(57)【要約】【課題】光路変換技術において、位置精度や屈折率の相違による光接続効率の低下を引き起こすことのない光路変換部品が求められていた。【解決手段】仮基板上にクラッド材からなるクラッドブロックを作製し、コア材を全面にコートし、不要部分を除去することでコア材とクラッド材からなるブロックを作製し、さらにクラッド材をオーバーコートすることで２本の導波路垂直部が前記仮基板に垂直に向いた複数の逆Ｕ字導波路を平行に仮基板上に形成し、ミラー形成、基板貼り合わせ、仮基板除去することで複数のミラー付きＵ字型光導波路を平行に基板上に配設することを特徴とした光導波路基板の作製方法。及び、上記方法により作製された光導波路基板、光表面実装導波路素子。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮基板上にクラッド材からなるクラッドブロックを作製し、コア材を全面にコートし、不要部分を除去することでコア材とクラッド材からなるブロックを作製し、さらにクラッド材をオーバーコートすることで２本の導波路垂直部が前記仮基板に垂直に向いた複数の逆Ｕ字導波路を平行に仮基板上に形成し、ミラー形成、基板貼り合わせ、仮基板除去することで複数のミラー付きＵ字型光導波路を平行に基板上に配設することを特徴とした光導波路基板の作製方法。
【請求項２】
請求項１に記載された方法により作製された光導波路基板。
【請求項３】
請求項１の光導波路基板へ電極およびマーカを形成した後、素子状に切り出すことにより、複数のミラー付きＵ字型光導波路が平行に配設され、コアの両端面が同一平面に配列された多チャンネル導波路素子とコア端面部に面発光素子や受光素子がパッシブ実装を可能とするマーカおよび電極を備えていることを特徴とした光表面実装導波路素子の作製方法。
【請求項４】
請求項３に記載された方法により作製された光表面実装導波路素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアレイ化された面発光素子と受光素子同士を光結合する光表面実装導波路素子の構造およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信機器の高速化や大容量化に伴い、装置内の電気配線の容量不足が問題になっている。そのため電気配線の一部を光ファイバーまたは光導波路への置き換えの検討が進められている。特にアレイ型の面発光素子や受光素子と光導波路との組み合わせは高密度化、高速化に有利であることから盛んに検討が進められている。この場合、アレイ型の面発光素子や受光素子と光導波路は同一光軸上にないため、高効率でかつ低コストでこれらを結合する素子および手法に対する要求が高まっている。
【０００３】
この要求に対して光導波路の端面に４５度ミラーを設け、９０度の光路変換を行なうことで受発光素子と結合を可能とする手法が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。しかしこの光路変換方法では数十ミクロン離れた導波路表面に面発光レーザを設置しているために４５度ミラーの加工精度技術や導波路膜厚制御が不十分だと光信号が広がってしまい反射面以外への光洩れが多くなる。また反射面以外への光洩れを抑制するためにクラッド層を薄くすることで面発光素子と反射面との距離を短くして洩れ光を抑制する手法が考えられるが、導波路の特性から限界がある。さらに反射面と面発光素子間に屈折率の低いクラッド層があるため、モード変換が避けられなかった。
【０００４】
この問題を解決するための手段としてコア及びクラッドからなる伝送路構造を有する２以上の光学繊維に設けられた傾斜面同士を接合して、かつ、光学繊維の伝送路構造から他の光学繊維の伝送路構造へ光を伝搬するマイクロミラーを有することを特徴とする光路変換部品を光導波路のスルーホールに埋設し、光導波路を伝送する光信号を光電素子に到達させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この従来の光路変換技術は、発光素子から空間に出射される光や光導波路から空間に出射する光が放射角を持って広がることに起因する発光素子と光導波路との光接続効率の低下や、光導波路と受光素子との光接続効率の低下を防止できる。さらに、マイクロミラーを介し面発光素子（光電変換素子）から光導波路に光を入射させる場合にも、受光素子（光電変換素子）に向かって光導波路から光を出射させる場合にも、同様の構造で光電変換素子と光導波路との光接続が行なえる。また、光路変換部品自体が光導波路屈折率に合わせた伝送路構造を有している為、モード変換を解消できる構造となっている。
【特許文献１】特開２００４−１９１９０３号公報
【非特許文献１】市村他「光表面実装向け４５°ミラー付き高分子導波路」，回路実装学会誌，１９９８年  Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ２，ｐ．９７−１０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この従来の光路変換技術では、マイクロミラー付き光変換部品を光電変換素子の個々に対して作製する必要があり、製造プロセスが複雑化となるとともに、低価格化が図れない。また、光プリント配線板に形成するスルーホールの加工が困難であり、さらに縦、横および深さの方向で光路ずれを最小限にするにはスルーホールと光変換部品とのクリアランスは数十μｍも必要なため、光導波路と光路変換部品との光接続効率が低下してしまう。さらに光路変換部品と導波路とが別々に作製されるため、屈折率の相違が生じ光接続効率の低下を引き起こす。また、光電変換素子が配列されている場合、アレイ型の光路変換部品が必要となるがそれぞれのコア位置およびミラー位置全てを精度良く作製することは困難であり、高コスト化してしまう。  
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、仮基板上にクラッド材からなるクラッドブロックを作製し、コア材を全面にコートし、不要部分を除去することでコア材とクラッド材からなるブロックを作製し、さらにクラッド材をオーバーコートすることで２本の導波路垂直部が前記仮基板に垂直に向いた複数の逆Ｕ字導波路を平行に仮基板上に形成し、ミラー形成、基板貼り合わせ、仮基板除去することで複数のミラー付きＵ字型光導波路を平行に基板上に配設することを特徴とした光導波路基板の作製方法である。
【０００７】
また、上記の方法により作製された光導波路基板である。
【０００８】
さらに、上記の光導波路基板へ電極およびマーカを形成した後、素子状に切り出すことにより、複数のミラー付きＵ字型光導波路が平行に配設され、コアの両端面が同一平面に配列された多チャンネル導波路素子とコア端面部に面発光素子や受光素子がパッシブ実装を可能とするマーカおよび電極を備えていることを特徴とした光表面実装導波路素子の作製方法である。
【０００９】
また、上記の方法により作製された光表面実装導波路素子である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光導波路垂直部と水平部の全てのコアが一体に形成されているため、すなわち光路変換部分と光導波路とが一体で形成されているため、モード変換や導波路同士の光結合による損失が発生せず伝搬損失が低くい。また基板状で導波路部の光特性の評価および電極形成が可能なため、低コストで光表面実装導波路素子を提供するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明のポイントは基板上に複数のミラー付きＵ字型光導波路が平行にリソグラフィーの精度で基板上に配設された光導波路基板を作製できたことで、従来そこから誘導される光表面実装導波路素子１つ１つでの評価が必要であったものを基板上で複数の光表面実装導波路素子の光特性を一度に評価できること、またリソグラフィーの精度で電極やマーカも基板上で形成できるため、アレイ型面発光素子と受光素子を高効率で光結合を可能とする光表面実装導波路素子を低コストで提供できることにある。
【００１２】
以下に、この発明の実施の形態を図について説明する。
【００１３】
図１は、本発明の光導波路の作成法を示したものである。仮基板９上にクラッド材によるクラッド層４を形成し、加工してクラッドブロック４Ａとする(a〜c)。その上にさらにコア材２をコートし、不要部分を除去してコア材とクラッド材からなるブロックを作製する(d,e)。さらにクラッド材４Ｂをオーバーコートすることで、２Ａは逆Ｕ字型の導波路となる(f)。さらにこれを逆Ｖ字型に加工し、ミラー３を形成、クラッド材４Ｃをオーバーコートして基板１を貼り合わせ、仮基板９を除去することでミラー付きＵ字型光導波路を得る(g〜k)。初期にクラッドブロック４Ａを平行に複数形成することで、複数のミラー付きＵ字型光導波路を平行に複数作成することができる。
【００１４】
図２は、本発明のミラー付きＵ字型光導波路の光路変換操作を説明する図である。
【００１５】
図３は、本発明において複数のミラー付きＵ字型光導波路を平行に作成した光導波路基板を模式的に示す斜視図である。図３において光導波路基板の同一平面にコアの両端がリソグラフィーの精度で配列されているため基板上でコアの一端から光挿入し、もう一端のコアから出射される光強度を測定することで基板内に配設された複数の多チャンネル導波路素子の光挿入損失測定が可能である。例えば基板内に存在するコア数に相当するファイバを備え、そのピッチを光導波路基板のコアピッチにあわせたファイバアレイを用いれば一度に基板内全ての導波路の光特性が測定でき、非常に高効率な選別が可能となり、光表面実装導波路素子の低コスト化が達成できる。また同一平面にコアの両端がリソグラフィーの精度で配列されているため面発光素子アレイや受光素子アレイを実装するための電極やマーカを基板の状態でリソグラフィーの精度で一括形成が可能となる。
【００１６】
光導波路材料は無機材料、高分子材料どちらでもよいが、本発明では高分子導波路が好ましく、コアとクラッドの屈折率差が０．３乃至２．０％である。光導波路を構成するコアの形状は矩形であり、サイズは５〜１００μｍであることが好ましい。また導波路垂直部の距離は５〜１００μｍであることが好ましく、５μｍ以下であると導波路水平部の伝搬損失に悪影響する。また水平部の距離はリソグラフィーでのパターン形成が可能であれば特に限定するものではない。
上記の光導波路の材料としては、例えば、重水素化メタクリレート、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂やフッ素化ポリイミド等が好ましく、特にエポキシ樹脂、シリコーン樹脂そしてフッ素化ポリイミドはそのハンダ耐熱性と光学特性から好ましい。
【００１７】
導波路パターンの作製方法は導波路材料上にアルミニウムを成膜した後、リソグラフィー技術でパターニングし、その後、反応性イオンエッチイング等で導波路パターンを得る方法、導波路材料自体に感光性を付与しリソグラフィー技術により直接導波路パターンを形成する方法および導波路材料上にレジストをリソグラフィーでパターニングしたのち、それを指標にダイサー等で導波路パターンを作製する方法等が考えられるが、リソグラフィー技術を利用する方法であれば特に限定するものではない。
【００１８】
また上記仮基板および基板材料は安定にリソグラフィーの位置精度を達成するには無機材料が好ましく、特にシリコン、石英、一般的な板ガラスがその加工性から好ましい。
【００１９】
図４は本発明の光表面実装導波路素子を模式的に示す斜視図である。図５は図４に示す素子へアレイ型面発光素子および受光素子を実装する模式図を示している。図４において、光表面実装導波路素子は、光路となる４本のＵ字状のコア２Ａが、クラッド内に埋め込まれて作製されている。コアおよびクラッドの端面および光路変換用のミラー面３によって形成されている。コア端面は同一端目に形成されそのピッチは面発光素子アレイや受光素子アレイのピッチにリソグラフィーの精度で配列されている。またコアの導波路垂直部と導波路水平部とは一括に形成されているためモード変換や導波路間での結合損失が生じない。また電気配線およびアレイ型面発光素子や受光素子を実装するためのマーカ６がリソグラフィーの位置精度で形成されているため面発光素子や受光素子をパッシブ実装のみでそれらを高効率での光結合を達成する。
【００２０】
図４で示す形態を、既存技術のように単独のＵ字型導波路チップを複数貼り合わせて作製することも考えられるが、導波路を精度良く貼り合わせるのは非常に困難であり、例え貼り合わせを実施できても素子の光特性評価は１素子ずつ評価する必要があり、高コスト化してしまう。
【実施例１】
【００２１】
以下、実施例により説明する。
【００２２】
４インチＢＫ７の仮基板上に、クラッド層を成膜した。クラッド材にはエポキシ系樹脂を用い、成膜はスピンコート法を用いた。実施したクラッド材の厚さは７０μｍである。成膜後、研削、研磨等にて平坦化処理を行い、クラッド材を用いたブロックを形成したクラッドブロックを作製した。ブロック作製はクラッド材上にマスク材を成膜し、フォトリソグラフィーでパターニングを行った。マスク材にはＡｌを使用し、Ｏ２―ＲＩＥによりクラッド材の不要部分を除去した。次にコア層の成膜をスピンコート法で行った。コア材にはエポキシ系樹脂を用いた。実施したコア材の厚さはクラッドブロック上部から４０μｍである。成膜後に研削、研磨等にて平坦化処理を行った。その後、クラッド材上にマスク材を成膜しフォトリソグラフィーでパターニングを行った。マスク材にはＡｌを使用した。さらにＯ２―ＲＩＥによりクラッド材の不要部分を除去し、コア材とクラッド材で出来たブロックを作製した。その後クラッド材を基板全面に充填した。充填にはスピンコート法を用い、研削、研磨の平坦化処理を行った。その後ダイシングソーでＶ溝を形成しミラー膜を形成した。ミラーはマグネトロンスパッタでＶ溝部分にのみＡｕ膜が形成されるように実施した。ミラー面成膜後、Ｖ溝にクラッド層を充填し、充填後、研削、研磨の平坦化処理を行った。その後ＢＫ７を基板上面にエポキシ系の接着剤を用い貼り付け、研摩により仮基板を除去して複数個の多チャンネル導波路が配設された光導波路基板を作製した。
【００２３】
作製した光導波路基板は基板の状態で光挿入損失等が測定でき、マルチモードファイバーアレイによるバットジョイント法による結果は測定波長８５０ｎｍの場合４±１ｄＢであり、優れた特性で且つ基板内の分布が小さいことを確認した。またコア位置精度も基板内で全て±２．５ｄＢであり、実用上問題ないことを確認した。
【００２４】
引き続きリフトオフ法およびスパッタリングにより電気配線およびマーカを形成した。その後、ダイサーによりチップ化することにより、光表面実装導波路素子を作製した。光表面実装導波路基板へマイクロポンチを用いて金錫バンプを形成し、アレイ型面発光素子および受光素子をパッシブ実装し、ワイヤーボンディングによりドライバーおよびレシーバとそれぞれ接続し伝送実験を行なったところ７ｂｐｓの伝送速度を達成し、この発明で作製した低コストな光表導波路素子がアレイ型の面発光素子と受光素子とを高効率で光接続することを実証できた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の光導波路基板の作成法を示す模式図である。
【図２】本発明の光導波路の光路変換操作を説明する図である。
【図３】本発明において複数のミラー付きＵ字型光導波路を平行に作成した光導波路基板を模式的に示す斜視図である。
【図４】光表面実装導波路素子を模式的に示す斜視図である。
【図５】図４に示す素子へ、アレイ型面発光素子および受光素子を実装する模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    基板
２    コア層
２Ａ  導波路コア
３    ミラー
４    クラッド層
４Ａ  クラッドブロック
４Ｂ  クラッド層
４Ｃ  クラッド層
５    電極
６    マーカ
７    アレイ型面発光素子
８    アレイ型受光素子
９    仮基板
１０    Ｖ溝
【図１】
2006251046.tif 000002
【図２】
2006251046.tif 000003
【図３】
2006251046.tif 000004
【図４】
2006251046.tif 000005
【図５】
2006251046.tif 000006