(57)【要約】【課題】光デバイスの特性を損なうことなく、光デバイスと光ファイバの接続のための補強ブロックを備えた光デバイス及びその製造方法の実現を図る。【解決手段】光デバイス１は、遮光性を有する基板２上に熱光学効果を有する材料を用いて形成した光導波路３と導波光を偏向制御するヒータ４を備え、光導波路形成面と反対の基板面の端部に、光ファイバとの接続のための補強ブロック５を接着剤５１により接着している。補強ブロック素材を光導波路板裏面に接着した後に切削加工して光ファイバ接合用端面が形成される。基板面の端部に補強ブロック５を接着するので、ヒータ４下面空間に熱吸収体を設けることができ、高速スイッチングに必要なコア部の温度上昇・下降が可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮光性を有する基板と、熱光学効果を有する材料を用いて前記基板上に形成された光導波路と、前記光導波路中の導波光を偏向制御する前記光導波路上に形成されたヒータ部とを備えた光デバイスにおいて、
前記光導波路形成面と反対の基板面の端部に、光ファイバとの接続のための補強ブロックを接着したことを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
遮光性を有する基板と、熱光学効果を有する材料を用いて前記基板上に形成された光導波路と、前記光導波路中の導波光を偏向制御する前記光導波路上に形成されたヒータ部とを備えた光デバイスの製造方法において、
前記基板素材に光導波路及びヒータ部を形成して光導波路板を形成する工程と、
前記形成された光導波路板の光導波路形成面と反対の面に光ファイバとの接続のための補強ブロック素材を接着する工程と、
前記接着工程の後、補強ブロック素材と光導波路板とを光導波路の光入射及び光出射部付近をダイシング法により切削加工して光入射端及び光出射端とを形成する工程とを含むことを特徴とする光デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記基板素材は、該素材の結晶劈開面と平行な方向に切り欠き部を有するシリコン基板であり、該切り欠き部を補強ブロック素材の接着時の位置決め基準とすることを特徴とする請求項２記載の光デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記補強ブロック素材を前記基板素材に接着する際に平面板を用いて補強ブロック素材間の平面度を付与することを特徴とする請求項２記載の光デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記基板素材に補強ブロック素材を接着する際の接着剤として光硬化型接着剤を用い、前記平面板として接着剤の硬化光を透過する透明体を用いることを特徴とする請求項４記載の光デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面にヒータ部を有する導波路型光デバイス、特に光ファイバとの接続部を有する光デバイスの構造、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェハなどの基板上に光導波路を形成して光導波路チップを作成し、この光導波路チップに光ファイバとの接続部を設けた光デバイスを製造することが行われている。このような光導波路チップには、光ファイバとの接続部における接着強度を十分な強度に保つため、補強ブロックを設けることが行われている。例えば、図１１に示すように、基板１００上にコア１０１及びクラッド１０２からなる光導波路１０３を形成し、該光導波路１０３の端面に光ファイバ１０４を接続するための補強用部材１０５を基板１００及び光導波路１０３と端面同士が同一面をなすように形成した光デバイスが知られている（例えば、特許文献１参照）。補強用部材１０５は、光軸の中央部において光導波路１０３を上下に挟むと共に、光軸の両側で接着剤１０６により基板１００に直接接着されている。補強用部材１０５が基板１００に強固に固着され、また、光導波路１０３の端面と同一平面が広く形成されるので、フェルール１０７に保持された光ファイバ１０４と光導波路１０３とが十分な強度をもって接続される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１２４９５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した図１１に示されるような光導波路に接して上下に挟む補強用部材１０５を用いる構造は、以下に示すように、ヒータ部を有する導波路チップには適用することができないという問題がある。ヒータ部を有する導波路チップとして、例えば図１２に示すような、１つの入射口と２つの出射口を有する１×２光スイッチがある。この光スイッチは、基板３００の上に形成されたＹ分岐したコア３０１とクラッド３０２とからなる光導波路と、光導波路のコア３０１の上面のクラッド表面にコア３０１に沿って形成されたヒータ３０３を有している。このような光スイッチのコア３０１は、加熱により屈折率が低下するいわゆる熱光学効果（ＴＯ：Ｔｈｅｒｍｏ  Ｏｐｔｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔ）を有する材料で形成されており、ヒータ３０３により加熱されたコアは光が導波しないＯＦＦ状態となり、光スイッチが実現される。Ｙ分岐したコア３０１の一端３０４から入射した光は、ヒータ３０３のＯＮ／ＯＦＦによって、コア３０１の他端３０５、３０６のいずれかに偏向して導かれ、又は、遮断される。ヒータ３０３は、例えば幅１０μｍ、厚さ０．２μｍの金（Ａｕ）線により形成される。
【０００５】
このようなヒータを有する光導波路は、コア部上面のクラッド部の厚みが薄いため、クラッド表面に接着剤があると、その存在がコア部内の光の導波に影響を及ぼし、導波光の強度分布が接着剤側に片寄るなどして光ロス（インサーションロス）の原因となる。また、この光ロスを回避して導波路チップの下側全面に補強ブロック（保持部材）を設けた場合、ＴＯ式光スイッチのようなヒータ部を有する導波路チップでは、導波光を高速スイッチング制御するためにコア部の急峻な温度上昇と温度下降とが必要であるが、補強ブロック及び補強ブロック固着のための接着層の熱伝導率が一般に低いため熱絶縁状態となり、ヒータ部の加熱時の熱がこれらにこもってしまい、温度下降ができなくなる。このため、分岐後のコア部間における光スイッチングに必要な温度差が得られなくなる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解消するものであって、光導波路上に光導波路中の導波光を偏向制御するヒータ部を備えた光デバイスの特性を損なうことなく、光デバイスと光ファイバの接続のための補強ブロックを備えた光デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、遮光性を有する基板と、熱光学効果を有する材料を用いて前記基板上に形成された光導波路と、前記光導波路中の導波光を偏向制御する前記光導波路上に形成されたヒータ部とを備えた光デバイスにおいて、前記光導波路形成面と反対の基板面の端部に、光ファイバとの接続のための補強ブロックを接着した光デバイスである。
【０００８】
上記構成においては、光導波路形成面と反対の基板面に補強ブロックを接着するので、光導波路形成面に接着する場合に比べて、光導波路を導波する光に対し、通常状態である空気雰囲気よりも屈折率の大きい接着剤が存在することにより光の強度分布が片寄って光ロスが発生するということなく、補強ブロックを備えた光デバイスが得られる。また、補強ブロック固着時の接着剤によるクラッド層の変質、溶解等、導波路の光学的特性（損失等）悪化を防止できる。また、光硬化型接着剤を利用した補強ブロック固着のための光照射が、遮光性を有する基板の裏面、つまり光導波路が形成されていない面に対してのみ行われるので、導波路板の特性が変位することを防ぐことができる。さらに、基板端部に補強ブロックを接着するので、ヒータ部の下面方向空間に、熱伝導率が一般に低く熱絶縁体となる補強ブロック及び補強ブロック固着のための接着層が存在しないため、また、この空間に熱吸収体（ヒートシンク）を設けることができるため、ＴＯ式光スイッチ等のヒータ部を有する光デバイスにおいてヒータ部によりコア部の加熱による急峻な温度上昇と温度下降が可能となり、分岐後のコア部間における光スイッチングに必要な温度差が得られ、導波光を高速かつ確実に偏向制御することができる。
【０００９】
請求項２の発明は、遮光性を有する基板と、熱光学効果を有する材料を用いて前記基板上に形成された光導波路と、前記光導波路中の導波光を偏向制御する前記光導波路上に形成されたヒータ部とを備えた光デバイスの製造方法において、前記基板素材に光導波路及びヒータ部を形成して光導波路板を形成する工程と、前記形成された光導波路板の光導波路形成面と反対の面に光ファイバとの接続のための補強ブロック素材を接着する工程と、前記接着工程の後、補強ブロック素材と光導波路板とを光導波路の光入射及び光出射部付近をダイシング法により切削加工して光入射端及び光出射端とを形成する工程とを含む光デバイスの製造方法である。
【００１０】
上記方法においては、遮光性を有する基板を用いて形成した光導波路板の裏面に補強ブロック素材を接着した後、ダイシング法により切削加工するので、光導波路端面と基板端面と補強ブロック端面とを同一平面内に構成することができ、これらの端面から構成される光ファイバ接合面の平面度を容易に得ることができる。また、上記方法によると、一括して多数の導波路チップを形成した光導波路板の裏面に補強ブロック素材を接着した後、ダイシング法により切削加工して多数の光デバイスを切り出すことができるので、端面の加工精度の良い光デバイスが容易に得られる。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２記載の光デバイスの製造方法において、前記基板素材は、該素材の結晶劈開面と平行な方向に切り欠き部を有するシリコン基板であり、該切り欠き部を補強ブロック素材の接着時の位置決め基準とするものである。
【００１２】
上記方法においては、基板外形の切り欠き部を位置決め基準とするので、裏面からおもて面の導波路位置を目視によって確認することができない遮光性を有する基板の裏面に、補強ブロックを容易に位置決めすることができる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項２記載の光デバイスの製造方法において、前記補強ブロック素材を前記基板素材に接着する際に平面板を用いて補強ブロック素材間の平面度を付与するものである。
【００１４】
上記方法においては、補強ブロック素材を基板素材に接着する際に平面板を用いて補強ブロック素材間の平面度を付与するので、各補強ブロックの非接着面を同一平面内に揃えた状態で各補強ブロック素材を接着することができる。導波路板をダイシングするために導波路板に接着した補強ブロック素材の非接着面をＵＶテープ等に隙間を生じることなく固着できる。ダイシングして得た光デバイスの導波路面と補強ブロックの下面の平行度が保たれ、光デバイスの光ファイバ接合面となる両端面の平面度及び平行度が容易に得られる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４記載の光デバイスの製造方法において、前記基板素材に補強ブロック素材を接着する際の接着剤として光硬化型接着剤を用い、前記平面板として接着剤の硬化光を透過する透明体を用いるものである。
【００１６】
上記構成においては、平面板として接着剤の硬化光を透過する透明体を用いているので、平面板を用いて補強ブロック素材間に平面度を付与しつつ、平面板を透過して光硬化型接着剤を硬化することができ、また、補強ブロック素材の位置決め状態を目視で確認することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態に係る光デバイスについて、図１（ａ）（ｂ）を参照して説明する。光デバイス１は、例えば厚さ０．５２５ｍｍのシリコン基板２の上面に、厚さ３０μｍのポリマ導波路からなる光導波路３が形成され、シリコン基板２の長手方向端部下面の両端に、光ファイバとの接続のための補強ブロック５を備えたものである。
【００１８】
この光デバイス１は、４×８ＴＯスイッチであり、矢印Ａで示す面には、光導波路３を構成するクラッド３０と４本のコア３１〜３５があり、このそれぞれのコアがＹ分岐して、矢印Ｂで示す面では８本のコア（不図示）となっている。コアを加熱して熱光学効果（ＴＯ：Ｔｈｅｒｍｏ  Ｏｐｔｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔ）によりコアの屈折率を低下させて光スイッチングを行うために、分岐した各コアの上面にヒータ４１〜４８が設けられている。各ヒータは電極４１ａと４１ｂ、・・、４８ａと４８ｂ間に通電して制御される。
【００１９】
上述の、光ファイバとの接続のための補強ブロック５は、例えば厚さ１ｍｍのパイレックスガラス（パイレックスはコーニング社の登録商標）をエポキシ系樹脂５１により基板２に接着して構成されている。また、光デバイス１の長手方向の両端部において、光導波路３の端面と基板２の端面と補強ブロック５の端面は同一平面内に構成されており、後述する光ファイバアレイとの接着による接続に際し、十分な接合面積と接合位置精度が確保できるようになっている。
【００２０】
以下、本発明の一実施形態に係る光デバイスの製造方法について、図面を参照して説明する。
【００２１】
（導波路チップ作製工程）
まず、基板素材上に導波路チップの作製が行われる。図２は多数個の導波路チップ１０を一括して形成した光導波路板２３を示す。光導波路板２３は、遮光性のある基板素材２０の表面に、リソグラフィ技術や薄膜形成技術を用いて、光導波路のクラッド、コア、及び光スイッチ用のヒータ等を形成したものである。図示された光導波路板２３は、２６個の導波路チップ１０が得られる構成になっている。
【００２２】
さらに詳細に説明すると、基板素材２０は、単結晶基板であり、その結晶の劈開面、例えば結晶方位（１、０、０）面に平行な方向に切り欠き２１、いわゆるオリフラ（オリエンテーションフラット）を有するシリコン基板が好適に用いられる。シリコン基板の結晶方位の切り欠きは、シリコン基板に鋭利な刃物で傷をつけ、衝撃を加える等の方法により容易に形成できる。このような切り欠き２１の方向を基準にして、基板素材２０上にポリマ光導波路を形成し、切り欠き２１に平行な矢印２２の方向の導波路チップ１０を作製する。光導波路を構成するポリマ材料としては、フッ素を含むポリイミド系樹脂が、フッ素を含まないものに比べ光の透過性が高く屈折率が低い等の特徴を有することから、好適に用いられる。例えば、特開平４−２３５５０６号公報に示されているように、表面が酸化シリコン膜で被覆されたシリコン基板の上に屈折率の異なる２種類のフッ素を含むポリイミド膜を形成してパターニングを行い光導波路を作製する。
【００２３】
（位置決め工程）
次に、導波路板２３の裏面に補強ブロック素材の位置決めが行われる。図３は補強ブロック素材の位置決め方法を示す。補強ブロックを有する導波路チップを一括して作製するため、後工程で切断される長尺の補強ブロック素材５０を導波路チップの光入射及び光出射部付近の導波路板２３の裏面に位置決めして接着する。位置決めは、導波路板２３の外周形状と嵌合する内部形状の位置決め部位６０、６１、及び各補強ブロック素材５０の端部形状のそれぞれに嵌合する内部形状の位置決め部位６２を有する位置決めブロック６を用いて行われる。補強ブロック５は、石英やパイレックスガラス等の光学ガラスが利用される。
【００２４】
補強ブロック素材５０の接着のために、まず、光導波路形成面を下にした導波路板２３を位置決めブロック６の位置決め部位６０により形成された凹部に載置する。このとき、導波路板２３の切り欠き２１と位置決め部位６１とにより導波路板２３の回転方向の位置が固定される。
【００２５】
そして、補強ブロック素材５０の接着面に、例えば、接着剤としてＵＶＯ−１１４（エポキシテクノロジー社製）等のＵＶ硬化性接着剤（エポキシ系）を塗布して、位置決めブロック６に載置された導波路板２３の裏面２０ａ上に、接着面を下にして載置する。このとき、各補強ブロック素材５０は位置決め部位６２によって所定の位置に位置決めされる。
【００２６】
（補強ブロック平面度保持工程）
位置決めブロック６に嵌合する外周形状を有する平面板７を、補強ブロック素材５０の上面に設置する。平面板７の材質は、ＵＶ光透過性の石英やパイレックスガラス等の光学ガラスが用いられる。補強ブロック素材５０に押し付ける側の平面度は２０μｍ以下である。
【００２７】
（補強ブロック素材固着工程）
平面板７を補強ブロック素材５０上面に設置した状態でその上方からＵＶ光を照射し、補強ブロック素材５０を導波路板２３の裏面（シリコン基板）に固着する。接着剤としてＵＶＯ−１１４を用いる場合、例えば照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、照射時間１分の条件でＵＶ光を照射することにより、補強ブロック素材５０とシリコン基板を固着することができる。また、このときの各補強ブロック素材５０間の平面度は平面板７の平行度と同じ２０μｍ以下となる。
【００２８】
（チップ切出し工程）
補強ブロック素材５０が固着した導波路板２３の導波路チップ１０形成面を上にして、補強ブロック素材５０をＵＶテープ８に固定する。このＵＶテープ８は強力な粘着力と、ＵＶ光を照射すると粘着力が急激に弱くなる性質を持った粘着テープであり、シリコン基板の切削加工中には強力な粘着力で基板を確実に固定し、加工終了後にはＵＶ光照射により粘着力を弱めて容易に剥離することができるものである。導波路板２３の光導波路形成パターン等を基準にしながら固定された導波路板２３をダイサ８１によりダイシングして、補強ブロックを備えた状態の光導波路チップ１０の切出しを行う。ダイシングには、例えば、ブレード＃８００を用い、回転速度３０、０００ｒｐｍ、送り速度２ｍｍ／ｓｅｃ以下の条件とすることで補強ブロック及び光導波路チップのチッピング発生を抑制して切出しを行うことができる。この結果、切削面における表面粗さは３０ｎｍ以下となる。また、光導波路チップの両端面を研磨した場合、表面粗さを５ｎｍ以下まで向上させることができる。
【００２９】
（他の方法による補強ブロック素材位置決め接着）
上述と異なる位置決め治具を用いた例を図７に示す。この例では、前述よりも短めの補強ブロック素材５０と、新たな位置決め治具６５が用いられる。補強ブロック素材５０は位置決め治具６５に設けられた位置決め孔６７により位置決めされる。位置決めブロック６６は、導波路板２３、及び位置決め治具６５の位置決めを行う位置決め部位６０、６１のみを有したものであり、前述の位置決めブロック６を用いることもできる。
【００３０】
（光ファイバ調芯工程）
図８に示されるように、上述の工程により形成された補強ブロック５を備えた光デバイス１は、光ファイバ１３と接続されて用いられる。光デバイス１と、光ファイバアレイ１１、１２との接続に際し、光調芯機（自動・手動）を用いて光導波路と光ファイバアレイの光ファイバ１３の光軸調芯が行われる。
【００３１】
（光ファイバ接合工程）
図９（ａ）に示されるように、光軸を調芯した光デバイス１と光ファイバアレイ１１の接着剤を塗布した接合面にＵＶ光を照射して光ファイバアレイ１１を光デバイス１に固着する。接着剤としてＵＶＯ−１１４を用いる場合、例えば照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２、照射時間１分の条件でＵＶ光を照射することにより、光ファイバアレイ１１と光デバイスの固着が完了する。同様に、光出射側の光ファイバアレイを光デバイス１に固着して、図９（ｂ）に示される４×８光スイッチ回路が形成される。
【００３２】
上述した補強ブロックを有する光デバイスの製造のフローを、図１０に示す。まず、導波路チップ製作工程において、シリコン基板上にポリマ導波路チップを格子状に配列して集積形成する（Ｓ１１）。次に、補強ブロック位置決め工程において、位置決めブロックにシリコン基板、及びＵＶ光硬化接着剤を塗布した透明な補強ブロックを位置決め配置する（Ｓ１２）。次に、補強ブロック平面度保持工程において、透明な平面板により補強ブロックを押圧して複数の補強ブロック間の平行性と共面性を保持する（Ｓ１３）。次に、補強ブロック固着工程において、ＵＶ光を透明な平面板及び位置決めブロック越しに接着剤に照射、シリコン基板に補強ブロックを固着する（Ｓ１４）。次に、チップ切り出し工程において、補強ブロック固着面をＵＶテープに固定、補強ブロック付き導波路チップをダイサで切り出して補強ブロックを備えた光デバイスが得られる（Ｓ１５）。
【００３３】
本発明の一実施形態に係る基板裏面に補強ブロック接着して備えた光デバイスに光ファイバを接続し、補強ブロック接着による光デバイスの光学特性の変化を見るため、接着剤がない場合に対する光ロスの増加を測定した。また、比較例として補強ブロックを導波路形成面に接着した場合についても光ロスの増加を測定した。本発明に係る光デバイスにおいては光ロスの発生は全く認められなかった。測定結果を、補強ブロック接着部位にみる光学特性の変化として表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、光デバイスとして上記に例示した２×８ＴＯスイッチに限られるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による光デバイスの斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ矢視図。
【図２】同上光デバイスの製造工程における導波路板の斜視図。
【図３】同上光デバイスの製造工程における導波路板への補強ブロック素材の位置決めを説明する斜視図。
【図４】同上光デバイスの製造工程における導波路板への補強ブロック素材の位置決めを説明する斜視図。
【図５】同上光デバイスの製造工程における導波路板への補強ブロック素材接着を説明する斜視図。
【図６】同上光デバイスの製造工程における導波路板のダイシングを説明する斜視図。
【図７】同上光デバイスを製造工程における導波路板への補強ブロック素材の他の方法による位置決めを説明する斜視図。
【図８】同上光デバイスに光ファイバアレイを接続する様子を説明する斜視図。
【図９】（ａ）は同上光デバイスに光ファイバアレイを接着する様子を説明する斜視図、（ｂ）は同上光デバイスに光ファイバを接続した様子を説明する斜視図。
【図１０】同上光デバイスの製造工程のフロー図。
【図１１】従来の補強ブロックを有する光デバイスの斜視図。
【図１２】従来の１×２ＴＯスイッチの斜視図。
【符号の説明】
１  光デバイス
２  基板
３  導波路
４  ヒータ
５  補強ブロック
７  平面板
２０  基板素材
２１  切り欠き
２３  導波路板
５０  補強ブロック素材
【図１】
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【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2004233470.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
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