(57)【要約】【課題】  面型光素子と光ファイバなどの光伝送体とを、広い空間を占有せずに、また、部品点数の増加やプロセス制御性の向上を必要とせずに、高アライメント精度で光結合させることの可能な光結合装置を提供する。【解決手段】  発光機能および／または受光機能を有する面型光素子と、前記面型光素子上に設けられ、Ｓｉ異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を有する構造体と、前記構造体のＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面により固定された光伝送体（例えば光ファイバ）とを備えている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光機能および／または受光機能を有する面型光素子と、前記面型光素子上に設けられ、Ｓｉ異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を有する構造体と、前記構造体のＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面により固定された光伝送体とを備えていることを特徴とする光結合装置。
【請求項２】
請求項１記載の光結合装置において、前記構造体は、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面に反射面を有し、該反射面は、前記面型光素子からの光を光伝送体の導波方向に反射させる機能、および／または、前記光伝送体の導波方向に進む光を前記面型光素子の方向に反射させる機能を有し、前記面型光素子は、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面を介して光伝送体と光結合されていることを特徴とする光結合装置。
【請求項３】
請求項２記載の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面には、光反射膜が形成されていることを特徴とする光結合装置。
【請求項４】
請求項２記載の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面には、反射型の回折格子が形成されていることを特徴とする光結合装置。
【請求項５】
請求項１記載の光結合装置において、前記光伝送体は、少なくとも一方の端面に導波方向に対して４５°の角度をなす反射面を有し、該光伝送体の反射面は、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面に接し、前記面型光素子から前記光伝送体の側面を介して入射した光を導波方向に反射させる機能、および／または、前記光伝送体の導波方向に進む光を該光伝送体の側面を介して前記面型光素子の方向に反射させる機能を有し、前記面型光素子は、前記光伝送体の側面を介して該光伝送体と光結合されていることを特徴とする光結合装置。
【請求項６】
請求項５記載の光結合装置において、前記光伝送体の反射面上には、反射膜が形成されていることを特徴とする光結合装置。
【請求項７】
請求項５記載の光結合装置において、前記光伝送体の反射面上には、反射型の回折格子が形成されていることを特徴とする光結合装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光結合装置において、前記構造体の面型光素子側とは反対の側に、赤外線を透過する耐異方性エッチング膜が形成されていることを特徴とする光結合装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の光結合装置において、前記構造体の面型光素子側の表面には、異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を除いた部分に、赤外線を透過する耐異方性エッチング膜が形成されていることを特徴とする光結合装置。
【請求項１０】
請求項８または請求項９記載の光結合装置において、前記赤外線を透過する耐異方性エッチング膜は、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４よりなることを特徴とする光結合装置。
【請求項１１】
複数の面型光素子が形成された面型光素子ウエハを準備する工程と、＜１１０＞オリフラと、該オリフラに対して（１００）面から９．７４°傾いた表面を有するＳｉウエハを準備する工程と、前記Ｓｉウエハの裏面に耐異方性エッチング膜を形成する工程と、前記Ｓｉウエハの表面に耐異方性エッチング膜を形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面上に感光性樹脂を塗布してプリベークし、Ｓｉ表面に所定のパターンを写真製版で形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面の耐異方性エッチング膜をエッチングして所定のパターンを形成した後、感光性樹脂を除去する工程と、前記Ｓｉウエハをアルカリ性の液体で異方性エッチングしてＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面を前記面型光素子側に配置し、前記面型光素子ウエハのパターンを赤外線でモニターし、Ｓｉウエハのパターンと所定の位置関係を有するように貼りつける工程と、前記貼りつけを行った面型光素子ウエハとＳｉウエハを各素子に切り離す工程と、前記各素子に、Ｓｉ異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面にならわせて光伝送体を挿入固定する工程とを有していることを特徴とする光結合装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光結合装置が用いられることを特徴とする光送信モジュール。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光結合装置が用いられることを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項１４】
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光結合装置が用いられることを特徴とする光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光結合装置及びその製造方法および光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速光接続のための光モジュールが開発されている。しかし、光素子と光ファイバなどの光伝送体との結合に関しては、特に、低コスト化、高性能化などの観点から課題が多い。
【０００３】
光素子として、受光素子では、作製の容易性や感度などの点で面型の素子が主に使用されているが、光ファイバと該面型素子の主面とで光結合させる場合に、受光素子を動作させないでアライメントするパッシブアライメントが低コスト化のためには必須である。そのための手法として、一般には固定部材を作製して組み立てるという方法が用いられている。しかし、この方法では、固定部材の機械精度が要求され、その弾性係数や熱膨張係数などに制約があり、また部品点数も多くなるために、コスト低減が困難であった。特に、コスト低減のためにプラスチックモールドなどを用いると、光結合の歩留まりや長期信頼性に欠けるという問題点がある。
【０００４】
また、発光素子においても、基板面から垂直に光出射を行う垂直共振器型面発光レーザが、光伝送モジュールの低消費電力化、低コスト化の観点で改善できる可能性があり、盛んに研究されている。面発光レーザでは、１ｍＡ以下の低しきい値で駆動でき、ウエハレベルの検査が可能で、へき開精度を必要としないため、低コスト化が可能である。このような面発光レーザと光ファイバとの光結合においても上記と同様な問題が生じている。
【０００５】
また、特許文献１に示されているように、光ファイバ先端を４５度反射面として光ファイバの側面を介して入射した光を導波方向に反射させる構造、または、光ファイバの導波方向に進む光を該光ファイバの側面を介して受発光素子の方向に反射させる構造を有する光結合装置が提案されている。しかし、この光結合装置では、光ファイバ反射面と面型光素子のアライメントが困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、光ファイバとの結合のためのガイド穴をホトリソグラフィの精度で作製する方法が提案されている。例えば特許文献２，特許文献３には、面型受光素子もしくは発光素子を作製した基板側に光ファイバを固定するための穴を光感光性あるいは電子ビーム硬化性を持ちホトリソグラフィでパターニングすることで選択的に硬化が可能な厚膜材料により形成するものが開示されている。
【０００７】
また、特許文献４にも、面発光レーザが設置されている側の面上に、所定の膜厚を有する融着層が形成され、面発光レーザが光ファイバの端面と融着層を介して接合される方法が開示されている。
【０００８】
特許文献２〜特許文献４では、部品点数を減少させることができ、組み立ても非常に簡単なので、低コスト化が可能である。
【０００９】
しかしながら、厚膜材料によりガイド穴を作製する場合、厚膜材料が薄ければテーパ形状や穴径の制御性は良いが機械的強度が不足し、厚膜材料が厚ければ機械的強度は良いがテーパ形状や穴径の制御性が不充分になるという問題点がある。
【００１０】
一方、融着層を用いる方法では、発光点又は受光点と光ファイバとの位置合わせが困難であるという不都合がある。
【００１１】
また、上述した特許文献２〜特許文献４において、厚膜材料によりガイド穴を作製する場合と融着層を用いる方法との双方とも、光ファイバは面型光素子に垂直に接続されることになる。光ファイバは急激に曲げることができないため、同一ボード内での接続に適用すると、ボード上に高いループを形成することになり、機器内で広い空間を占有することになって好ましくないという問題がある。
【００１２】
また、従来の一般的な方法として、完成した面型光素子に、ミラー及びファイバ固定材を順次アセンブリする方法があるが、部品点数が多くなる事、高精度アセンブリが困難である事、アセンブリに長時間を要する事等の不具合がある。
【特許文献１】特開２０００−５６１８１号公報
【特許文献２】特開２００２−３３５４６号公報
【特許文献３】特開２００２−２１４４８５号公報
【特許文献４】特開２００２−１０７５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、面型光素子と光ファイバなどの光伝送体とを、広い空間を占有せずに、また、部品点数の増加やプロセス制御性の向上を必要とせずに、高アライメント精度で光結合させることの可能な光結合装置及びその製造方法および光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システムを提供することを目的としている。
【００１４】
すなわち、本発明は、面型光素子の発光部または受光部上に、Ｓｉ異方性エッチングによって形成されたＳｉ（１１１）面よりなるＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を有する構造体を設置し、部品点数の増加やプロセス制御性の向上を必要とせずに、面型光素子と光伝送体（例えば光ファイバ）を９０°曲げて接続することができる光結合装置およびその製造方法を提供することを目的にしている。さらに、光伝送体ガイド用Ｖ溝構造体によりアライメント精度を向上させ、このことから、光伝送体の固定作業も容易にして生産性を向上させ、低コスト化できる光結合装置およびその製造方法を提供することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、発光機能および／または受光機能を有する面型光素子と、前記面型光素子上に設けられ、Ｓｉ異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を有する構造体と、前記構造体のＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面により固定された光伝送体とを備えていることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光結合装置において、前記構造体は、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面に反射面を有し、該反射面は、前記面型光素子からの光を光伝送体の導波方向に反射させる機能、および／または、前記光伝送体の導波方向に進む光を前記面型光素子の方向に反射させる機能を有し、前記面型光素子は、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面を介して光伝送体と光結合されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面には、光反射膜が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項４記載の発明は、請求項２記載の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面には、反射型の回折格子が形成されていることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項５記載の発明は、請求項１記載の光結合装置において、前記光伝送体は、少なくとも一方の端面に導波方向に対して４５°の角度をなす反射面を有し、該光伝送体の反射面は、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面に接し、前記面型光素子から前記光伝送体の側面を介して入射した光を導波方向に反射させる機能、および／または、前記光伝送体の導波方向に進む光を該光伝送体の側面を介して前記面型光素子の方向に反射させる機能を有し、前記面型光素子は、前記光伝送体の側面を介して該光伝送体と光結合されていることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の光結合装置において、前記光伝送体の反射面上には、反射膜が形成されていることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項７記載の発明は、請求項５記載の光結合装置において、前記光伝送体の反射面上には、反射型の回折格子が形成されていることを特徴としている。
【００２２】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光結合装置において、前記構造体の面型光素子側とは反対の側に、赤外線を透過する耐異方性エッチング膜が形成されていることを特徴としている。
【００２３】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の光結合装置において、前記構造体の面型光素子側の表面には、異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を除いた部分に、赤外線を透過する耐異方性エッチング膜が形成されていることを特徴としている。
【００２４】
また、請求項１０記載の発明は、請求項８または請求項９記載の光結合装置において、前記赤外線を透過する耐異方性エッチング膜は、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４よりなることを特徴としている。
【００２５】
また、請求項１１記載の発明は、複数の面型光素子が形成された面型光素子ウエハを準備する工程と、＜１１０＞オリフラと、該オリフラに対して（１００）面から９．７４°傾いた表面を有するＳｉウエハを準備する工程と、前記Ｓｉウエハの裏面に耐異方性エッチング膜を形成する工程と、前記Ｓｉウエハの表面に耐異方性エッチング膜を形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面上に感光性樹脂を塗布してプリベークし、Ｓｉ表面に所定のパターンを写真製版で形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面の耐異方性エッチング膜をエッチングして所定のパターンを形成した後、感光性樹脂を除去する工程と、前記Ｓｉウエハをアルカリ性の液体で異方性エッチングしてＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面を前記面型光素子側に配置し、前記面型光素子ウエハのパターンを赤外線でモニターし、Ｓｉウエハのパターンと所定の位置関係を有するように貼りつける工程と、前記貼りつけを行った面型光素子ウエハとＳｉウエハを各素子に切り離す工程と、前記各素子に、Ｓｉ異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面にならわせて光伝送体を挿入固定する工程とを有していることを特徴としている。
【００２６】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光結合装置が用いられることを特徴とする光送信モジュールである。
【００２７】
また、請求項１３記載の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光結合装置が用いられることを特徴とする光送受信モジュールである。
【００２８】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光結合装置が用いられることを特徴とする光通信システムである。
【発明の効果】
【００２９】
請求項１乃至請求項１０記載の発明は、発光機能および／または受光機能を有する面型光素子と、前記面型光素子上に設けられ、Ｓｉ異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を有する構造体と、前記構造体のＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面により固定された光伝送体（例えば光ファイバ）とを備えている。
【００３０】
この構造を用いることにより、面型光素子の発光部または受光部上に、Ｓｉ異方性エッチングによって形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面と同時にＳｉ異方性エッチングで形成された光伝送体（例えば光ファイバ）ガイド用のＶ溝構造体を設置し、部品点数の増加やプロセス制御性の向上を必要とせずに、面型光素子の光導波路と光伝送体（例えば光ファイバ）の光導波路を９０°曲げて接続することができる。さらに、光伝送体ガイド用のＶ溝構造体によりアライメント精度を向上させ、このことから、光伝送体（例えば光ファイバ）の固定作業も容易になって生産性が向上し、低コスト化を図ることができる。
【００３１】
特に、請求項８記載の発明によれば、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光結合装置において、前記構造体の面型光素子側とは反対の側に、赤外線を透過する耐異方性エッチング膜が形成されており、また、請求項９記載の発明によれば、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の光結合装置において、前記構造体の面型光素子側の表面には、異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を除いた部分に、赤外線を透過する耐異方性エッチング膜が形成されており、請求項８，請求項９の構造を用いることにより、Ｓｉ構造体の裏面を平滑にでき、面型光素子ウエハへの貼り付けが容易となる。さらに赤外線を用いた位置合わせが可能となる。
【００３２】
また、請求項１０記載の発明によれば、請求項８または請求項９記載の光結合装置において、前記赤外線を透過する耐異方性エッチング膜は、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４よりなることを特徴としている。すなわち、耐異方性エッチング膜としては、形成，加工の容易さから、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４が優れている。
【００３３】
また、請求項１１記載の発明によれば、複数の面型光素子が形成された面型光素子ウエハを準備する工程と、＜１１０＞オリフラと、該オリフラに対して（１００）面から９．７４°傾いた表面を有するＳｉウエハを準備する工程と、前記Ｓｉウエハの裏面に耐異方性エッチング膜を形成する工程と、前記Ｓｉウエハの表面に耐異方性エッチング膜を形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面上に感光性樹脂を塗布してプリベークし、Ｓｉ表面に所定のパターンを写真製版で形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面の耐異方性エッチング膜をエッチングして所定のパターンを形成した後、感光性樹脂を除去する工程と、前記Ｓｉウエハをアルカリ性の液体で異方性エッチングしてＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面を前記面型光素子側に配置し、前記面型光素子ウエハのパターンを赤外線でモニターし、Ｓｉウエハのパターンと所定の位置関係を有するように貼りつける工程と、前記貼りつけを行った面型光素子ウエハとＳｉウエハを各素子に切り離す工程と、前記各素子に、Ｓｉ異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面にならわせて光伝送体（例えば光ファイバ）を挿入固定する工程とを有しているので、本発明の光結合装置を得ることができる。
【００３４】
また、請求項１２記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光結合装置が用いられることを特徴とする光送信モジュールであるので、高精度の光送信モジュールを提供することができる。
【００３５】
また、請求項１３記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光結合装置が用いられることを特徴とする光送受信モジュールであるので、高精度の光送受信モジュールを提供することができる。
【００３６】
また、請求項１４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の光結合装置が用いられることを特徴とする光通信システムであるので、高精度の光通信システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００３８】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、発光機能および／または受光機能を有する面型光素子と、前記面型光素子上に設けられ、Ｓｉ異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を有する構造体と、前記構造体のＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面により固定された光伝送体（例えば光ファイバ）とを備えていることを特徴としている。
【００３９】
この構造を用いることにより、面型光素子の発光部または受光部上に、Ｓｉ異方性エッチングによって形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面と同時にＳｉ異方性エッチングで形成された光伝送体（例えば光ファイバ）ガイド用のＶ溝構造体を設置し、部品点数の増加やプロセス制御性の向上を必要とせずに、面型光素子と光伝送体（例えば光ファイバ）を９０°曲げて接続することができる。さらに、光伝送体ガイド用のＶ溝構造体によりアライメント精度を向上させ、このことから、光伝送体（例えば光ファイバ）の固定作業も容易になって生産性が向上し、低コスト化を図ることができる。
【００４０】
（第２の形態）
本発明の第２の形態は、第１の形態の光結合装置において、前記構造体は、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面に反射面を有し、該反射面は、前記面型光素子からの光を光伝送体（例えば光ファイバ）の導波方向に反射させる機能、および／または、前記光伝送体の導波方向に進む光を前記面型光素子の方向に反射させる機能を有し、前記面型光素子は、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面を介して光伝送体と光結合されていることを特徴としている。
【００４１】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、第２の形態の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面には、光反射膜が形成されていることを特徴としている。
【００４２】
このように、第２の形態の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面には、光反射膜が形成されていることにより、光結合効率を向上できる。
【００４３】
（第４の形態）
本発明の第４の形態は、第２の形態の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面には、反射型の回折格子が形成されていることを特徴としている。
【００４４】
このように、第２の形態の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面には、反射型の回折格子が形成されていることにより、光結合効率を向上できる。
【００４５】
（第５の形態）
本発明の第５の形態は、第１の形態の光結合装置において、前記光伝送体（例えば光ファイバ）は、少なくとも一方の端面に導波方向に対して４５°の角度をなす反射面を有し、該光伝送体の反射面は、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面に接し、前記面型光素子から前記光伝送体の側面を介して入射した光を導波方向に反射させる機能、および／または、前記光伝送体の導波方向に進む光を該光伝送体の側面を介して前記面型光素子の方向に反射させる機能を有し、前記面型光素子は、前記光伝送体の側面を介して該光伝送体と光結合されていることを特徴としている。
【００４６】
（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第５の形態の光結合装置において、前記光伝送体の反射面上には、反射膜が形成されていることを特徴としている。
【００４７】
このように、第５の形態の光結合装置において、前記光伝送体の反射面上には、反射膜が形成されていることにより、光結合効率を向上できる。
【００４８】
（第７の形態）
本発明の第７の形態は、第５の形態の光結合装置において、前記光伝送体の反射面上には、反射型の回折格子が形成されていることを特徴としている。
【００４９】
このように、第５の形態の光結合装置において、前記光伝送体の反射面上には、反射型の回折格子が形成されていることにより、光結合効率を向上できる。
【００５０】
（第８の形態）
本発明の第８の形態は、第１乃至第７のいずれかの形態の光結合装置において、前記構造体の面型光素子側とは反対の側に、赤外線を透過する耐異方性エッチング膜が形成されていることを特徴としている。
【００５１】
（第９の形態）
本発明の第９の形態は、第１乃至第８のいずれかの形態の光結合装置において、前記構造体の面型光素子側の表面には、異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を除いた部分に、赤外線を透過する耐異方性エッチング膜が形成されていることを特徴としている。
【００５２】
このように、第８，第９の形態の構造を用いることにより、Ｓｉ構造体の裏面を平滑にでき、面型光素子ウエハへの貼り付けが容易となる。さらに赤外線を用いた位置合わせが可能となる。
【００５３】
（第１０の形態）
本発明の第１０の形態は、第８または第９の形態の光結合装置において、前記赤外線を透過する耐異方性エッチング膜は、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４よりなることを特徴としている。
【００５４】
このように、第８または第９の形態の光結合装置において、前記赤外線を透過する耐異方性エッチング膜は、ＳｉＯ２又はＳｉ３Ｎ４よりなるので、形成，加工が容易となる。
【００５５】
（第１１の形態）
本発明の第１１の形態は、複数の面型光素子が形成された面型光素子ウエハを準備する工程と、＜１１０＞オリフラと、該オリフラに対して（１００）面から９．７４°傾いた表面を有するＳｉウエハを準備する工程と、前記Ｓｉウエハの裏面に耐異方性エッチング膜を形成する工程と、前記Ｓｉウエハの表面に耐異方性エッチング膜を形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面上に感光性樹脂を塗布してプリベークし、Ｓｉ表面に所定のパターンを写真製版で形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面の耐異方性エッチング膜をエッチングして所定のパターンを形成した後、感光性樹脂を除去する工程と、前記Ｓｉウエハをアルカリ性の液体で異方性エッチングしてＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を形成する工程と、前記Ｓｉウエハ表面を前記面型光素子側に配置し、前記面型光素子ウエハのパターンを赤外線でモニターし、Ｓｉウエハのパターンと所定の位置関係を有するように貼りつける工程と、前記貼りつけを行った面型光素子ウエハとＳｉウエハを各素子に切り離す工程と、前記各素子に、Ｓｉ異方性エッチングにより形成されたＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面にならわせて光伝送体を挿入固定する工程とを有していることを特徴としている。
【００５６】
このように、第１１の形態の方法により、本発明の光結合装置を得ることができる。
【００５７】
（第１２の形態）
本発明の第１２の形態は、第１乃至第１０のいずれかの形態の光結合装置が用いられることを特徴とする光送信モジュールである。
【００５８】
このように、第１乃至第１０のいずれかの形態の光結合装置が用いられることにより、高精度の光送信モジュールを提供することができる。
【００５９】
（第１３の形態）
本発明の第１３の形態は、第１乃至第１０のいずれかの形態の光結合装置が用いられることを特徴とする光送受信モジュールである。
【００６０】
このように、第１乃至第１０のいずれかの形態の光結合装置が用いられることにより、高精度の光送受信モジュールを提供することができる。
【００６１】
（第１４の形態）
本発明の第１４の形態は、第１乃至第１０のいずれかの形態の光結合装置が用いられることを特徴とする光通信システムである。
【００６２】
このように、第１乃至第１０のいずれかの形態の光結合装置が用いられることにより、高精度の光通信システムを提供することができる。
【００６３】
換言すれば、本発明は、構造体の材料にＳｉを用い、異方性エッチングにより精度良くＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を有する構造体を形成し、該構造体を面型光素子の表面に、赤外線でモニターして精度良く貼りつけることを特徴としている。
【００６４】
Ｓｉ結晶をアルカリ性のエッチング液でエッチングすると、結晶方位によってエッチング速度が大幅に異なることが知られている。即ち、エッチング速度は（１１１）面＜＜（１１０）面≒（１００）面となる。この特性を用いてＳｉウエハに種々の構造を形成する技術が、シリコンマイクロマシニングとして知られている。
【００６５】
本発明は、この特性を利用して、面型光素子の表面に、すなわち構造体（Ｓｉ構造体）に、Ｖ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面を作り込むことを特徴としている。
【００６６】
Ｓｉの（１００）面をアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすると、表面と５４．７４°の角度を成し逆四角錐構造を持つＳｉ（１１１）面が４面得られる。
【００６７】
本発明に用いるＳｉウエハは、図１２，図１３に示すように（図１３は図１２のＡ−Ａ線における断面図である）、＜１１０＞オリフラと、該オリフラに直角方向に（１００）面と９．７４°傾いた表面とを持っている。これにより、Ｓｉ表面（＝裏面）とＳｉ（１１１）面の１つが成す角度が４５°となる。
【００６８】
さらに、他の１面が６４．４８°となり、他の２面が５４．７４°となる。この５４．７４°をなす２面を光伝送体（例えば光ファイバ）ガイド用のＶ溝構造体として用いる。６４．４８°となる面は使用しない。
【００６９】
さらに、また、Ｓｉウエハの表裏両面に耐異方性エッチング膜が形成される。
【００７０】
耐異方性エッチング膜は、写真製版，エッチングにより所定パターンが形成され、異方性エッチング時に表裏面の必要部を保護して所定の立体形状を得るために用いられる。耐異方性エッチング膜としては、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等が適している。
【００７１】
また、面型光素子としては、面発光レーザや面型受光素子などが用いられ、面型光素子は、ウエハ状態で、本発明による方法で一括してＶ溝及び４５°の角度をなす面を有する構造体が作り込まれた後に、各素子に分割されるようになっている。
【００７２】
本発明による面型光素子上の構造体の形成方法を図１，図１２〜図１７に基づいて説明する。
【００７３】
図１は面型光素子の構成例を示す図である。図１の例では、面型光素子は、面型発光素子（面発光レーザ）として構成されている。すなわち、図１の例の面型光素子（面発光レーザ）は、基板（ＧａＡｓ）上に、下部反射鏡，活性層，電流狭窄層，上部反射鏡が順次に形成されている。そして、上部反射鏡の上には、光出射部を除いて上部電極が形成され、基板の裏面には、下部電極が形成されている。また、活性層，電流狭窄層，上部反射鏡の側面は、メサ加工されて、絶縁膜が形成されている。なお、上部電極には、通常、Ａｕが用いられる。
【００７４】
また、Ｓｉ構造体は、以下のように形成される。すなわち、まず、図１２，図１３に示したように、＜１１０＞オリフラとオリフラに直角方向に（１００）面と９．７４°傾いた表面を持ったＳｉウエハを準備する。
【００７５】
次いで、図１３に示すように、Ｓｉウエハの表裏両面上に耐異方性エッチング膜を形成する。耐異方性エッチング膜としては、アルカリに侵されないこと、成膜及びエッチング加工が容易なこと、赤外線を透過すること、等の性能が要求される。これらの性能を満たす材料として、ＳｉＯ２あるいはＳｉ３Ｎ４が適している。なお、Ｓｉ異方性エッチング後に耐異方性エッチング膜を除去すれば、赤外線を透過しない材料、たとえばＴｉ，Ｎｉ，Ｃｒ等の金属材料、を用いることも可能である。
【００７６】
次いで、Ｓｉウエハ上に感光性樹脂を塗布しプリベークを行う。感光性樹脂は通常のフォトレジスト（例えば東京応化製ＯＦＰＲ８００）を用いる。
【００７７】
次いで、所定のフォトマスクを用い、Ｓｉ表面に所定のパターンを所定位置に露光，現像によって形成する。
【００７８】
次いで、耐異方性エッチング膜をエッチングし、所定の耐異方性エッチング膜パターンを形成し、感光性樹脂を除去する。例えば耐異方性エッチング膜にＳｉＯ２を用いた場合はバッファードフッ酸液を用いてエッチングできる。
【００７９】
図１４（ａ），（ｂ）には、耐異方性エッチング膜パターンを形成した状態が示されている。なお、図１４（ｂ）は図１４（ａ）の上面図（平面図）である。
【００８０】
次いで、アルカリ性の液でＳｉを異方性エッチングする。図１５（ａ），（ｂ），図１６には、異方性エッチング終了時の状態が示されている。なお、図１５（ｂ）は図１５（ａ）の上面図（平面図）、図１６は図１５（ａ）の側面図である。図１５（ａ），（ｂ），図１６に示すように、耐異方性エッチング膜パターンに応じてＳｉ（１１１）面が残された立体形状が形成される。
【００８１】
本発明の方法によれば、Ｖ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面は、Ｓｉ結晶方位により自動的に整合される。また、本プロセスは、ウエハ状態で一括で半導体プロセスを用いて実施できる。従って、高精度にかつ安価に形成できるという長所がある。
【００８２】
次いで、必要な場合は、耐異方性エッチング膜を除去する。なお、耐異方性エッチング膜として赤外線を透過する材料を用いた場合は、除去する必要は無く、不要な工程を省くことができて有利である。
【００８３】
次いで、必要ならば、Ｓｉ異方性エッチングにより形成された、光入出射方向と４５°の角度をなす面に光反射膜を形成する。反射膜は、Ｓｉ表面全面に形成して差し支えない。
【００８４】
次いで、図１７に示すように、Ｓｉ構造体を裏返して（Ｓｉウエハの表面、即ち異方性エッチングされた面を面型光素子側にして）、赤外線で面型光素子のパターンをモニターしつつ、Ｓｉ構造体を面型光素子の所定の位置に貼りつける。Ｓｉは１．１μｍ以上の波長の光に対しては事実上透明であり、赤外線を用いることにより、Ｓｉ構造体表面のパターンと面型光素子表面パターンをモニターできる。Ｓｉ構造体と面型光素子との貼り合せには透明接着剤を用いるのが簡便であるが、導電性接着剤又は金属接合で貼りつけることもできる。金属接合を用いる場合、Ａｕ−Ｓｎ接合を用いるのが簡便である。
【００８５】
その後、各素子を切り離す。各素子の切り離しには、ダイヤモンド砥石を用いるのが簡便である。なお、光入出射方向と４５°の角度をなす面の反対側（光出射側）にもＳｉ（１１１）面に対応した６４．４８°となる面が形成される。この壁は、不要であり除去する必要がある。通常のエッチングで除去することも可能であるが、各素子の切り離し時に、同時にダイヤモンド砥石で除去するのが適している。
【００８６】
最後に、光ファイバをＶ溝及び光入出射方向と４５°の角度をなす面に突き当て、固定することによって完成となる。
【００８７】
以下に、本発明の実施例を説明する。なお、以下の説明では、面型光素子は、便宜上、発光素子であるとするが、受光素子でも同様である。
【実施例１】
【００８８】
図２，図３は本発明の実施例１の光結合装置を示す図である。なお、図３は図２の側面図である。
【００８９】
実施例１では、面型光素子上に、Ｓｉ構造体が設けられ、Ｓｉ構造体には、Ｓｉ異方性エッチングで形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面と同時にＳｉ異方性エッチングで形成された光伝送体（実施例１では光ファイバ）ガイド用のＶ溝が形成されている。
【００９０】
ここで、光ファイバの先端は、光入出射方向に対し４５°の角度を持ち、Ｖ溝によって位置合わせされ、Ｓｉ異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面に突き当てられて固定される。
【００９１】
光ファイバを固定するのには、通常の透明接着材を用いることができる。なおこの時、接着剤の屈折率を光ファイバのクラッド材の屈折率と略同一の屈折率とすることにより、光が通過するファイバ側面での光ロスを低減することができる。
【００９２】
また、この実施例１では、光ファイバの端面に反射面を設け、該反射面は、面型光素子から光ファイバの側面を介して入射した光を導波方向に反射させる機能、および／または、光ファイバの導波方向に進む光を光ファイバの側面を介して面型光素子の方向に反射させる機能を有し、面型光素子は、光ファイバの側面を介して該光ファイバと光結合されている。なお、実施例１では、耐異方性エッチング膜は除去されている。
【実施例２】
【００９３】
図４，図５は本発明の実施例２の光結合装置を示す図である。なお、図５は図４の側面図である。
【００９４】
この実施例２が実施例１と異なるのは、Ｖ溝上部に平面を有することである。これにより、Ｓｉ異方性エッチング時間が短くて済むという利点がある。なお、実施例２においても、耐異方性エッチング膜は除去されている。
【実施例３】
【００９５】
図６，図７は本発明の実施例３の光結合装置を示す図である。なお、図７は図６の側面図である。
【００９６】
実施例３は、実施例２と同様に、Ｖ溝上部に平面を有しているが、実施例２と異なり、Ｖ溝上部の平面は、耐異方性エッチング膜よりなっている。すなわち、裏面の耐異方性エッチング膜は残されており、表面の耐異方性エッチング膜は除去されている。
【実施例４】
【００９７】
図８，図９は本発明の実施例４の光結合装置を示す図である。なお、図９は図８の側面図である。
【００９８】
実施例４が実施例１と異なるのは、光ファイバ先端は、光入出射方向と平行であり、Ｖ溝によって位置合わせされ、Ｓｉ異方性エッチングで形成した光入出射方向と４５°の角度をなす面に突き当てられて固定される点にある。
【００９９】
光ファイバを固定するのには、通常の透明接着材を用いることができる。なおこの時、接着剤の屈折率を光ファイバのコア材の屈折率と略同一の屈折率とすることにより、光が通過する経路での光ロスを低減することができる。実施例４では、構造体は、Ｓｉの異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面に反射面を有し、該反射面は、面型光素子からの光を光ファイバの導波方向に反射させる機能、および／または、光ファイバの導波方向に進む光を面型光素子の方向に反射させる機能を有し、面型光素子は、Ｓｉの異方性エッチングにより形成された光入出射方向と４５°の角度をなす面を介して光ファイバと光結合されている。なお、実施例４では、耐異方性エッチング膜は除去されている。
【実施例５】
【０１００】
図１０，図１１は本発明の実施例５の光結合装置を示す図である。なお、図１１は図１０の側面図である。
【０１０１】
実施例５が実施例４と異なるのは、Ｖ溝上部に平面を有することである。そして、Ｖ溝上部の平面は、耐異方性エッチング膜よりなっている。なお、実施例５では、表裏両面とも耐異方性エッチング膜は残されている。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】面型光素子の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１の光結合装置を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の光結合装置を示す図である。
【図４】本発明の実施例２の光結合装置を示す図である。
【図５】本発明の実施例２の光結合装置を示す図である。
【図６】本発明の実施例３の光結合装置を示す図である。
【図７】本発明の実施例３の光結合装置を示す図である。
【図８】本発明の実施例４の光結合装置を示す図である。
【図９】本発明の実施例４の光結合装置を示す図である。
【図１０】本発明の実施例５の光結合装置を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５の光結合装置を示す図である。
【図１２】本発明に用いるＳｉウエハを示す図である。
【図１３】本発明に用いるＳｉウエハを示す図である。
【図１４】耐異方性エッチング膜パターンを形成した状態を示す図である。
【図１５】異方性エッチング終了時の状態を示す図である。
【図１６】異方性エッチング終了時の状態を示す図である。
【図１７】Ｓｉ構造体と面型光素子との貼り合せを示す図である。
【図１】
2006065032.tif 000003
【図２】
2006065032.tif 000004
【図３】
2006065032.tif 000005
【図４】
2006065032.tif 000006
【図５】
2006065032.tif 000007
【図６】
2006065032.tif 000008
【図７】
2006065032.tif 000009
【図８】
2006065032.tif 000010
【図９】
2006065032.tif 000011
【図１０】
2006065032.tif 000012
【図１１】
2006065032.tif 000013
【図１２】
2006065032.tif 000014
【図１３】
2006065032.tif 000015
【図１４】
2006065032.tif 000016
【図１５】
2006065032.tif 000017
【図１６】
2006065032.tif 000018
【図１７】
2006065032.tif 000019