(57)【要約】本発明は、基板と、その表面に形成された光素子を含む光導波路型光送受信モジュールにおいて、該基板に光学的クロストーク低減手段を設けたことを特徴とする光導波路型光送受信モジュール；下部クラッド層と、コア層と、このコア層を埋め込む上部クラッド層と、受光素子と、発光素子とを含む光導波路型光送受信モジュールにおいて、少なくとも該発光素子近傍の該コア層に隣接するクラッド層の幅を、該コア層の幅の３〜５倍となるように構成したことを特徴とする光導波路型光送受信モジュール；及び光学的クロストーク低減手段が設けられていることを特徴とする光導波路型光送受信モジュール作成用基板を提供する。本発明の光導波路型光送受信モジュールは、光学的クロストークが顕著に低減し、受信感度の低下を顕著に抑制することができる。また、本発明の基板は、光学的クロストーク低減手段が設けられているため、基板上の光素子に光学的クロストーク低減手段を設ける従来の方法と比較して、その製造が容易である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、その表面に形成された光素子を含む光導波路型光送受信モジュールにおいて、該基板に光学的クロストーク低減手段を設けたことを特徴とする光導波路型光送受信モジュール。
【請求項２】
光学的クロストーク低減手段が、漏光を吸収及び／又は遮断するか、漏光の光路を変更する手段を含む請求項１記載の光導波路型光送受信モジュール。
【請求項３】
光学的クロストーク低減手段が、基板の裏面又は表面又はその双方を粗面化することにより漏光を散乱させ、漏光が受光素子に入射するのを防止するものである請求項１記載の光導波路型光送受信モジュール。
【請求項４】
粗面化度がＪＩＳ  Ｒｍａｘ６〜１２μｍである請求項３記載の光導波路型光送受信モジュール。
【請求項５】
光学的クロストーク低減手段が、使用波長において不透明な金属、セラミックス、樹脂及びこれらの２種以上の組合せから成る基板である請求項１記載の光導波路型光送受信モジュール。
【請求項６】
合分波フィルタを用いた光導波路型光送受信モジュールであって、光学的クロストークが５ｄＢ以内であることを特徴とする光導波路型光送受信モジュール。
【請求項７】
下部クラッド層と、コア層と、このコア層を埋め込む上部クラッド層と、受光素子と、発光素子とを含む光導波路型光送受信モジュールにおいて、少なくとも該発光素子近傍の該コア層に隣接するクラッド層の幅を、該コア層の幅の３〜５倍となるように構成したことを特徴とする光導波路型光送受信モジュール。
【請求項８】
コア層の幅の３〜５倍となるように構成されたクラッド層の表面を光不透過性材料で被覆したことを特徴とする請求項７記載の光導波路型光送受信モジュール。
【請求項９】
光不透過性材料が金属又は樹脂である請求項８記載の光導波路型光送受信モジュール。
【請求項１０】
光学的クロストーク低減手段が設けられていることを特徴とする光導波路型光送受信モジュール作成用基板。
【請求項１１】
光学的クロストーク低減手段が、漏光を吸収及び／又は遮断するか、漏光の光路を変更する手段を含む請求項１０記載の光導波路型光送受信モジュール作成用基板。
【請求項１２】
光学的クロストーク低減手段が、基板の裏面又は表面又はその双方を粗面化することにより漏光を散乱させ、漏光が受光素子に入射するのを防止するものである請求項１０記載の光導波路型光送受信モジュール作成用基板。
【請求項１３】
粗面化度がＪＩＳ  Ｒｍａｘ６〜１２μｍである請求項１２記載の光導波路型光送受信モジュール作成用基板。
【請求項１４】
光学的クロストーク低減手段が、使用波長において不透明な金属、セラミックス、樹脂及びこれらの２種以上の組合せから成る基板である請求項１０記載の光導波路型光送受信モジュール作成用基板。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光導波路型光送受信モジュール及び該モジュール作成用基板に関し、特に、送信光が同一モジュールの受光素子に漏れ込むことによってノイズ成分となり、最低受光感度が低下するいわゆる光学的クロストークが低減された光導波路型光送受信モジュール及び該モジュール作成用基板に関する。
背景技術
近年のパソコンやインターネットの普及に伴い、情報伝送需要が急激に増大している。このため、伝送速度の速い光伝送を、パソコン等の末端の情報処理装置まで普及させることが望まれている。これを実現するには、光インターコネクション用に、高性能な光導波路等を使用して送信機能と受信機能とを一体化した、小型の光送受信モジュールを、安価かつ大量に製造する必要がある。
光送受信モジュールでは送信用のＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）素子と受信用のＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）素子とが一つの光送受信モジュールの中に集積化されている。送信と受信とが同時動作を行う光送受信モジュールでは、光導波路コアに結合しないＬＤ光が漏光として受信用のＰＤ素子に回り込み、この漏光成分が信号光のノイズ成分となり、光送受信モジュールの受信感度が低下する。
これまでに、漏光成分が信号光のノイズ成分として、受信用のＰＤ素子に回り込むいわゆる光学的クロストークが低減された光送受信モジュールとしては種々のものが提案されているが、いずれも、製造が煩雑であったり、あるいは光学的クロストークを十分に低減できるものとはいえない。
発明の開示
従って、本発明の目的は、光学的クロストークが低減された光導波路型光送受信モジュールを提供することである。
本発明の他の目的は、光学的クロストークが低減された光導波路型光送受信モジュール作成用の基板を提供することである。
本発明は、以下の光導波路型光送受信モジュール及び該モジュール作成用基板を提供するものである。
１．基板と、その表面に形成された光素子を含む光導波路型光送受信モジュールにおいて、該基板に光学的クロストーク低減手段を設けたことを特徴とする光導波路型光送受信モジュール。
２．光学的クロストーク低減手段が、漏光を吸収及び／又は遮断するか、漏光の光路を変更する手段を含む上記１記載の光導波路型光送受信モジュール。
３．光学的クロストーク低減手段が、基板の裏面又は表面又はその双方を粗面化することにより漏光を散乱させ、漏光が受光素子に入射するのを防止するものである上記１記載の光導波路型光送受信モジュール。
４．粗面化度がＪＩＳ  Ｒｍａｘ６〜１２μｍである上記３記載の光導波路型光送受信モジュール。
５．光学的クロストーク低減手段が、使用波長において不透明な金属、セラミックス、樹脂及びこれらの２種以上の組合せから成る基板である上記１記載の光導波路型光送受信モジュール。
６．合分波フィルタを用いた光導波路型光送受信モジュールであって、光学的クロストークが５ｄＢ以内であることを特徴とする光導波路型光送受信モジュール。
７．下部クラッド層と、コア層と、このコア層を埋め込む上部クラッド層と、受光素子と、発光素子とを含む光導波路型光送受信モジュールにおいて、少なくとも該発光素子近傍の該コア層に隣接するクラッド層の幅を、該コア層の幅の３〜５倍となるように構成したことを特徴とする光導波路型光送受信モジュール。
８．コア層の幅の３〜５倍となるように構成されたクラッド層の表面を光不透過性材料で被覆したことを特徴とする上記７記載の光導波路型光送受信モジュール。
９．光不透過性材料が金属又は樹脂である上記８記載の光導波路型光送受信モジュール。
１０．光学的クロストーク低減手段が設けられていることを特徴とする光導波路型光送受信モジュール作成用基板。
１１．光学的クロストーク低減手段が、漏光を吸収及び／又は遮断するか、漏光の光路を変更する手段を含む上記１０記載の光導波路型光送受信モジュール作成用基板。
１２．光学的クロストーク低減手段が、基板の裏面又は表面又はその双方を粗面化することにより漏光を散乱させ、漏光が受光素子に入射するのを防止するものである上記１０記載の光導波路型光送受信モジュール作成用基板。
１３．粗面化度がＪＩＳ  Ｒｍａｘ６〜１２μｍである上記１２記載の光導波路型光送受信モジュール作成用基板。
１４．光学的クロストーク低減手段が、使用波長において不透明な金属、セラミックス、樹脂及びこれらの２種以上の組合せから成る基板である上記１０記載の光導波路型光送受信モジュール作成用基板。
発明を実施するための最良の形態
本発明において光学的クロストークとは、電気的クロストーク（ｄＢｍ）が問題にならない程小さい場合において、光素子（発光素子、受光素子、フィルタ）を搭載後、発光素子を動作させないときの受光素子の受光感度（ｄＢｍ）と発光素子を動作させたときの受光素子の受光感度（ｄＢｍ）の差をいう。
本発明の光導波路型光送受信モジュールは、基板上に、光素子を含み、該基板に光学的クロストーク低減手段を設けたことを特徴とするものである。
本発明の光導波路型光送受信モジュールは、好ましくは基板上に、下部クラッド層と、コア層と、このコア層を埋め込む上部クラッド層と、受光素子と、発光素子とを設けたものである。
さらに具体的には、本発明の光導波路型光送受信モジュールは、基板として、ガラス、石英等の無機材料、シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウム、チタン等の半導体や、金属材料、ポリイミド、ポリアミド等の高分子材料、またはこれらの材料を複合化した材料を用いて、これら基板の上に、光素子、例えば、光導波路、光合波器、光分波器、光減衰器、光回折器、光増幅器、光干渉器、光フィルタ、光スイッチ、波長変換器、発光素子、受光素子あるいはこれらが複合化されたものなどを形成したものであって、少なくとも光導波路、発光素子及び受光素子を有するものである。
上記の基板上には、上記発光素子、受光素子以外の半導体素子や金属膜を形成することもあり、更に基板の保護や屈折率調整などのために、基板上に、二酸化珪素被膜を形成したり、あるいは、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化タンタルなどの被膜を形成してもよい。
本発明の光導波路型光送受信モジュールとして最も代表的なものの第１の例は、シリコンを基板とし、その上に、ポリマー光導波路、発光素子及び受光素子を搭載したものである。さらに具体的には、シリコン単結晶の基板の上面に、基板を保護し、屈折率を調整するための二酸化珪素層が備えられ、その上にポリマー光導波路積層体が形成されたものである。典型的なポリマー光導波路積層体は、シリコン基板、その上層の二酸化珪素層の上に、有機ジルコニウム化合物層と、フッ素を含まない樹脂層と、下部クラッド層と、コア層と、このコア層を埋め込む上部クラッド層と、保護層とが、この順に積層された構造を有する。下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層は、いずれもフッ素を含むポリイミド樹脂により形成され、有機ジルコニウム化合物層及びフッ素を含まない樹脂層が、基板と下部クラッド層との接着性を高めるために配置されている。
次に、本発明の基板に設けられる光学的クロストーク低減手段について説明する。
本発明の基板に設けられる光学的クロストーク低減手段として好ましいものの例としては、例えば、次のような手段が挙げられる。
１．基板の裏面又は表面又はその双方を粗面化することにより漏光を散乱させ、漏光が受光素子に入射するのを防止する。
２．光導波路平面に対して通常は垂直方向に形成されている基板側面を、この垂直方向に対して好ましくは１°〜６０°、さらに好ましくは２°〜４５°傾斜させて形成することにより、傾斜面で反射した漏光が受光素子に入射するのを防止する。この際、傾斜面は発光素子側に設けても良いし、受光素子側に設けても良いし、あるいは双方に設けても良い。また双方に設ける場合、その傾斜角は同一でも異なっていても良く、従って、傾斜方向は同一方向でも反対方向でも良い。
３．基板の表面又は裏面又はその双方に、無反射コーティング層又は光吸収性層を設け、漏光がこの無反射コーティング層又は光吸収性層に吸収され受光素子に入射するのを防止する。
４．基板を、使用波長において不透明な金属、セラミックス、樹脂及びこれらの２種以上の組合せから成る材料で構成する。
以下、上記の光学的クロストーク低減手段についてさらに詳細に説明する。
第１の方法である、基板の裏面又は表面又はその双方を粗面化することにより漏光を散乱させ、漏光が受光素子に入射するのを防止するためには、基板の裏面又は表面又はその双方をその粗面化度ＪＩＳ  Ｒｍａｘが６〜１２μｍ程度となるように、例えば、粒度＃１０００のサンドペーパーで磨く、レーザビームで処理する、あるいはイオンエッチングで処理すればよい。粗面化度ＪＩＳ  Ｒｍａｘが６〜１２μｍの範囲外の場合には、漏光の散乱が十分に行われず、漏光が受光素子に入射するのを完全に防止することが困難である。粗面化は基板の裏面又は表面又はその双方の全面に施すことが望ましい。
第２の方法である、光導波路平面に対して通常は垂直方向に形成されている、光導波路の基板側面を、この垂直方向に対して好ましくは２°〜４５°傾斜させることにより、傾斜面で反射した漏光が受光素子に入射するのを防止するためには、基板上に多数作成された光デバイスをダイシングして個々の光デバイスに分離する際に、所望の傾斜面が得られるように特定形状のブレードを使用するか、垂直に形成した側面を所望の傾斜面が得られるように切断、研磨等の加工を施しても良い。先に述べたように、傾斜面は発光素子側、受光素子側、あるいは双方に設けても良い。また双方に設ける場合、その傾斜角は同一でも異なっていても良く、従って、傾斜方向は同一方向でも反対方向でも良い。例えば、傾斜面は、図１Ａに示すように基板１の表面（光素子搭載面）から裏面に向かって内側に傾斜させても良いし、これとは逆に、図１Ｂに示すように基板１の表面から裏面に向かって外側に傾斜させても良い。
第３の方法である、基板の表面又は裏面又はその双方に、無反射コーティング層又は光吸収性層を設け、漏光がこの無反射コーティング層又は光吸収性層に吸収され受光素子に入射するのを防止するためには、基板の表面又は裏面又はその双方に、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２等の無反射コーティング層を、真空蒸着、電子ビーム蒸着等により形成するか、光吸収性樹脂、例えば、エポキシ、ポリアミド、ポリイミド等を適当な溶媒に溶解し、塗布し、乾燥すれば良い。これらの無反射コーティング層又は光吸収性層は単層でも多層でも良く、また、複数の層を組み合わせて形成しても良い。
無反射コーティング層の膜厚は使用する光の波長により、適宜決定されるが、通常は０．１〜１０μｍ程度が好ましい。
また、光吸収性層の膜厚は、０．３〜１０μｍ、例えば、０．５μｍ程度が好ましい。
第４の方法は、基板を、使用波長において不透明な金属、例えば、アルミニウム、銅、クロム、チタン等、セラミックス、樹脂、例えば、ポリイミド、エポキシ、ポリアミド、フェノール樹脂、ウレタン等、及びこれらの２種以上の組合せから成る材料で構成するものである。基板をこのような使用波長において不透明な材料で構成することにより、基板内の漏光の伝播を効率的に減衰させることができる。
本発明の光導波路型光送受信モジュールとして最も代表的なものの第２の例は、図２に示すように、シリコンを基板１とし、その上に、ポリマー光導波路（下部クラッド層２、コア層３、上部クラッド層４）、発光素子５、受光素子６及び合分波フィルタ７を搭載したものである。さらに具体的には、シリコン単結晶の基板の上面に、基板を保護し、屈折率を調整するための二酸化珪素層が備えられ、その上にポリマー光導波路積層体が形成されたものである。典型的なポリマー光導波路積層体は、シリコン基板１、その上層の二酸化珪素層の上に、有機ジルコニウム化合物層と、フッ素を含まない樹脂層と、下部クラッド層２と、コア層３と、このコア層３を埋め込む上部クラッド層４と、保護層とが、この順に積層された構造を有する。下部クラッド層２、コア層３及び上部クラッド層４は、いずれもフッ素を含むポリイミド樹脂により形成され、有機ジルコニウム化合物層及びフッ素を含まない樹脂層が、基板１と下部クラッド層２との接着性を高めるために配置されている。
次に、本発明の第２の実施態様の光導波路型光送受信モジュールに設けられる光学的クロストーク低減手段について説明する。
本発明の第２の実施態様の光導波路型光送受信モジュールに設けられる光学的クロストーク低減手段は、図２及び図３に示すように、少なくとも発光素子５近傍のコア層３に隣接する上部クラッド層４の幅Ｌ１を、該コア層３の幅Ｌ２の３〜５倍となるように構成したことを特徴とするものである。
上部クラッド層４の幅Ｌ２がコア層３の幅Ｌ１の３倍未満では、導波損失が増加することがあり、５倍超では、光学的クロストーク低減効果が不充分である。
本発明において、好ましくは、コア層の幅の３〜５倍となるように構成されたクラッド層の表面を光不透過性材料で被覆する。このような光不透過性材料としては、アルミニウム、クロム、ニッケル、チタン等の金属の層、又はフッ素を含まないポリイミド、ポリアミド等の樹脂の層が挙げられる。金属層の厚みは、０．０５〜１．０μｍ程度が好ましく、これらは蒸着、スパッタリング等により設けることができる。また、樹脂層の厚みは１．０μｍ以上、通常は３〜１０μｍであることが好ましい。樹脂は黒色の顔料又は染料で染色したものがさらに好ましい。
本発明は、下部クラッド層と、コア層と、このコア層を埋め込む上部クラッド層と、受光素子と、発光素子とを含む光導波路型光送受信モジュールにおいて、少なくとも該発光素子近傍の該コア層に隣接するクラッド層の幅を、該コア層の幅の３〜５倍となるように構成したことを特徴とするものであるが、その代表的な作成方法は以下のとおりである。
まず、基板上に、下部クラッド層と、コア層と、このコア層を埋め込む上部クラッド層を形成し、上部クラッド層、好ましくは上部クラッド層及び下部クラッド層を、例えば、ドライエッチング、ウエットエッチング、レーザーアブレーション、ミリング、サンドブラスト等の方法により、少なくとも発光素子近傍のコア層に隣接するクラッド層の幅が、該コア層の幅の３〜５倍となるまで、除去すればよい。
不要な上部クラッド層を除去した後、必要により、コア層の幅の３〜５倍となるように構成されたクラッド層の表面を先に説明した光不透過性材料で被覆すればよい。
実施例１
シリコンウエハ上に有機ジルコニウムキレートをスピンコート法により乾燥膜厚１００オングストロームとなるように塗布し、乾燥後、その上にフッ素を含まないポリイミド樹脂を乾燥膜厚０．３μｍとなるように塗布し、乾燥後、フッ素を含むポリイミド樹脂からなる下部クラッド層（８μｍ）及びコア層（６．５μｍ）を形成した。次にコア層の上にシリコン含有レジストを０．５μｍ厚となるように塗布、乾燥し、コア層パターンを有するマスクを介して露光、現像し、このレジストパターンをマスクとして反応性イオンエッチングを行い、コア層を形成した。レジスト剥離後、上部クラッド層（１５μｍ）、フッ素を含まないポリイミド樹脂からなる保護層（３μｍ）を形成してポリイミド光導波路を作成した。その後、シリコンウエハの光導波路の作成されていない面（基板裏面）をＪＩＳ＃１０００相当の耐水ペーパーで粗面化し、粗面化度ＪＩＳ  Ｒｍａｘ９．６μｍとした。その後ダイシングによりチップに切り出し、受光素子及び発光素子を取り付け、光導波路の光学的クロストークを評価した。
比較例１
実施例１と同様に、ポリイミド光導波路を作成した。その後、シリコンウエハの光導波路の作成されていない面（基板裏面）の粗面化を行うことなく、ダイシングによりチップに切り出し、受光素子及び発光素子を取り付け、光導波路の光学的クロストークを評価した。
その結果、基板裏面を粗面化した本発明の実施例１のモジュールの光学的クロストークは、比較例１のモジュールと比べて、明らかに改善された。
実施例２
シリコンウエハ上に有機ジルコニウムキレートをスピンコート法により乾燥膜厚１００オングストロームとなるように塗布し、乾燥後、その上にフッ素を含まないポリイミド樹脂を乾燥膜厚０．３μｍとなるように塗布し、乾燥後、フッ素を含むポリイミド樹脂からなる下部クラッド層（８μｍ）及びコア層（６．５μｍ）を形成した。次にコア層の上にシリコン含有レジストを０．５μｍ厚となるように塗布、乾燥し、コアパターンを介して露光、現像し、このレジストパターンをマスクとして反応性イオンエッチングを行い、コア層を形成した。レジスト剥離後、上部クラッド層（１５μｍ）を形成してポリイミド光導波路を作成した。その後、コア層の両側面のクラッド層をコア層幅（６．５μｍ）の約５倍（約３２．５μｍ）を残して削除し、その後ダイシングによりチップに切り出し、光導波路の光学的クロストークを評価した。
比較例２
実施例２と同様に、シリコンウエハ上にスピンコート法と反応性イオンエッチング法によりポリイミド光導波路を作成し、その後、コア層の両側面のクラッド層を削除することなく、ダイシングによりチップに切り出し、光導波路の光学的クロストークを評価した。
その結果、クラッド層を削除した本発明の実施例２のモジュールの光学的クロストークは、比較例２のモジュールと比べて、明らかに改善された。
産業上の利用可能性
本発明の第１の実施態様によれば、基板に光学的クロストーク低減手段が設けられているため、この基板を使用して製造された光導波路型光送受信モジュールは、光学的クロストークが顕著に低減し、受信感度の低下を顕著に抑制することができる。また、光学的クロストーク低減手段が基板に設けられているため、基板上の光素子に光学的クロストーク低減手段を設ける従来の方法と比較して、その製造が容易である。
また、本発明の第２の実施態様に係る、光学的クロストーク低減手段を設けた本発明の光導波路型光送受信モジュールは、光学的クロストークが顕著に低減し、受信感度の低下を顕著に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、基板側面を傾斜面にした光学的クロストーク低減手段を設けた本発明の光導波路型光送受信モジュールの一例を示す図面である。
図２は、光学的クロストーク低減手段を設けた本発明の光導波路型光送受信モジュールの一実施例を示す平面図である。
図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図１】
2003058305.tif 000002
【図２】
2003058305.tif 000003
【図３】
2003058305.tif 000004
【国際調査報告】
2003058305.tif 000005
2003058305.tif 000006