(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウム質焼結体から成る基板上に、スパッタリング法またはイオンビーム蒸着法を用いて形成された酸化珪素または珪素から成る中間層を介在させて、水酸基またはアルキル基を有するシロキサン系ポリマから成る層を下部クラッド層とし、前記中間層の表面の水酸基と前記下部クラッド層の前記水酸基またはアルキル基とを脱水重合や脱アルコール重合によって結合させた光導波路を形成したことを特徴とする光導波路基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信モジュール等に用いられる光導波路基板に関し、より詳細には、熱伝導性に優れた窒化アルミニウム質焼結体から成る基板上に光導波路を形成した光導波路基板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信モジュール等には、シリコン基板に電気回路と光導波路とを形成した光導波路基板に各種の光デバイスを搭載したものが使われている。また、シリコン基板よりも電気的な高周波特性や機械的強度に優れ、さらに多層化による高い電気配線密度が実現できるセラミック回路基板に光導波路を形成した光導波路基板がある。
【０００３】
中でも、窒化アルミニウム質焼結体から成る基板（以下、窒化アルミニウム基板と略す）上に光導波路を形成した光導波路基板は、多層電気回路が形成でき、シリコン基板よりも電気的な高周波特性に優れ、さらに、シリコン基板並の高い熱伝導性を有している窒化アルミニウム質焼結体から成る基板を用いていることから、光デバイスや光デバイスを駆動・処理する電気デバイスおよび信号処理用の電気デバイス等を多数かつ高密度に実装できる点で有望である。
【０００４】
一方、光導波路としては、例えば石英ガラス基板やシリコン基板上に火炎堆積法により成膜したシリカ膜を利用して３次元形状のクラッド部およびコア部を形成したシリカ系光導波路や、ニオブ酸リチウム単結晶基板をクラッド部とし、この基板上にチタンを熱拡散して３次元導波路形状にコア部を形成した光導波路等がある。
【０００５】
しかしながら、これらのシリカ系光導波路等を形成するには約1000℃以上の高温の熱処理が必要であるため、電気回路基板上にこれら光導波路による光回路を形成する際に下地となる電気回路基板に損傷を与えることとなってしまう。
【０００６】
これに対し、作製時に高温処理が必要なこれら従来のシリカ系光導波路等に代えて、低温形成が可能な有機系光学材料による光導波路が検討されている。この光導波路に利用される有機系光学材料としては、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）・ポリカーボネート・ポリイミド・ポリシロキサン・ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）・フッ素樹脂等が検討されている。
【０００７】
これら有機系光学材料から成る光導波路の作製方法としては、シリコン基板やガラス基板上に下部クラッド層を形成し、次に、この下部クラッド層よりも高い屈折率を持つコア層を形成して、薄膜微細加工技術を用いてコア層をＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）等により加工してコア部を形成した後、コア部よりも低い屈折率を有する上部クラッド層を被覆して３次元形状の光導波路を形成する方法が行なわれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機系光学材料による光導波路を窒化アルミニウム基板上に形成しようとする場合、光導波路用の有機系光学材料と窒化アルミニウム基板との密着強度が低く、光導波路の作製工程やその後のデバイス実装等の後工程において、光導波路用の有機系光学材料から成る下部クラッド層が窒化アルミニウム基板から剥がれたり、下部クラッド層にクラックが発生するという問題点があった。
【０００９】
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、窒化アルミニウム基板上に十分な密着強度で有機系光導波路を形成した光導波路基板を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光導波路基板は、窒化アルミニウム基板上に、スパッタリング法またはイオンビーム蒸着法を用いて形成された酸化珪素または珪素から成る中間層を介在させて、水酸基またはアルキル基を有するシロキサン系ポリマから成る層を下部クラッド層とし、前記中間層の表面の水酸基と前記下部クラッド層の前記水酸基またはアルキル基とを脱水重合や脱アルコール重合によって結合させた光導波路を形成したことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の光導波路基板は、窒化アルミニウム基板上に、スパッタリング法またはイオンビーム蒸着法を用いて形成された酸化珪素または珪素から成る中間層を介在させて、水酸基またはアルキル基を有するシロキサン系ポリマから成る層を下部クラッド層とし、前記中間層の表面の水酸基と前記下部クラッド層の前記水酸基またはアルキル基とを脱水重合や脱アルコール重合によって結合させた有機系光導波路を形成したことにより、中間層の成膜材料粒子の基板表面への打ち込み効果が大きいので、アンカー効果によって中間層と基板との密着強度が大きく、また、中間層の表面終端の水酸基と光導波路のシロキサン系ポリマから成る下部クラッド層の水酸基やアルキル基とが脱水重合や脱アルコール重合によって強固に結合していることから、窒化アルミニウム基板上に十分な密着強度で有機系光導波路を形成した光導波路基板を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光導波路基板について図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１は本発明の光導波路の実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は基板、２は中間層、３は光導波路の有機系光学材料から成る下部クラッド層、４は光導波路のコア部、５は光導波路の上部クラッド層である。
【００１５】
基板１は窒化アルミニウム質焼結体から成る基板であり、窒化アルミニウム基板単体や、電気回路を表面に形成した窒化アルミニウム電気回路基板・窒化アルミニウム基板内部に多層電気回路基板が形成された基板等が使用できる。
【００１６】
中間層２は酸化珪素または珪素からなる層である。この中間層２の形成方法としては、スパッタリング法・電子ビーム蒸着法・イオンビーム蒸着法・レーザアブレーション成膜法・ＣＶＤ法等を利用することができる。中でも、スパッタリング法やイオンビーム蒸着法は、基板１表面への成膜材料粒子の打ち込み効果が大きいので、アンカー効果によって中間層２と基板１との密着強度が大きくなることから好適である。
【００１７】
本発明において中間層２として酸化珪素または珪素を用いるのは、中間層２とその上に形成する下部クラッド層３との密着強度を十分に大きくすることができるためである。その理由は、酸化珪素または珪素からなる中間層２の表面は水酸基で終端することができることと、有機系光学材料から成る下部クラッド層３に水酸基やアルキル基が含まれることから、中間層２の表面の水酸基と下部クラッド層３の水酸基やアルキル基とが脱水重合や脱アルコール重合によって強固に結合し、両層の間で大きな密着強度が得られるためである。
【００１８】
なお、有機系光学材料から成る下部クラッド層３自体に水酸基やアルキル基が含まれない場合であっても、下地が酸化珪素または珪素であれば、周知のシラン系カップリング材を用いることによって中間層２との間に中間層２と結合する水酸基やアルキル基と、下部クラッド層３との密着強度が大きい有機官能基とを有するものとすることができて、大きな密着強度を得ることができる。このようなシラン系カップリング材としては、グリシドキシプロピルトリメトキシシラン・ヘキサメトキシジメチルシラザン・メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン・トリメトキシシリルプロピルエチレンジアミン等が使用できる。
【００１９】
中間層２の厚さとしては、酸化珪素または珪素が数分子層あるいは数原子層あれば原理的に問題ないが、一般的に窒化アルミニウム基板表面は10ｎｍ以上の表面粗さを有しているので、中間層２による十分な被覆性を得るためには10ｎｍ以上の厚さとすることが好ましい。
【００２０】
一方、酸化珪素または珪素をスパッタリング法・電子ビーム蒸着法・イオンビーム蒸着法・レーザアブレーション成膜法・ＣＶＤ法等で成膜した場合は、膜応力が100ＭＰａ以上であることが普通であり、層の厚さが厚い場合には、膜応力によって基板を大きく反らせたり、基板表面から層が剥がれたり、クラックが生じたりする問題がある。これに対し、中間層２の厚さが500ｎｍ以下であれば、有機系光学材料から成る下部クラッド層３と同程度の膜応力に抑えることができる。
【００２１】
基板１上に形成される光導波路は、下部クラッド層３および上部クラッド層５から成るクラッド部３・５中にコア部４が形成された三次元導波路形状の光導波路である。その形成材料としては、例えばポリイミド・フッ化ポリイミド・シロキサン系ポリマ・ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート）・オレフィン系樹脂等から成り、末端基として水酸基またはアルキル基を有している有機系の光学材料から成る光導波路を用いる。
【００２２】
光導波路の作製方法としては、まず下部クラッド層３を形成する。これにはポリイミド・フッ化ポリイミド・シロキサン系ポリマ・ＰＭＭＡ・オレフィン系樹脂等の有機系光学材料の有機溶媒溶液を、中間層２が形成された基板１にスピンコート法等により所定厚みに塗布し、熱処理することにより形成する。
【００２３】
コア部４は、下部クラッド層３上にポリイミド・フッ化ポリイミド・シロキサン系ポリマ・ＰＭＭＡ・オレフィン系樹脂等の有機系光学材料の有機溶媒溶液を中間層２が形成された基板１に例えばスピンコート法等により所定厚みに塗布し、熱処理することにより層形成した後、フォトリソグラフィやＲＩＥ等の周知の薄膜微細加工技術を用いて所定の形状で形成すればよい。ここで、コア部４は下部クラッド層３よりも高い屈折率を有する材料とする。
【００２４】
上部クラッド層４は、コア部４を形成した後に、ポリイミド・フッ化ポリイミド・シロキサン系ポリマ・ＰＭＭＡ・オレフィン系樹脂等の有機系光学材料の有機溶媒溶液を下部クラッド層３およびコア部４が形成された基板１に例えばスピンコート法等により所定厚みに塗布し、熱処理することにより形成する。
【００２５】
ここで、コア部４の高さや幅・屈折率、下部クラッド層３の厚さ・屈折率、上部クラッド層４の厚さ・屈折率は、周知の光導波路理論を用いて所望の仕様で設計すればよい。
【００２６】
以上のようにして、埋め込み型の三次元導波路形状の光導波路を作製する。
【００２７】
本発明の光導波路基板において、下部クラッド層３を形成する有機系光学材料としてシロキサン系ポリマを用いた場合には、例えばシロキサン系ポリマの有機溶媒をスピンコート法等により基板１に塗布した後、100℃から300℃程度の低温熱処理によって下部クラッド層３を形成することができ、また、屈折率を制御するために金属アルコキシドを混合して金属を含有したシロキサン系ポリマを容易に作製することができ、それにより所望の屈折率に精度良く制御できるので、光導波路の作製が容易となる。さらに、層形成の際の収縮が小さいので、基板１表面に形成した層の表面の平坦化性・平滑化性に優れており、基板１として表面粗さが大きな基板や配線による大きな起伏がある電気配線基板を用いた場合でもその上にも精度良く光導波路を作製することができる。
【００２８】
また、シロキサン系ポリマはシロキサン結合を有しているため優れた熱的安定性を有する光導波路を形成することができる。さらに、水酸基やアルキル基を末端基とすることが容易であり、中間層２上に下部クラッド層３となる膜を形成した場合に、中間層２の表面の水酸基との脱水重合や脱アルコール重合によって中間層２との大きな密着強度が得られる。
【００２９】
このような光導波路のクラッド部３・５およびコア部４に用いるシロキサン系ポリマとしては、基本的にポリマの骨格にシロキサン結合が含まれている樹脂であればよく、例えばポリフェニルシルセスキオキサン・ポリジフェニルシルセスキオキサン・ポリメチルフェニルシルセスキオキサン等を用いることができる。
【００３０】
【実施例】
次に、本発明の光導波路基板について具体例を説明する。
【００３１】
＜実施例１＞
スパッタリング法を用いて厚さ10ｎｍの酸化珪素層から成る中間層を形成した窒化アルミニウム基板上に、ポリメチルフェニルシルセスキオキサン有機溶媒溶液をスピンコート法により塗布して、250℃の熱処理を行ない、光導波路の下部クラッド層として厚さ５μｍのポリメチルフェニルシルセスキオキサンからなるシロキサンポリマ膜を形成した。このシロキサンポリマ膜と窒化アルミニウム基板との密着強度を測定したところ、約15.7Ｎ／ｍｍ2程度の値であった。
【００３２】
一方、酸化珪素層を形成していない窒化アルミニウム基板とのシロキサンポリマ膜の密着強度は、約5.9Ｎ／ｍｍ2以下であった。すなわち、本発明の実施例における下部クラッド層の密着強度は、本発明のように中間層を用いない従来のものに比べて2.5倍以上の値であり、光導波路の加工工程やデバイス実装工程において十分な値であるものであった。
【００３３】
＜実施例２＞
スパッタリング法を用いて厚さ10ｎｍの酸化珪素層から成る中間層を形成した窒化アルミニウム基板上に、クラッド部がシロキサン系ポリマ、コア部がチタン含有シロキサン系ポリマから成るステップインデックス型光導波路を形成した。このときコア部、クラッド部の屈折率をそれぞれ1.444および1.440として、コア部の幅を８μｍ、高さを８μｍとし、コア部の上部の上部クラッド層の厚さを４μｍとした。また、基板とコア部との間の下部クラッド層の厚さは12μｍとした。
【００３４】
このとき、作製中に光導波路層の剥がれやクラックの発生は見られなかった。また、光導波路形成後のダイシングによるチップ切り分けにおいても光導波路層の剥がれの発生は見られなかった。さらに、光導波路の導波路特性にも何ら問題は見られなかった。
【００３５】
以上のように、本発明によれば、窒化アルミニウム基板上に十分な密着強度で有機系光導波路を作製できる光導波路基板を提供できることが確認できた。
【００３６】
なお、本発明は以上の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更・改良を加えることは何ら差し支えない。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光導波路基板によれば、窒化アルミニウム基板上に、スパッタリング法またはイオンビーム蒸着法を用いて形成された酸化珪素または珪素から成る中間層を介在させて、水酸基またはアルキル基を有するシロキサン系ポリマから成る層を下部クラッド層とし、前記中間層の表面の水酸基と前記下部クラッド層の前記水酸基またはアルキル基とを脱水重合や脱アルコール重合によって結合させた有機系の光導波路を形成したことにより、中間層の成膜材料粒子の基板表面への打ち込み効果が大きいので、アンカー効果によって中間層と基板との密着強度が大きく、また、中間層表面の終端の水酸基と光導波路を構成するシロキサン系ポリマから成る下部クラッド層の水酸基またはアルキル基とが脱水重合や脱アルコール重合によって結合していることから、窒化アルミニウム基板上に十分な密着強度で有機系光導波路を形成した光導波路基板を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光導波路基板の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・基板
２・・・中間層
３・・・光導波路の下部クラッド層
４・・・光導波路のコア部
５・・・光導波路の上部クラッド層
【図１】
0003690648.tif 000002