(57)【要約】【課題】信号伝搬の信頼性が良好である光制御部品およびその製造方法を提供する。【解決手段】光導波路と、前記光導波路に設置された電気光学素子と、前記光導波路と前記電気光学素子とを接続する接着剤と、を有する光制御部品であって、前記接着剤は、硬化性の樹脂材料と、該樹脂材料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料と、を含む材料が、硬化されてなることを特徴とする光制御部品。【選択図】  図６Ｈ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と、
前記光導波路に設置された電気光学素子と、
前記光導波路と前記電気光学素子とを接続する接着剤と、を有する光制御部品であって、
前記接着剤は、
硬化性の樹脂材料と、該樹脂材料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料と、を含む材料が、硬化されてなることを特徴とする光制御部品。
【請求項２】
前記有機材料は、前記樹脂材料よりも分子量が大きいことを特徴とする請求項１記載の光制御部品。
【請求項３】
前記樹脂材料は液状であり、前記有機材料は固形状の樹脂材料であることを特徴とする請求項１または２記載の光制御部品。
【請求項４】
前記有機材料は、前記樹脂材料の硬化反応に寄与する官能基が、別の官能基で置換された構造を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の光制御部品。
【請求項５】
光導波路に電気光学素子を設置するとともに、該光導波路と該電気光学素子の隙間に硬化性材料を充填する工程と、
前記硬化性材料を硬化させる工程と、を有し、
前記硬化性材料は、硬化性の樹脂材料と、該樹脂料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに、該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料とを含むことを特徴とする光制御部品の製造方法。
【請求項６】
基板上に前記光導波路を形成する工程と、
前記光導波路をエッチングし、前記電気光学素子を設置する凹部を形成する工程と、をさらに有することを特徴とする請求項５記載の光制御部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学素子を用いて形成される光制御部品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や電子機器の高速度化に伴い、従来の電気配線に換わる技術として光導波路を用いた信号伝播の方法が普及してきている。例えば、光導波路は、信号光を透過する、いわゆるコア材と呼ばれる光導波路の芯となる材料と、コア材の周囲を覆うように形成される、いわゆるクラッド材から構成されている。クラッド材はコア材と信号光の反射率が異なるため、コア材からクラッド材に向かう信号光はクラッド材で実質的にコア材側に全反射される構造になっている。
【０００３】
例えば、上記の光を用いた信号伝搬では、光スイィチに代表される光制御部品が用いられる。上記の光スイッチでは、例えば電気光学効果を有する素子（電気光学素子）によって信号のスイッチングが行われる。電気光学素子と光導波路は、基板上においてサブミクロンオーダーの精度で位置あわせが行われる。また、電気光学素子と光導波路の間（電気光学素子と基板の間）には、ミクロンオーダーの隙間が形成されるため、当該間隙には接着剤などが充填されることが一般的である。例えば、上記の接着剤は、熱や紫外線の作用により硬化反応を起こす硬化性の樹脂材料が用いられる。
【特許文献１】ＷＯ  ０３／１０４８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、電気光学素子と光導波路とのサブミクロンオーダーでの位置合わせを行った後に上記の接着剤を硬化させると、接着剤の硬化収縮により光導波路に対する電気光学素子の位置にずれを生じる場合があった。上記の硬化収縮を抑える方法として、接着剤中にシリカやカーボン粉末等の無機粉末を充填する方法が用いられる場合がある。
【０００５】
しかし、光スイッチの場合には構造上、接着剤中を信号を伝搬する媒体である光が通過する場合がある。このため、接着剤中に無機粉末を添加した場合には、光の散乱による光量の減衰を生じたり、または、光路の異常屈折を生じ、光スイッチの信頼性が低下してしまう懸念がある。このため、光スイッチなどの光制御部品では、無機材料が添加された接着剤を用いることは実質的に困難となっていた。
【０００６】
そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な光制御部品および光制御部品の製造方法を提供することを統括的課題としている。
【０００７】
本発明の具体的な課題は、信号伝搬の信頼性が良好である光制御部品およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の観点では、上記の課題を、光導波路と、前記光導波路に設置された電気光学素子と、前記光導波路と前記電気光学素子とを接続する接着剤と、を有する光制御部品であって、前記接着剤は、硬化性の樹脂材料と、該樹脂材料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料と、を含む材料が、硬化されてなることを特徴とする光制御部品により、解決する。
【０００９】
また、本発明の第２の観点では、上記の課題を、光導波路に電気光学素子を設置するとともに、該光導波路と該電気光学素子の隙間に硬化性材料を充填する工程と、前記硬化性材料を硬化させる工程と、を有し、前記硬化性材料は、硬化性の樹脂材料と、該樹脂料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに、該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料とを含むことを特徴とする光制御部品の製造方法により、解決する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、信号伝搬の信頼性が良好である光制御部品およびその製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１（Ａ）は、光制御部品（光スイッチ）１０の断面を模式的に示した図であり、図１（Ｂ）はその平面図である。
【００１２】
図１（Ａ），（Ｂ）を参照するに、光制御部品１０は、光導波路１１に形成された凹部に、電気光学素子１２が設置されてなる構造を有している。なお、光導波路１１においては、コア部とクラッド部の境界の記載は図示を省略している。
【００１３】
上記の構造においては、硬化性の樹脂材料よりなる接着剤１３が光導波路１１と電気光学素子１２の隙間に充填され、当該樹脂材料が加熱または紫外線照射などにより硬化されて電気光学素子１２が固定される。しかし、光導波路１１と電気光学素子１２の位置合わせは、サブミクロンオーダーでの正確性が必要とされるため、従来の接着剤では硬化収縮が問題になる場合があった。例えば、電気光学素子１２は、光導波路１１を伝搬する光軸１４に対して正確に設置されていることが好ましい。
【００１４】
例えば、接着剤（樹脂材料）１３の硬化収縮を抑制するためには、接着剤１３に無機材料よりなる粉末（例えばシリカなど）を添加する方法が考えられる。
【００１５】
図２（Ａ）は、硬化性の樹脂を硬化させて形成される構造を模式的に示した図であり、図２（Ｂ）は、硬化性の樹脂に、硬化収縮を抑制するための添加剤を添加して硬化させて形成される構造を模式的に示した図である。図２（Ａ）の場合には、硬化性樹脂（母材）の主鎖に加えて母材の官能基によって架橋が形成され、架橋密度が大きくなっている。一方で、添加剤が添加された場合には、架橋の形成が添加剤により阻害されて架橋密度が小さくなっている。このため、図２（Ｂ）の場合には、図２（Ａ）の場合に比べて硬化収縮を抑制することができる。
【００１６】
しかし、接着剤１３は信号を伝搬する媒体である光が通過するため、無機材料よりなる粉末が添加された場合には、光の散乱による光量の減衰を生じたり、または、光路の異常屈折を生じ、光スイッチの信頼性が低下してしまう懸念があった。
【００１７】
そこで、本発明による光制御部品では、上記の接着剤１３が、硬化性の樹脂材料と、該樹脂材料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料と、を含む材料が、硬化されてなるように構成されていることが特徴となっている。
【００１８】
例えば、添加材料である上記の有機材料は、接着剤を構成する母材である硬化性の樹脂材料と、主たる分子構造が実質的に同じとなっている。このため、光が接着剤中を伝搬した場合、光の散乱・減衰や異常屈折などが抑制される。
【００１９】
また、上記の硬化性の樹脂材料の硬化反応に実質的に寄与しないものを添加剤（上記の有機材料）として選択することで、接着剤の硬化収縮を抑制することが可能となる。例えば、樹脂材料の硬化反応に寄与する官能基が、別の官能基で置換された構造を有する材料を前記有機材料として選択すればよい。または、硬化性の樹脂材料の硬化反応に寄与する官能基を有しない材料を、上記の有機材料として選択してもよい。
【００２０】
例えば、熱硬化型樹脂あるいは紫外線硬化型樹脂の場合には、熱、あるいは、紫外線により、母材（樹脂）に添加してある開始剤が分解してイオンを生成し母材の硬化反応が起こる。このため、例えば、母材よりも分子量の大きい樹脂材料を添加剤として用いることにより、硬化反応後に反応に寄与しない成分を残存させて、硬化収縮を抑制することができる。
【００２１】
また、母材がフタル酸系ポリエステル接着剤の場合には、添加剤としてフタル酸を用いてもよい。また、ビスフェノールＡ系の加熱硬化型樹脂の場合には、ビスフェノールＡを添加剤として用いればよい。
【００２２】
例えば、硬化性の樹脂材料としては、熱硬化型、紫外線硬化型、縮合型などの樹脂材料があるが、これらの樹脂材料を「硬化性の樹脂材料（母材）」、「有機材料（添加剤）」として組み合わせてもよい。上記の組み合わせにおいては、例えば添加剤は、母材の硬化反応に寄与する官能基が、別の官能基で置換された構造を有している
例えば、母材が熱硬化型の樹脂材料の場合、添加剤としては、紫外線硬化型、縮合型のいずれかの樹脂材料を選択すればよい。また、母材が紫外線硬化型の樹脂材料の場合、添加剤としては、熱硬化型または縮合型の樹脂材料を選択すればよい。同様に、母材が縮合型の樹脂材料の場合、添加剤としては、熱硬化型または紫外線硬化型の樹脂材料を選択すればよい。
【００２３】
接着剤が上記の構造とされることで、接着剤１３の硬化収縮が抑制されるとともに、光が接着剤１３を伝搬する場合の散乱・減衰や異常屈折が抑制され、光制御部品の信頼性が良好となる。
【００２４】
また、母材（添加剤）としては、例えば、エポキシ樹脂系、ポリエステル系、シリコーンゴム系等の樹脂材料を用いることができる。また、硬化性の樹脂は、一液型、二液型があるが、いずれのタイプを用いてもよい。また、二液型の場合、主剤、硬化剤の双方を用いてもよく、これらを別々に用いてもよい。
【００２５】
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、接着剤の具体的な例を示す図である。図３（Ａ）は、熱硬化型のエポキシ樹脂の構造の一例を示したものである。
【００２６】
例えば、図３（Ａ）に示す構造において、ｎで示される分子量が１未満の場合には、樹脂は液状となる。また、ｎで示される分子量が１以上の場合には、樹脂は固形（例えば粉末状）となる。
【００２７】
例えば、分子量が小さい（ｎが１未満）液状の硬化性のエポキシ樹脂に、分子量が大きい（ｎが１以上）粉末状のエポキシ樹脂を添加して用いることで、硬化の反応を遅くすることが可能であり、樹脂の硬化収縮を抑制することができる。
【００２８】
また、図３（Ｂ）は、二液型の縮合型のシリコーン樹脂の硬化反応を示した図である。図３（Ｂ）を参照するに、二液型の縮合型のシリコーン樹脂は、主剤と硬化剤の２種類に分けて扱われ、使用（硬化）される直前に主剤と硬化剤が混合される。この場合の硬化反応は、シラノールと加水分解性基含有ケイ素化合物の縮合反応となり、その架橋剤としてはアルコキシシランがおもに用いられる。また、反応を促進させるために水やその他の触媒が用いられる。
【００２９】
また、接着剤の硬化反応としては、図３（Ｃ）のような反応を用いてもよい。図３（Ｃ）に示す場合、ビニル基を含有するポリシロキサンと、Ｓｉ−Ｈ結合を有するポリシロキサンとを付加反応させることにより、シロキサン鎖を架橋させる機構を用いて硬化を生じさせている。
【００３０】
この場合、触媒としては、例えば白金化合物が用いられる。また、硬化速度は温度依存性が大きく、温度を上げるほど短時間で硬化するため、触媒の量や種類を換えることで加熱硬化型の接着剤として用いることも可能である。
【００３１】
例えば、上記の図３（Ｂ）の樹脂と図３（Ｃ）の樹脂を組み合わせることで、接着剤の硬化収縮を抑制することが可能となる。
【実施例１】
【００３２】
次に、母材に硬化剤を添加して硬化性の材料を構成し、当該材料を硬化させて収縮率と光の透過率を測定した結果について説明する。
【００３３】
まず、実験Ａとして、母材である二液加熱硬化型液状シリコーン樹脂（主剤および硬化剤）に添加剤として二液性縮合型液状シリコーン樹脂の主材たるシリコーン樹脂を添加し、硬化性材料を構成した。当該硬化性材料を、加熱温度１００℃、加熱時間１時間の条件で加熱し、硬化させた。
【００３４】
また、実験Ｂとして、母材である一液性液状紫外線硬化型エポキシ樹脂に、添加剤として固形タイプエポキシ樹脂（母材よりも分子量が大きい）を添加し、硬化性材料を構成した。このとき、液状樹脂に固形樹脂を均一混合するために、液状樹脂と固形樹脂を所定量の比率で混合した樹脂混合物をアセトンに溶解し、均一混合溶液を調製した。次に、室温で混合溶液を減圧し、溶剤としてのアセトンを蒸発除去した。このようにして、液状エポキシ樹脂と固形エポキシ樹脂を均一混合し、紫外線硬化材料を調製した。当該硬化性材料を、超高圧水銀ランプを、出力１ｍＷ／ｃｍ２として１５分間照射し、硬化させた。
【００３５】
また、比較例として、母材である一液性紫外線硬化型エポキシ樹脂に、添加剤として乾式シリカ粉末を添加して硬化性材料を構成した。当該硬化性材料を、超高圧水銀ランプを、出力１ｍＷ／ｃｍ２として１５分間照射し、硬化させた。
【００３６】
図４は、上記の実験Ａ，実験Ｂ，および比較例について、それぞれ添加剤の添加率（重量％、図中ｗｔ％と表記）に対する収縮率を比較したものである。また、図５は、上記の実験Ａ，実験Ｂ，および比較例について、それぞれ添加剤の添加率（重量％、図中ｗｔ％と表記）に対する光の透過率を比較したものである。
【００３７】
図４を参照するに、実験Ａ，実験Ｂ，および比較例のそれぞれの場合において、添加剤の添加率の増大にしたがって、硬化させた場合の収縮率は小さくなっていることがわかる。また、図５を参照するに、比較例の場合、添加材の添加率の増大にしたがって、透過率が減少し、比較例の場合には、添加剤の添加によって硬化収縮率は抑制されるものの、透過率が低下し、光制御素子に適用することは困難であることがわかる。一方で、実験Ａ，実験Ｂの場合には、添加剤の添加によって透過率は殆ど変化していないことがわかる。
【００３８】
上記の結果より、実験Ａ，実験Ｂの場合には、硬化性材料の硬化収縮率を抑制しながら、光の透過率を良好とすることが可能となっており、信号伝搬の信頼性が良好である光制御部品を構成することが可能であることが確認された。
【実施例２】
【００３９】
次に、上記の接着剤を用いた光制御部品の製造方法と、光制御部品の構成例について説明する。
【００４０】
図６Ａ〜図６Ｈは、実施例２による光制御部品（光スイッチ）の製造方法を、手順を追って示す図である。ただし、以下の図中では、先に説明した部分には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００４１】
まず、図６Ａ〜図６Ｂに示す工程において、例えば石英よりなる基板１０１上に、それぞれ反射率が異なるコア部１０２Ａとクラッド部１０２Ｂを有するスラブ光導波路１０２を形成する。光導波路１０２は、例えばＳｉＯ２を主成分として構成され、ＳｉＯ２に添加する添加物の種類や割合を変更することによって、コア部１０２Ａとクラッド部１０２Ｂを形成する。
【００４２】
上記の構成においては、屈折率が大きいコア部１０２Ａが、屈折率が小さいクラッド部１０２Ｂに挟まれた構造となっており、光の全反射によってコア部１０２Ａの延伸方向に沿って光波が伝搬される。
【００４３】
次に、図６Ｃに示す工程において、マスクパターン（図示せず）をマスクにしたエッチングによって、光導波路１０２をエッチングし、さらに必要に応じて基板１０１の一部をエッチングし、凹部１０３を形成する。この場合、凹部１０３の底部からは基板１０１が露出することになる。
【００４４】
次に、図６Ｄに示す工程において、例えばスパッタリング法により、Ｃｕよりなる電極１０４を、凹部１０３の底部から露出する基板１０１上に形成する。
【００４５】
次に、図６Ｅ〜図６Ｆに示す工程において、電極１０４上に、例えばＣｕペーストなどの導電性ペースト１０４を塗布し、導電性ペースト１０４上に、例えばＰＬＺＴよりなる電気光学素子１０６を設置する。電気光学素子１０６は、凹部１０３に収納されるように設置される。
【００４６】
次に、図６Ｇに示す工程において、母材である一液性液状紫外線硬化型エポキシ樹脂に、添加剤として固形タイプエポキシ樹脂（母材よりも分子量が大きい）を添加して構成された硬化性材料（接着剤）１０７を、光導波路１０２と電気光学素子１０６の隙間（光導波路１０２と基板１０１の隙間）に充填する。ここで、光導波路１０２と電気光学素子１０６が実質的に接続され、光伝搬のための経路が硬化性材料１０７によって確保される。また、電極１０４および導電性ペースト１０５は、硬化性材料（接着剤）１０７によって埋設される。
【００４７】
次に、図６Ｈに示す工程において、硬化性材料１０７に、超高圧水銀ランプを、出力１ｍＷ／ｃｍ２として１５分間照射し、硬化させた。このようにして、光制御部品（光スイッチ）１００を製造することができる。
【００４８】
また、図７は、図６Ｈに示した光制御部品１００の平面図を模式的に示した図である。なお、図７では、硬化性材料（接着剤）１０７の図示は省略している。図６Ｈ，図７を参照するに、上記の光制御部品１００は、電極１０４に電圧が印加されることで電気光学素子１０６に電界が発生し、光のスイッチングが行われる構造になっている。
【００４９】
上記の製造方法によれば、硬化性材料１０７の硬化収縮が抑制されるため、光導波路１０２に対する光光学素子１０６の位置ずれの影響が抑制される。また、光が透過する硬化性材料１０７の光の透過率が良好となっている。このため、上記の製造方法によれば、信号伝搬の信頼性が良好である光制御部品を製造することが可能となる。
【００５０】
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
（付記１）
光導波路と、
前記光導波路に設置された電気光学素子と、
前記光導波路と前記電気光学素子とを接続する接着剤と、を有する光制御部品であって、
前記接着剤は、
硬化性の樹脂材料と、該樹脂材料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料と、を含む材料が、硬化されてなることを特徴とする光制御部品。
（付記２）
前記有機材料は、前記樹脂材料よりも分子量が大きいことを特徴とする付記１記載の光制御部品。
（付記３）
前記樹脂材料は液状であり、前記有機材料は固形状の樹脂材料であることを特徴とする付記１または２記載の光制御部品。
（付記４）
前記樹脂材料は、エポキシ系の樹脂材料であることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項記載の光制御部品。
（付記５）
前記有機材料は、前記樹脂材料の硬化反応に寄与する官能基が、別の官能基で置換された構造を有していることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項記載の光制御部品。
（付記６）
前記樹脂材料は熱硬化型樹脂材料であり、前記第２の有機材料は縮合型樹脂材料であることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項記載の光制御部品。
（付記７）
光導波路に電気光学素子を設置するとともに、該光導波路と該電気光学素子の隙間に硬化性材料を充填する工程と、
前記硬化性材料を硬化させる工程と、を有し、
前記硬化性材料は、硬化性の樹脂材料と、該樹脂材料と主たる分子構造が実質的に同じであるとともに、該樹脂材料の硬化収縮を抑制する有機材料とを含むことを特徴とする光制御部品の製造方法。
（付記８）
基板上に前記光導波路を形成する工程と、
前記光導波路をエッチングし、前記電気光学素子を設置する凹部を形成する工程と、をさらに有することを特徴とする付記７記載の光制御部品の製造方法。
（付記９）
前記凹部の底部に電極を形成する工程を有することを特徴とする付記８記載の光制御部品の製造方法。
（付記１０）
前記電気光学素子は、前記電極に接続されることを特徴とする付記９記載の光制御部品の製造方法。
（付記１１）
前記硬化性材料は、前記電極を埋設するように前記光導波路と前記電気光学素子の隙間に充填されることを特徴とする付記１０記載の光制御部品の製造方法。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明によれば、信号伝搬の信頼性が良好である光制御部品およびその製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】（Ａ）は光制御部品の断面図であり、（Ｂ）はその平面図である。
【図２】（Ａ）は、架橋密度が大きい場合、（Ｂ）は架橋密度が小さい場合の、樹脂の構造を模式的に示した図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、硬化性の樹脂の例である。
【図４】樹脂の硬化収縮を示す図である。
【図５】樹脂の光の透過率を示す図である。
【図６Ａ】光制御部品の製造方法を示す図（その１）である。
【図６Ｂ】光制御部品の製造方法を示す図（その２）である。
【図６Ｃ】光制御部品の製造方法を示す図（その３）である。
【図６Ｄ】光制御部品の製造方法を示す図（その４）である。
【図６Ｅ】光制御部品の製造方法を示す図（その５）である。
【図６Ｆ】光制御部品の製造方法を示す図（その６）である。
【図６Ｇ】光制御部品の製造方法を示す図（その７）である。
【図６Ｈ】光制御部品の製造方法を示す図（その８）である。
【図７】光制御部品の平面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１００  光制御部品
１０１  基板
１１，１０２  光導波路
１０２Ａ  コア部
１０２Ｂ  クラッド部
１３，１０７  接着剤
１０３  凹部
１０４  電極
１０５  導電性ペースト
１０６  電気光学素子
【図１】
2008224938.tif 000003
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
2008224938.tif 000009
【図６Ｃ】
2008224938.tif 000010
【図６Ｄ】
2008224938.tif 000011
【図６Ｅ】
2008224938.tif 000012
【図６Ｆ】
2008224938.tif 000013
【図６Ｇ】
2008224938.tif 000014
【図６Ｈ】
2008224938.tif 000015
【図７】
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