(57)【要約】【課題】基板成形、貼り合わせによる光導波路では、導波特性が接着層厚に依存するが、安定に薄くすることが困難である。また、樹脂コアの場合は、樹脂厚みを薄くするとクラッドの接着強度も低下する。【解決手段】上下クラッド層１２、２の少なくとも一方の光導波路部分１１０以外のクラッド層に凹形状のパターン１４を形成することにより、導波路１１０以外の部分のコア材料が凹状パターン１４に入り込み、コア層を薄くでき、さらに接着強度も確保できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形によって導波路パターンが作製された下部クラッド層の上に樹脂からなるコア層を形成し、さらにその上に上部クラッド層を接合した構造を有する光導波路であり、前記上下クラッド層の少なくとも一方のクラッド層の貼り合わせ面の導波路パターン以外の部分に凹形状のパターンが形成されており、さらに前記コア層の最薄厚が１μｍ以下であることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
成形によって導波路パターンが作製された下部クラッド層の上に樹脂からなるコア層を形成し、さらにその上に下部クラッド層の導波路パターンに対向する部分以外に凹形状のパターンが形成された上部クラッド層を密着させ、加圧しながら接合、硬化処理を行うことにより、前記コア層の最薄厚が１μｍ以下になるようにしたことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項３】
上部クラッド層の表面に樹脂からなるコア層を形成し、さらにその上に成形によって導波路パターンおよびそれ以外の部分に凹形状のパターンを作製された下部クラッド層を密着させ、加圧しながら接合、硬化処理を行うことにより、前記コア層の最薄厚が１μｍ以下になるようにしたことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項４】
成形によって導波路パターンが作製された下部クラッド層の上に低融点ガラスからなるコア層を形成し、さらにその上に上部クラッド層を接合した構造を有する光導波路であり、前記上下クラッド層の少なくとも一方のクラッド層の貼り合わせ面の導波路パターン以外の部分に凹形状のパターンが形成されており、さらに前記コア層の最薄厚が１μｍ以下であることを特徴とする光導波路。
【請求項５】
成形によって導波路パターンが作製された下部クラッド層の上に低融点ガラスからなるコア層を形成し、さらにその上に下部クラッド層の導波路パターンに対向する部分以外に凹形状のパターンが形成された上部クラッド層を密着させ、加熱、加圧することによって接合させることにより、前記コア層の最薄厚が１μｍ以下になるようにしたことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項６】
上部クラッド層の表面に低融点ガラスからなるコア層を形成、もしくは挟み込み、さらにその上に成形によって導波路パターンおよびそれ以外の部分に凹形状のパターンが作製された下部クラッド層を密着させ、加熱、加圧することによって接合させることにより、前記コア層の最薄厚が１μｍ以下になるようにしたことを特徴とする光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として光通信に用いられる信頼性の高い光導波路、およびそれを安価に供給できる製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野において、高度な光信号処理を行うために各種機能を持つ光集積回路の研究開発が盛んに行われている。光集積回路は光導波路を基本要素としている。光導波路の作製方法は、これまで薄膜プロセスを用いたり、フォトリソグラフィプロセスを用いたりする方法が採用されてきた。そのため、光導波路としては高価なものにならざるを得なかった。そこで、光導波路を安価に作製しようと成形プロセスを用いた製造方法等が検討されている。
【０００３】
その製造方法を図８および図９を用いて説明する。
【０００４】
下部クラッド層１０２を光導波路形状部１００を有する成形型１０１を用いて成形し、その導波路形状１１０を転写する（図８（ａ））。次に、下部クラッド層１０２の成形面にコア層１０３を形成する（図８（ｂ））。研磨等のプロセスにより、導波路形状部以外のコア層を除去し、導波路形状１１０内だけにコア層が残るようにする（図８（ｃ））。その上から、上部クラッド層１０４を接合して光導波路を製造する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、導波路部以外のコア層の厚みを一定の値以下にすれば導波効率の極端な低下が防げることに着目し、図８（ｃ）のプロセスを介さず直接上部クラッド層１０４を接合して光導波路を製造することも提案されている。図９はそれを模式的に表した図である。図９（ａ）はその断面図、図９（ｂ）は作製した光導波路の分解図である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２８７１４１号公報
【特許文献２】
特開平１１−５２１５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法によるコア層を研磨するという製造方法では、導波路形状の深さが数μｍであることから、研磨精度が要求されたり研磨処理が量産性を制限したりして安価に製造することが困難になる。また、研磨処理をしない製造方法では、光導波路部以外のコア層の厚みに依存して光導波路内を伝播する光がコア層から導波路外に漏洩する。
【０００８】
漏洩はコア層の厚みが１μｍを超えたあたりから顕著になることが確認されており、また、この厚みを安定に１μｍ以下にすることは困難である。また、特にコア層が樹脂の場合、コア層の厚みが１μｍ以下になればその接着強度は極端に低下することも問題である。
【０００９】
以上に記述したような、コア層を１μｍ以下にするための困難さ、さらに樹脂コアの場合の１μｍ以下にできた場合の接着強度の低下から、導波効率、信頼性が低下するという問題点がある。
【００１０】
このような点を鑑み、本発明は、コア層の厚みを安定に１μｍ以下にすることにより、コア層の研磨処理を施す必要がなく、さらに接着強度も確保したまま導波効率の低下を伴うことなく、安価に光導波路を供給できる製造方法等を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような問題点を解決すべく本発明は、コア層とクラッド層とを含む光導波路とその製造方法であって、上下クラッド層の少なくとも一方の光導波路部分以外のクラッド層に凹形状のパターンを形成することを特徴とする。
【００１２】
これにより、コア層を形成後にクラッド層を接合する場合、導波路部分以外に存在するコア層はクラッド層に形成した凹形状内に進入しコア層厚は安定に１μｍ以下になる。また、樹脂コアの場合においては、接着に寄与する実質的なコア厚は凹形状に依存し１μｍ以上の接着厚を確保でき、接着面積も増すことで接着力は顕著に改善される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１および図２は本発明の第１の実施形態を説明するための、光導波路の分解図とプロセスを示す図である。
【００１５】
図１は、導波路形状１１０を形成された下部クラッド層２に、コア層としてエポキシ樹脂６０を塗布し、導波路形状１１０に対向する部分以外に凹形状のパターンを形成した上部クラッド層１２を接着していることを表している。
【００１６】
図２によって、第１の実施の形態を説明する。
【００１７】
屈折率１．５のガラス基板を、導波路に相当する形状１００を有する金型１を６５０℃で加圧し導波路形状１１０を形成し、それを下部クラッド層２とする（図２（ａ））。
【００１８】
次に、下部クラッド層２上に屈折率が１．５より０．３％程度大きい紫外線硬化型のエポキシ樹脂を、スピンコートにより塗布する。この場合、塗布は１００Ｐａ以下程度の減圧下で行うのが望ましい（図２（ｂ））。また、導波路と対向する位置を除いた部分に、凹形状パターンを形成できるように作製された金型１１を用いて屈折率１．５のガラス基板を６５０℃で加圧成形する（図２（ｃ））。エポキシ樹脂６０を塗布した下部クラッド層２と凹形状を形成した上部クラッド層を重ね合わせて、加圧し、紫外線照射により硬化させる。この場合、少なくとも上下クラッド層を重ね合わせ、加圧するのは１００Ｐａ以下程度の減圧下で行うのが望ましい。その後、さらに硬化を安定化させるため１５０℃で１時間硬化させる（図２（ｄ）（ｅ））。
【００１９】
ここで、導波路の断面形状は１辺が８μｍの正方形である。接着後のエポキシ樹脂厚ｔを測定した結果０．６μｍであった。
【００２０】
ここで用いた金型は、石英上にフォトリソグラフィにより導波路等所定のパターンを形成しドライエッチングにより形状を確保した後、表面に貴金属合金をスパッタリングによって形成されている。場合によっては超硬合金に所定のパターンの形状を付与した後、表面に貴金属合金を形成した金型を用いてもよい。また、ここで金型１、および１１には導波路パターン１００、凸形状１３以外に上下クラッド層を位置合わせをして重ねるためのマーカーが設けられており、上下それぞれのクラッド層に転写されている。上下クラッド層を重ね合わせるときは、それを基準に重ね合わせる。
【００２１】
（第２の実施形態）
図３および図４は本発明の第２の実施形態を説明するための、光導波路の分解図とプロセスを示す図である。
【００２２】
図３は、コア層としてエポキシ樹脂６０を塗布された上部クラッド層１７と、導波路形状１１０および凹形状パターン１４を有する下部クラッド層７を接着していることを表している。
【００２３】
図４によって、第２の実施の形態を説明する。
【００２４】
屈折率１．５のガラス基板を、導波路に相当する形状１００および凸形状パターン１３を有する金型６を６５０℃で加圧し導波路形状１１０および凹形状パターン１４を形成し、それを下部クラッド層７とする（図４（ａ））。次に、屈折率１．５のガラス基板を上部クラッド層１７として、その上に屈折率が１．５より０．３％程度大きい紫外線硬化型のエポキシ樹脂を、スピンコートにより塗布する。この場合、塗布は１００Ｐａ以下程度の減圧下で行うのが望ましい（図４（ｂ））。
【００２５】
エポキシ樹脂６０を塗布した上部クラッド層１７と導波路形状１１０と凹形状１４を形成した下部クラッド層を重ね合わせて、加圧し、紫外線照射により硬化させる。この場合、少なくとも上下クラッド層を重ね合わせ、加圧するのは１００Ｐａ以下程度の減圧下で行うのが望ましい。その後、さらに硬化を安定化させるため１５０℃で１時間硬化させる（図４（ｃ）（ｄ））。
【００２６】
ここで、導波路の断面形状は第１の実施形態同様、１辺が８μｍの正方形である。接着後のエポキシ樹脂厚ｔを測定した結果０．５μｍであった。
【００２７】
ここで用いた金型は、第１の実施の形態と同様、石英上にフォトリソグラフィにより導波路等所定のパターンを形成しドライエッチングにより形状を確保した後、表面に貴金属合金をスパッタリングによって形成されている。場合によっては超硬合金に所定のパターンの形状を付与した後、表面に貴金属合金を形成した金型を用いてもよい。
【００２８】
（第３の実施形態）
第１の実施の形態、第２の実施の形態では、上下クラッド層のどちらか一方の表面にガラス成形により凹形状を形成したが、図５のように上下両方のクラッド層に凹形状を設けて作製した光導波路でもよい。（第３の実施形態とする）。
【００２９】
作製工程は第１の実施形態と同様にして行った。この場合、下部クラッド層７に設けた凹形状１４はエポキシ樹脂６０によって充填されるが、張り合わせの時には上部クラッド層１２の凹形状１４にエポキシ樹脂６０が進入するため、効果に何ら支障はない。
【００３０】
また、ここで、それぞれの実施形態において、凹形状を設ける手段としてガラス成形を用いたが、これが量産に適すると考えたためであり、その手段はガラス成形に限定するものではない。フォトリソグラフィの後エッチングによる手段などを用いても何ら問題はない。
【００３１】
エポキシ樹脂６０の塗布は１００Ｐａ以下程度の減圧下で行われるのが望ましいが、これは樹脂の脱泡の促進、樹脂塗布時に微細な部分への樹脂の流入が損なわれないような効果が期待できる。貼り合わせ時においても、１００Ｐａ以下程度の減圧下で行われることによってクラッド層表面の凹形状に空気が残り、樹脂の流入を妨げないような効果が期待できる。また、張り合わせ部での実効的なエポキシ樹脂厚が確保できクラッド層との接着力も向上する。
【００３２】
（第４の実施形態）
図６は本発明の第４の実施形態を説明するための、光導波路のプロセスを示す図である。
【００３３】
作製した光導波路の構成は図１と同様であり、相違点はコア層としてエポキシ樹脂６０の代わりに低融点ガラスを用いる点である。
【００３４】
図６によって、第４の実施の形態を説明する。
【００３５】
屈折率１．５のガラス基板を、導波路に相当する形状１００を有する金型１を６５０℃で加圧し導波路形状１１０を形成し、それを下部クラッド層２とする（図６（ａ））。
【００３６】
次に、下部クラッド層２上に屈折率が１．５より０．３％大きい低融点ガラスの極薄板を重ねて５３０℃に過熱し、上から平金型３で加圧する（図６（ｂ））。また、導波路と対向する位置を除いた部分に、凹形状パターンを形成できるように作製された金型１１を用いて屈折率１．５のガラス基板を６５０℃で加圧成形する（図６（ｃ））。低融点ガラスを７０を形成した下部クラッド層２と凹形状を形成した上部クラッド層を重ね合わせて、５３０℃で加圧し上下クラッド層を接合する（図６（ｄ）（ｅ））。この場合の接合は、１００Ｐａ以下程度の減圧下で行うのが望ましい。
【００３７】
ここで、導波路の断面形状は１辺が８μｍの正方形である。接着後のエポキシ樹脂厚ｔを測定した結果０．９μｍであった。
【００３８】
ここで用いた金型は、石英上にフォトリソグラフィにより導波路等所定のパターンを形成しドライエッチングにより形状を確保した後、表面に貴金属合金をスパッタリングによって形成されている。場合によっては超硬合金に所定のパターンの形状を付与した後、表面に貴金属合金を形成した金型を用いてもよい。
【００３９】
また、ここで金型１、および１１には導波路パターン１００、凸形状１３以外に上下クラッド層を位置合わせをして重ねるためのマーカーが設けられており、上下それぞれのクラッド層に転写されている。上下クラッド層を重ね合わせるときは、それを基準に重ね合わせる。
【００４０】
（第５の実施形態）
図７は本発明の第５の実施形態を説明するための、光導波路のプロセスを示す図である。
【００４１】
作製した光導波路の構成は図３と同様であり、相違点はコア層としてエポキシ樹脂６０の代わりに低融点ガラスを用いる点である。
【００４２】
図７によって、第５の実施の形態を説明する。
【００４３】
屈折率１．５のガラス基板を、導波路に相当する形状１００および凸形状パターン１３を有する金型６を６５０℃で加圧し導波路形状１１０および凹形状パターン１４を形成し、それを下部クラッド層７とする（図７（ａ））。次に、屈折率１．５のガラス基板を上部クラッド層１７として用意する（図７（ｂ））。下部クラッド層７と上部クラッド層１７の間に、屈折率が１．５より０．３％大きい低融点ガラスの極薄板を挟み込み（図７（ｃ））、５３０℃で加圧し上下クラッド層を接合する（図７（ｄ））。この接合は、１００Ｐａ以下程度の減圧下で行うのが望ましい。
【００４４】
ここで、導波路の断面形状は第１の実施形態同様、１辺が８μｍの正方形である。接着後のエポキシ樹脂厚ｔを測定した結果０．９μｍであった。
【００４５】
ここで用いた金型は、第１の実施例と同様、石英上にフォトリソグラフィにより導波路等所定のパターンを形成しドライエッチングにより形状を確保した後、表面に貴金属合金をスパッタリングによって形成されている。場合によっては超硬合金に所定のパターンの形状を付与した後、表面に貴金属合金を形成した金型を用いてもよい。
【００４６】
図７（ｂ）の時点で、予め低融点ガラスを上部クラッド層１７に接合しておき、それを下部クラッド層７に接合するという手段を取っても良い。
【００４７】
第４の実施の形態、第５の実施の形態では、上下クラッド層のどちらか一方の表面にガラス成形により凹形状を形成したが、コア層がエポキシ樹脂の場合の第３の実施形態のように、上下両方のクラッド層に凹形状を設けても効果に何ら支障はない。また、凹形状を設ける手段としてガラス成形を用いたが、その手段はガラス成形に限定するものではない。
【００４８】
第４の実施の形態、第５の実施の形態では、低融点ガラスの極薄板を用いたが、より確実に、薄くするためには、低融点ガラスの溶射やイオンビームスパッタ等の手段によりクラッド層上に直接成膜することも可能である。
【００４９】
以上、本発明は、光導波路構造に関しての発明であるが、それ以外に光導波路を含む光学モジュールの場合に応用可能である。たとえば、例の一つとして示す図１０のように、光導波路に、光ファイバーを固定するＶ溝を作製する場合においても、下部クラッド層２０をＶ溝一体成形し、それ以外は本発明と全く同様に扱うことが可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように、本発明の光導波路の構成および製造方法によれば、導波損失の原因となるコア層厚を安定して１μｍ以下にでき、それ故、性能的に安定した光導波路を供給することが可能となる。また、コア層にエポキシ樹脂を使用した場合においては、コア層厚の薄膜化に起因する接着強度の低下がない。これらにより、性能、量産性、低コスト性に優れた光導波路を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の一例の分解図
【図２】本発明の第１の実施形態の製造方法を示す図
【図３】本発明の第２の実施形態の一例の分解図
【図４】本発明の第２の実施形態の製造方法を示す図
【図５】本発明の第３の実施形態の一例の分解図
【図６】本発明の第４の実施形態の製造方法を示す図
【図７】本発明の第５の実施形態の製造方法を示す図
【図８】従来の光導波路の製造方法の一例を示す図
【図９】従来の光導波路の構成の一例を示す図
【図１０】本発明を応用した光学モジュールの一例を示す図
【符号の説明】
１  導波路型（凸形状なし）
２  下部クラッド層（導波路のみ）
３  平金型
６  導波路型（凸形状付き）
７  下部クラッド層（導波路・凹形状付き）
１１  凸形状型（導波路型なし）
１２  上部クラッド層（凹形状付き）
１３  凸形状
１４  凹形状
１７  上部クラッド層（平板）
２０  下部クラッド層＋Ｖ溝
６０  エポキシ樹脂
７０  低融点ガラス
１００  金型導波路形状部
１０１  導波路型（凸形状なし）
１０２  下部クラッド層（導波路のみ）
１０３  コア層
１０４  上部クラッド層（平板）
１１０  導波路形状（溝）
【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】
2004279831.tif 000009
【図８】
2004279831.tif 000010
【図９】
2004279831.tif 000011
【図１０】
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