接合し、基体を加工して薄くすることによって光導波路を形成すると共に、溝を薄板に貫通させる。そして、光導波路の溝側の端面を光吸収性材料または光反射性材料に接触させることで反射鏡を形成している。即ち、溝をそのまま反射鏡として使用するものではなく、溝を基体にいったん形成した後、基体を支持基板に接着し、溝と反対側から基体を加工して薄板とするとともに、溝を薄板に貫通させ、溝壁面に反射鏡を形成している。
このような方法であれば、反射鏡を容易に生産性よく形成できる上、反射鏡を透過する透過光の多重反射を防止できるので、光電素子におけるノイズを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、従来例の光表面実装用導波路基板を示す断面図である。
図２は、基体６上に光導波路１０およびクラッド層７を形成した状態を示す断面図である。
図３は、図２の基体に溝８を形成した状態を示す断面図である。
図４は、溝８に面する壁面に光吸収性材料または光反射性材料の膜９を形成した状態を示す断面図である。
図５は、図４の基体を支持基板１に接合した状態を示す断面図である。
図６は、図５の基体を加工した薄板化した状態を示す断面図である。
図７は、溝１２内に低誘電率材料１６が充填されている状態を示す断面図である。
図８は、溝１２内に光吸収性材料または光反射性材料２６が充填されている状態を示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下、図面を適宜参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明においては、まず、光導波路の材料からなる基体上にクラッド層を設ける（クラッド層形成工程）。例えば、図２の例では、支持基体６上にクラッド層７を設けている。この際、光導波路１０を支持基体に設けることができる。光導波路の形成方法は、チタン拡散法やプロトン交換法などの拡散法であってよい。また、この段階では光導波路を形成せず、後述する薄板化加工によって光導波路を形成することもできる。また、薄板を製造してから、薄板内に光導波路を形成することもできる。
光導波路用基板を構成する材料の種類は限定されない。しかし、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸リチウム−タンタル酸リチウム固溶体、Ｋ３Ｌｉ２Ｎｂ５Ｏ１５の各単結晶が特に好ましい。
強誘電体単結晶中には、三次元光導波路の耐光損傷性を更に向上させるために、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、スカンジウム（Ｓｃ）及びインジウム（Ｉｎ）からなる群より選ばれる１種以上の金属元素を含有させることができ、マグネシウムが特に好ましい。分極反転特性（条件）が明確であるとの観点からは、ニオブ酸リチウム単結晶、ニオブ酸リチウムータンタル酸リチウム固溶体単結晶、タンタル酸リチウム単結晶にそれぞれマグネシウムを添加したものが特に好ましい。また、強誘電体単結晶中には、ドープ成分として、希土類元素を含有させることができる。この希土類元素は、レーザー発振用の添加元素として作用する。この希土類元素としては、特にＮｄ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｐｒが好ましい。
クラッド層の材質はＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３を例示できる。
次に、基体およびクラッド層に溝を形成する。この段階では、溝の形態は限定はされない。しかし、溝の少なくとも壁面に光吸収性材料または光反射性材料を接触させるのに適した形態であることが好ましい。この観点から、溝が、垂直面からの一方の方向へと傾斜した第一の傾斜面と、垂直面から反対方向へと傾斜した第二の傾斜面とを有することが好ましい。
例えば図３の例では、クラッド層７および基板６に対して溝８を形成する。溝８は、垂直面Ｖから一方の方向へと傾斜した第一の傾斜面８ａと、垂直面Ｖから反対方向へと傾斜した第二の傾斜面８ｃとを有する。本例では、傾斜面８ａと８ｃとの間に平坦な底面８ｂが形成されている。このような形態とすることによって、光吸収性材料または光反射性材料を容易に各傾斜面に接触させることができる。すなわち、これらの材料からなる膜の形成は比較的容易であり、あるいは、溝内への材料の充填が比較的に容易である。
この観点からは、垂直面Ｖと各傾斜面８ａ、８ｃとの角θ１、θ２は、２０〜７０°であることが好ましく、３０〜６０°であることが更に好ましい。溝の形成方法は特に限定されず、ウエットエッチング、ドライエッチング、イオンミリング、レーザーアブレーション加工、研削加工を例示できる。
次いで、光吸収性材料または光反射性材料からなる膜を、溝の壁面に形成することができる。例えば、図４に示すように、溝８に面する傾斜面８ａ、８ｃおよび底面８ｂを被覆するように膜９を形成できる。膜の形成方法は特に限定されず、化学的気相成長、スパッタリング、真空蒸着を例示できる。
次いで、基体およびクラッド層を支持基板に接合し、この際クラッド層を支持基板側に位置させる。例えば、図５の例では、基体６およびクラッド層７を支持基板１に接合している。接合層は図示省略する。この際、クラッド層７を支持基板１側に位置させる必要がある。
支持基板の材質は、絶縁性が高く、材質内の体積抵抗率が均一で、所定の構造強度を有していることが必要である。この材質としては、シリコン、サファイア、水晶、ガラスを例示できる。
基体と支持基板との接合方法は特に限定されない。両者を接着する場合には、接着剤の材質は特に限定されないが、アクリル系、エポキシ系の紫外線硬化型、熱硬化型、併用型の樹脂を例示できる。
次いで、基体を加工して薄くすることによって薄板を形成する。例えば、図６に示すように、基体を加工して薄くし、薄板３０を形成する。本例では、基体の段階で光導波路が形成されており、この光導波路が薄板内に残留し、スラブ型光導波路１３Ａ、１３Ｂを形成する。このスラブ型光導波路を更にリッジ加工してチャンネル光導波路を形成してもよい。
このように基体を薄くする加工時に、溝を基板の背面側へと貫通させ、例えば図６に示すような貫通溝１２を形成する。各光導波路１３Ａ、１３Ｂの各端面１４Ａ、１４Ｂは、それぞれ光吸収性材料または光反射性材料の膜９によって被覆され、各膜９が凹部１２に露出する。
この溝１２を覆うように光導波路１３Ａ、１３Ｂ上の適切な場所に光電素子を設置する。例えば、光導波路１３Ａを矢印Ａのように伝搬してきた光は、反射面１４Ａで反射されて上方へと矢印Ｂのように光路を変え、上方の光電素子５に入射する。
また、凹部１２は、低誘電率材料によって充填することができる。例えば、図７の例では、溝１２に、低誘電率材料１６が充填されており、また前記の膜９も形成されている。こうした素子を作製するためには、図４の段階で、凹部８内に、低誘電率材料を充填する。
低誘電率材料としては、ポリイミドなど有機樹脂材料や、無機ガラスを例示できる。
また、図８の例では、溝１２に、光吸収性材料または光反射性材料２６が充填されており、また前記の膜９は形成されていない。こうした素子を作製するためには、図３の段階で、凹部８内に、光吸収性材料または光反射性材料を充填し、膜９の形成工程を行わない。
光反射性材料としては、以下を例示できる。
Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｓｉなどの
金属膜
ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５などの
誘電体膜
金属膜と誘電体膜との組み合わせ
誘電体多層膜
光吸収性材料としては、ポリイミド、レジスト、金属ドープガラスを例示できる。
本発明の基板の光導波路上に光電素子を実装することで、光信号を光路変換部品内に閉じ込めたまま、光導波路へ接続できる。なお、前記の各例では、９０°の光路変換を取り上げたが、光路変換の角度は任意に設定することができる。
こうした光電素子としては、フォトダイオードを例示できる。
【実施例】
【０００６】
図２〜図６を参照しつつ説明した前記方法に従い、図６のデバイスを作製した。具体的には，基体６として、厚さ０．５ｍｍのニオブ酸リチウム単結晶のＸカット基板を使用した。基体６上に、Ｔｉ拡散法により、幅６ｕｍ、深さ５ｕｍの光導波路１０を形成した。次に、光導波路１０を作成した表面に厚さ１ｕｍのＳｉＯ２クラッド層７をスパッタ法により形成した。次いで、図３に示すように、基板表面に幅５０ｕｍ、深さ２０ｕｍ、傾斜角θ１、θ２＝４５度の溝８をダイサーによって形成した。溝加工後に、図４に示すように、Ａｌ膜９をスパッタ法により成膜した。
図５に示すように、上記溝付基体６を、溝加工した面が接着面側になるようにして、Ｓｉ基板１上に接着剤により貼り合わせた。貼り合わせ後に、基体６を厚さ６ｕｍまで研磨した（図６参照）。これにより導波路端部で基板に垂直方向に反射させるミラーを形成した。
上記基板を端面研磨し、導波路端面から１．５５ｕｍ用のシングルモードファイバーを結合させた。導波路端部の反射鏡１４Ａで上面に取り出した光量を測定した結果、反射鏡１４Ａでの反射損失は５％以下であった。また、基板上面に受光素子５を取り付けたところ、入射光を受光し、電気信号の振幅に変換することに成功した。
本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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