(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、クラッドと光導波路コアからなる光導波路の一部を取り除いて光素子の搭載部を形成した光モジュールにおいて、
前記光導波路の端部を傾斜面とするとともに、該傾斜面の前記基板に対する延長方向に連続する傾斜面と、前記光導波路の端部と対向する前記搭載部とに傾斜面を有する切削溝を形成し、
前記搭載部の底面及び前記光導波路コアを覆う上部クラッドの上面に、前記光導波路の端部および前記切削溝の傾斜面を介して電気配線を連続的に設けたことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
基板上に、クラッドと光導波路コアからなる光導波路の一部を取り除いて光素子の搭載部を形成した光モジュールにおいて、
前記光導波路の端部に複数の段差を設け、該段差を覆うようにして前記光導波路上及び前記搭載部の底面に、前記段差に角が露出しない程度の厚さの透明膜を形成するとともに、
該透明膜に沿って前記搭載部の上部及び前記光導波路コアを覆う上部クラッドの上部に電気配線を連続的に設けたことを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
前記光導波路の端部と前記光素子の間隙に、該光導波路と屈折率を整合させた透明樹脂を充填したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
【請求項４】
基板上に、クラッドと光導波路コアからなる光導波路の一部を取り除いて光素子の搭載部を形成する光モジュールの製造方法において、
前記光導波路の一部を除去した後に、Ｖ字状に切削面が形成される加工具を用いた切削加工により、前記光導波路の端部を傾斜面とするとともに、該傾斜面の前記基板に対する延長方向に連続する傾斜面と、前記光導波路の端部と対向する前記搭載部とに傾斜面を有する切削溝を形成するとともに、
前記搭載部の底面及び前記光導波路コアを覆う上部クラッドの上面に、前記光導波路の端部および前記切削溝の前記傾斜面を介して電気配線を連続的に形成することを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項５】
基板上に、クラッドと光導波路コアからなる光導波路の一部を取り除いて光素子の搭載部を形成する光モジュールの製造方法において、
前記光導波路の端部に複数の段差を設け、該段差に角が露出しない程度の厚さの透明膜を形成して傾斜面を形成し、
前記搭載部の上部及び前記光導波路コアを覆う上部クラッドの上部に前記傾斜面を介して電気配線を連続的に形成したことを特徴とする光モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記光導波路の端部と前記光素子の間隙に、該光導波路と屈折率を整合させた透明樹脂を充填したことを特徴とする請求項４および５に記載の光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面光導波回路を用いた光回路部品で光素子を搭載する光モジュール及びその製造方法に関し、より詳細には、光導波路の端部を実質的に傾斜面として電気配線を容易にした光モジュール技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路基板を用いてその基板平面上に光ハイブリッド集積した光モジュールは、光素子を駆動するために基板上に電気配線を引き回す必要がある（例えば中須賀他、１９９６年、電子情報通信学会総合大会Ｃ−２０５）。
【０００３】
図６（ａ），（ｂ）は、従来の光モジュールを示す図で、光素子１５は、シリコン基板１１のクラッド１２ａと光導波路コア１２ｂとを除去して、シリコン基板１１をむき出しにした部分に、半田１３ｃと電気配線１３ａを形成して搭載部１４に固定されるように構成されている。光素子１５の固定部である半田１３ｃから出た電気配線１３ａは、クラッド１２ａ上の電気配線１３ｂに接続されている。電気配線１３ｂは、容量の観点からクラッド１２ａ上に形成することが望ましく、電気配線１３ｂを引き回す部分の大半はクラッド１２ａ上に展開されている。このようにして、シリコン基板１１を用いることにより、光導波路１２によるパッシブ光部品と、光素子１５によるアクティブ光部品の集積化を可能にしている。なお、１９はパッシベーション膜である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光導波路１２のクラッド１２ｂをシリコン基板１１に対してほぼ垂直にエッチングして光導波路１２の端部１２ｃを露出させていたため、垂直面への電気配線の形成が非常に困難であり、光素子１５の搭載部１４とクラッド１２ａの上部に電気配線１３ｂを分離して形成する必要があった。さらに、それらの電気配線１３ｂはワイヤーボンディングで接続するため、ボンディング用のパッドが必要であるなど、ボンディングの手間やパッドの占める割合が大きくなって集積化が困難になるなどの問題があった。
【０００５】
このように、光導波路のクラッド部分を取り除いて光素子の搭載部を形成した光モジュールにおいて、従来、光素子の搭載部と光導波路のクラッド上部に連続して電気配線を形成することが困難であった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光素子の搭載部と光導波路のクラッド上部に連続して電気配線を形成する構造を有する光モジュール及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明の光モジュールは、基板上に、クラッドと光導波路コアからなる光導波路の一部を取り除いて光素子の搭載部を形成した光モジュールにおいて、前記光導波路の端部を傾斜面とするとともに、該傾斜面の前記基板に対する延長方向に連続する傾斜面と、前記光導波路の端部と対向する前記搭載部とに傾斜面を有する切削溝を形成し、前記搭載部の底面及び前記光導波路コアを覆う上部クラッドの上面に、前記光導波路の端部および前記切削溝の傾斜面を介して電気配線を連続的に設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、基板上に、クラッドと光導波路コアからなる光導波路の一部を取り除いて光素子の搭載部を形成した光モジュールにおいて、前記光導波路の端部に複数の段差を設け、該段差を覆うようにして前記光導波路上及び前記搭載部の底面に、前記段差に角が露出しない程度の厚さの透明膜を形成するとともに、該透明膜に沿って前記搭載部の上部及び前記光導波路コアを覆う上部クラッドの上部に電気配線を連続的に設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、前記光導波路の端部と前記光素子の間隙に、該光導波路と屈折率を整合させた透明樹脂を充填したことを特徴とするものである。
【００１７】
また、基板上に、クラッドと光導波路コアからなる光導波路の一部を取り除いて光素子の搭載部を形成する光モジュールの製造方法において、前記光導波路の一部を除去した後に、Ｖ字状に切削面が形成される加工具を用いた切削加工により、前記光導波路の端部を傾斜面とするとともに、該傾斜面の前記基板に対する延長方向に連続する傾斜面と、前記光導波路の端部と対向する前記搭載部とに傾斜面を有する切削溝を形成するとともに、前記搭載部の底面及び前記光導波路コアを覆う上部クラッドの上面に、前記光導波路の端部および前記切削溝の前記傾斜面を介して電気配線を連続的に形成することを特徴とする。
【００１８】
また、基板上に、クラッドと光導波路コアからなる光導波路の一部を取り除いて光素子の搭載部を形成する光モジュールの製造方法において、前記光導波路の端部に複数の段差を設け、該段差に角が露出しない程度の厚さの透明膜を形成して傾斜面を形成し、前記搭載部の上部及び前記光導波路コアを覆う上部クラッドの上部に前記傾斜面を介して電気配線を連続的に形成したことを特徴とするものである。なお、この場合において、段差上には、段差の１／４程度以上の厚さの透明膜をつけることが望ましい。
【００２０】
また、前記光導波路の端部と前記光素子の間隙に、該光導波路と屈折率を整合させた透明樹脂を充填したことを特徴とするものである。
【００２１】
このような構成により、本発明は、光導波路のクラッドを取り除いて光素子の搭載部を形成した光モジュールにおいて、切り立った光導波路の端部に傾斜を設け、光素子の搭載部とクラッドの段差に連続した電気配線を形成することを可能にした。また、屈折率による不連続界面が解消され、本発明の光モジュールを実現するために発生する光素子と光導波路の光軸ズレが抑制される。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の光モジュールの第１実施例を示した図で、光導波路上に光素子の搭載部を設け、光素子をハイブリッド集積した光モジュールの断面図である。図中符号１はシリコン基板で、光導波路２は、シリコン基板１上に形成した石英系光導波路である。シリコン基板１上には、クラッド２ａと光導波路コア２ｂからなる光導波路２が形成されていて、その光導波路２の一部を取り除いて光素子５をシリコン基板１上に搭載する搭載部４が形成されている。
【００２４】
光導波路２の端部２ｃは、傾斜面に形成されているとともに、搭載部４の底面及びクラッド２ａの上面に傾斜面を介して電気配線３が連続的に設けられている。この場合、傾斜面の角度は、搭載部４の底面に対して略６０度であることが望ましい。
【００２５】
このような構成を有する光モジュールは、従来の光導波路の端部が垂直に切り立っているの対して、本実施例では、光導波路２のクラッド２ａのエッチングを反応性イオンエッチングにより加工し、このときの反応ガスと電磁波の出力を調整することにより、傾斜（略６０度）を有する端部２ｃを形成した。この端部２ｃに蒸着により堆積させた電気配線をパターン化して、光素子５の搭載部４とクラッド２ａの上部に連続した電気配線３を形成した。ここで、端部２ｃでは電気配線３の膜厚が薄くなるので、通常の電気配線の厚みに対して１／sin ｕ倍（ｕ＝６０°のとき２倍）の膜厚を蒸着した。このとき光導波路２からの光の出射方向は、スネルの法則に従って、ガラスの屈折率をｎg（約１．４５）として、arcsin（ｎgsin ｕ）（ｕ＝６０°のとき約４６．５°）となる。
【００２６】
このため、図２（ａ）に示したように、光軸６の位置ずれおよび角度ずれがかなり大きくなり、光素子５の活性層５ａの位置を図面上で光素子５の下方に作製しなくてはならない。本実施例では、このような加工を回避するために、図２（ｂ）に示すように、光素子５の固定後に光導波路２の端部２ｃと光素子５の間隙に光導波路２と屈折率を整合した透明なシリコーン樹脂７を充填した。これにより、光導波路２の端部２ｃでは屈折せず、光はほぼ光導波路２の光軸６に沿ってシリコーン樹脂７中を伝搬して光素子５に入射し、結合効率の劣化を抑制できた。ただし、図２（ａ）のように、光素子５と光導波路２の端部２ｃの距離をあらかじめ決めておき、その位置での光スポットの高さが合うように、光素子５の搭載部４の光導波路２からの高さをあらかじめ決めて作製してもよい。
【００２７】
以上のように、クラッドのエッチング条件を調整することにより、クラッドの端部の角度を調整して、電気配線を光導波路のクラッドの端部にはわすことが可能となる。これにより、電気配線の集積化、およびワイヤーボンディングの省略が可能となる。
【００２８】
図３は、本発明における第１実施例の他の具体例を示す図で、端部を形成するために、クラッド２ａと光導波路コア２ｂとをガラス転移点近傍まで加熱し、端部に傾斜を持たせるようにしてもよい。これにより、端部では表面張力により曲面が形成され、ちょうど円弧を描くようになだらかな斜面を有する端部２ｃが形成される。
【００２９】
また、クラッド２ａを垂直にエッチングしたのち、等方的にエッチングする方法により斜面を形成してもよい。例えば、本実施例の石英系光導波路の場合は、フッ酸によりガラスをエッチングすれば、曲率の大きな部分からエッチングされて、図３に示すような丸みを帯びた端部が形成される。
【００３０】
図４は、本発明における第１実施例のさらに他の具体例を示す図で、Ｖ字状に切削面が形成されるカッターを用いて、電気配線３を這いあがらせたい光導波路２の端部２ｃを切削すればよい。この具体例では、シリコン基板１を切り出すダイシングソーにＶ字型のダイシングブレード８を取り付けて切削加工した。こうすれば切削溝の両側に斜面が形成されるため、連続した電気配線３を形成することができる。
【００３１】
図５は、本発明の光モジュールの第２実施例を示す図で、シリコン基板１上に、クラッド２ａと光導波路コア２ｂからなる光導波路２を形成し、その一部を取り除いて光素子５の搭載部４を形成して光モジュールを構成している。光導波路２の端部２ｃを介して光導波路２上及び搭載部４の底面にパッシベーション膜９としての透明膜（ガラス膜）を形成するとともに、ガラス膜に沿って搭載部４の上部及びクラッド２ａの上部に電気配線３を連続的に設ける。
【００３２】
光導波路２は、上述した第１実施例と同様にシリコン基板１上に形成した石英系光導波路である。光導波路２を形成したのち、クラッド２ａをエッチングして光素子５の搭載部４を形成する。このときクラッド２ａのエッチングを２段階に分けて実施する。これにより、高さ２段階の段差のあるクラッドが形成される。この後に、石英ガラスをパッシベーション膜９として堆積し、段差を埋めて角が露出しないようにする。このようにして、約４分の１程度のガラスの厚みがあれば、段差を覆って滑らかな斜面が形成できる。本実施例では各段差の高さがともに１５μｍであるから、約４μｍ程度のガラス膜９を堆積した。この部分に電気配線３を形成し、光素子５の搭載部４の電気配線とクラッド２ａ上部に連続して電気配線３を形成することができる。
【００３３】
なお、製造工程の簡便さにこだわらなければ、段差を増やせば段差を覆うガラス膜の膜厚をさらに減らすことが可能である。また、段差を直接電気配線で覆うようにしてもよい。すなわち、段差に対して約４分の１程度の電気配線を直接蒸着して電気配線の導通をとってもよい。つまり、光導波路の端部に複数の段差を設け、段差を被うようにして搭載部の底面及び前記クラッドの上面に導電性膜を連続的に設けることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光導波路の端部を傾斜面とするとともに、この傾斜面の基板に対する延長方向に連続する傾斜面と、前記光導波路の端部と対向する前記搭載部とに傾斜面を有する切削溝を形成し、搭載部の底面及び光導波路コアを覆う上部クラッドの上面に、前記光導波路の端部および前記切削溝の傾斜面を介して電気配線を連続的に設けたので、光素子の搭載部と光導波路のクラッド上とを結ぶ電気配線の形成を可能とする。
【００３５】
また、光導波路の端部に複数の段差を設け、この段差を覆うようにして光導波路上及び
搭載部の底面に、前記段差に角が露出しない程度の厚さの透明膜を形成したので、光素子の搭載部と光導波路のクラッド上とを結ぶ電気配線の形成を可能とする。
【００３６】
さらに、透明で屈折率が光導波路に一致した樹脂を用いることで、端部に付着した膜による光軸ズレを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光モジュールの第１実施例を示す図であり、（ａ）は光導波路の一部を取りの除いて光素子の搭載部を形成した状態の断面図、（ｂ）は光導波路上に光素子搭載部を設け光素子をハイブリッド集積した状態の断面図である。
【図２】第１実施例の光導波路と光素子の間隙に透明樹脂を注入しない場合と注入した場合の実施例を示す図であり、（ａ）は透明樹脂を注入しない場合の断面図で、（ｂ）は透明樹脂を注入した場合の断面図である。
【図３】第１実施例において、熱によりクラッドを溶融させる場合の断面図である。
【図４】第１実施例において、Ｖ字型のブレードにより加工した場合の断面図である。
【図５】本発明の光モジュールの第２実施例を示す図であり、（ａ）は光導波路の端部近傍のクラッドに段差を設けた場合の断面図で、（ｂ）は光素子の搭載部に光素子を搭載した場合の断面図である。
【図６】従来の光モジュールを示す図であり、（ａ）は光素子の搭載部の斜視図、（ｂ）は光素子の搭載部の断面図である。
【符号の説明】
１  シリコン基板
２  光導波路
２ａ  クラッド
２ｂ  光導波路コア
２ｃ  光導波路の端部
４  光素子の搭載部
５  光素子
５ａ  光素子の活性層
６  光軸
７  シリコーン樹脂
８  ダイシングブレード
９  パッシベーション膜
【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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