(57)【要約】【課題】  光回路の任意の位置で信号光のやり取りが可能な光導波路及びその製造方法を提供するものである。【解決手段】  本発明に係る光導波路１０は、基板１１上に設けたコア１２とクラッド１３とで構成されるものであって、コア１２内に、コア１２と任意の角度で交差する斜面１５ａを備えた断面が三角形状又は台形状の反射本体部１５と、その反射本体部１５の斜面１５ａに設けられ、コア１２内を伝搬する信号光Ｌ１を反射させる光反射膜１６とを有する光反射部１４を設けたものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に設けたコアとクラッドとで構成される光導波路において、上記コアと任意の角度で交差する斜面を備えた光反射部をコア内に設け、その光反射部の斜面の少なくとも表面部を金属材で構成したことを特徴とする光導波路。
【請求項２】
上記金属材は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、又はＴａである請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
基板上に設けたコアとクラッドとで構成される光導波路において、上記コア内に、コアと任意の角度で交差する斜面を備えた断面が三角形状又は台形状の反射本体部と、その反射本体部の斜面に設けられ、コア内を伝搬する信号光を反射させる光反射膜とを有する光反射部を設けたことを特徴とする光導波路。
【請求項４】
上記光反射膜は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、又はＴａで構成される請求項３記載の光導波路。
【請求項５】
上記クラッド側に反射した上記信号光が取り出される部分に、光を集光するレンズを設けた請求項１から４いずれかに記載の光導波路。
【請求項６】
請求項１から５いずれかに記載の光導波路と、その光導波路と光学的に結合された面発光レーザ及び面型フォトダイオードとを備えたことを特徴とする光導波路装置。
【請求項７】
基板上の下部クラッドの表面部にエッチングを施して断面矩形状のパターンを形成し、その矩形パターンにスパッタエッチング又は反応性イオンエッチングを施して、断面が三角形状又は台形状の反射本体部を形成し、その反射本体部の斜面に光反射膜を設けることを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項８】
上記下部クラッド上に、上記反射本体部と直交するようにコアを形成し、そのコア及び下部クラッドを覆うように上部クラッドを形成する請求項７記載の光導波路の製造方法。
【請求項９】
基板上に設けた金属膜の表面部にエッチングを施して断面矩形状のパターンを形成し、その矩形パターンにスパッタエッチング又は反応性イオンエッチングを施して、断面が三角形状又は台形状の反射本体部を形成すると共に、その反射本体部の斜面を光反射膜に形成することを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項１０】
上記基板上に、上記反射本体部と直交するようにコアを形成し、そのコア及び基板を覆うように上部クラッドを形成する請求項９記載の光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路を伝搬する信号光を面発光レーザや面型のフォトダイオードに効率良く結合させるための光導波路及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な機能を集積化した平面光回路の信号光（光信号）を、光ファイバなどの伝送線を用いずに平面光回路の面と垂直な方向に取り出し、直接、電気回路と信号光をやり取りする光・電気複合実装技術の検討が進められている。
【０００３】
この光・電気複合実装技術を用いたものとしては、平面光回路の信号光（光導波路伝搬光）と面発光レーザ及び面型フォトダイオードとを光結合させた光導波路装置が知られている。例えば、図６に従来の光導波路装置６０の一例を示すように、装置６０は、基板６１上に設けた所定の屈折率を有するコア６２及びそのコア６２よりも屈折率が低いクラッド６３を有する光導波路６５と、その光導波路６５と光結合された面発光レーザ６６及び面型フォトダイオード６７とで構成される。光導波路６５の両端面（図６中では左右両端面）６５ａ，６５ｂは、面発光レーザ６６から出射されたレーザ光（光導波路伝搬光）Ｌ３を屈折させるべく、水平面に対して約４５度の角度α傾いた斜面に形成されている。
【０００４】
面発光レーザ６６から垂直方向下向きに出射されたレーザ光（信号光）Ｌ３は、光導波路端面６５ａで直角に屈折して、コア６２内に入射される。その後、レーザ光Ｌ３はコア６２内を水平方向に伝搬し、反対側の光導波路端面６５ｂで再び直角に屈折する。この屈折により、レーザ光Ｌ３は垂直方向上向きに出射され（取り出され）、面型フォトダイオード６７に受光される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２３５１２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の光導波路装置６０は、光導波路６５の端面６５ａ，６５ｂでレーザ光Ｌ３を屈折させているため、光回路の端部でだけ、つまりコア６２の端部でだけしか信号光をやり取りできず、光回路の構成、設計に制限が生じるという問題があった。
【０００７】
また、レーザ光Ｌ３を光導波路６５の面と垂直な方向に屈折させる端面６５ａ，６５ｂは、研磨によって形成することが多いことから、光導波路６５（光導波路装置６０）を大量に製造するには不向きな製造方法であった。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、光回路の任意の位置で信号光のやり取りが可能な光導波路及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく本発明に係る光導波路は、基板上に設けたコアとクラッドとで構成される光導波路において、上記コアと任意の角度で交差する斜面を備えた光反射部をコア内に設け、その光反射部の斜面の少なくとも表面部を金属材で構成したものである。
【００１０】
ここで、金属材は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、又はＴａであることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る光導波路は、基板上に設けたコアとクラッドとで構成される光導波路において、上記コア内に、コアと任意の角度で交差する斜面を備えた断面が三角形状又は台形状の反射本体部と、その反射本体部の斜面に設けられ、コア内を伝搬する信号光を反射させる光反射膜とを有する光反射部を設けたものである。
【００１２】
ここで、光反射膜は、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、又はＴａで構成されることが好ましい。また、クラッド側に反射した信号光が取り出される部分に、光を集光するレンズを設けてもよい。
【００１３】
以上の構成によれば、光反射部をコア長手方向の任意の位置に設けることができ、その光反射部において、つまり光回路の任意の位置で、信号光のやり取りができるようになる。
【００１４】
一方、本発明に係る光導波路装置は、上述した光導波路と、その光導波路と光学的に結合された面発光レーザ及び面型フォトダイオードとを備えたものである。
【００１５】
以上の構成によれば、光回路の任意の位置で信号光のやり取りができる光導波路を用いていることから、光回路の任意の位置に面発光レーザ及び面型フォトダイオードを設けることができる。よって、光導波路装置の構成に制限が無くなり、自由に光導波路装置を設計することができる。
【００１６】
一方、本発明に係る光導波路の製造方法は、基板上の下部クラッドの表面部にエッチングを施して断面矩形状のパターンを形成し、その矩形パターンにスパッタエッチング又は反応性イオンエッチングを施して、断面が三角形状又は台形状の反射本体部を形成し、その反射本体部の斜面に光反射膜を設けるものである。  ここで、下部クラッド上に、反射本体部と直交するようにコアを形成し、そのコア及び下部クラッドを覆うように上部クラッドを形成することが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係る光導波路の製造方法は、基板上に設けた金属膜の表面部にエッチングを施して断面矩形状のパターンを形成し、その矩形パターンにスパッタエッチング又は反応性イオンエッチングを施して、断面が三角形状又は台形状の反射本体部を形成すると共に、その反射本体部の斜面を光反射膜に形成するものである。
【００１８】
ここで、基板上に、反射本体部と直交するようにコアを形成し、そのコア及び基板を覆うように上部クラッドを形成することが好ましい。
【００１９】
以上の方法によれば、各種エッチングにより、コア長手方向の任意の位置に反射本体部を形成することができる。その結果、光反射部をコア長手方向の任意の位置に有する光導波路を容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、光回路の任意の位置で信号光のやり取りが可能な光導波路を得ることができるという優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１の実施形態）
本発明の好適な一実施形態に係る光導波路の断面図を図１に示す。
【００２３】
図１に示すように、本実施の形態に係る光導波路１０は、平面基板１１上に設けた所定の屈折率を有するコア１２と、このコア１２よりも屈折率が低いクラッド（上部クラッド）１３とで構成され、コア１２の途中に、コア１２内を伝搬する信号光（光導波路伝搬光）Ｌ１をクラッド１３側に反射させる光反射部１４を設けたものである。ここで、図１においては、平面基板１１、コア１２、及び上部クラッド１３の積層構造となっているが、平面基板１１、下部クラッド（図示せず）、コア１２、及び上部クラッド１３の積層構造としてもよい。また、平面基板１１を下部クラッドとしてもよい。
【００２４】
光反射部１４は、コア１２と任意の角度（例えば、約４５度の角度）で交差する斜面１５ａを備えた反射本体部１５と、その反射本体部１５の斜面１５ａに設けられ、コア１２内を伝搬する信号光Ｌ１を任意の角度でクラッド１３側に反射させる光反射膜１６とで構成される。反射本体部１５は、断面が三角形状（又は台形状）に形成される。
【００２５】
光反射膜１６の構成材としては、光を効率良く反射させることができる金属であれば特に限定するものではなく、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、又はＴａが挙げられ、光の反射率を考慮するとＡｇが好ましく、耐熱性や低熱膨張性を考慮するとＴａが好ましい。
【００２６】
平面基板１１、コア１２、及びクラッド１３の構成材としては、光回路を構成できるものであれば特に限定するものではなく、光回路の構成材として慣用的に使用されているものが全て適用可能である。
【００２７】
ここで、本実施の形態に係る光導波路１０においては、光反射部１４を１個だけ形成する場合について説明を行ったが、複数個の光反射部１４を一括形成するようにしてもよい。例えば、光反射部１４を２個形成し、一方の光反射部１４における反射本体部１５の斜面上方位置に面発光レーザ（図６参照）を光学的に接続し、また、他方の光反射部１４における反射本体部１５の斜面上方位置に面型フォトダイオード（図６参照）を光学的に接続することで、光導波路装置を得ることができる。
【００２８】
次に、本実施の形態に係る光導波路１０の製造方法の一例を説明する。
【００２９】
本実施の形態に係る光導波路の製造工程を、図２（ａ）〜図２（ｇ）、図３（ａ）〜図３（ｇ）に示す。
【００３０】
先ず、図２（ａ）に示すように、平面基板２１として石英ガラス基板を準備した。次に、図２（ｂ）に示すように、基板２１の表面に厚さが１μｍのエッチングマスク用のＷＳｉ膜２２を形成する。
【００３１】
次に、図２（ｃ）に示すように、感光性レジストを用いたフォトリソグラフィ技術を利用して、ＷＳｉ膜２２上に、幅６μｍ、厚さ１μｍのレジストパターン２３を形成する。このレジストパターン２３をマスクとし、図２（ｄ）に示すように、ＮＦ3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、ＷＳｉ膜２２の非マスク部分２２ａをエッチング除去する。その後、レジストパターン２３を除去する。
【００３２】
次に、図２（ｅ）に示すように、ＷＳｉ膜２２のパターン部２２ｂをマスクとし、ＣＨＦ3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、石英ガラス基板２１の非マスク部分２１ａをエッチング除去し、図２（ｆ）に示すように、断面矩形状のパターン２４を形成する。
【００３３】
次に、パターン２４が形成された平面基板２１をＡｒガスプラズマ中に配置した後、Ａｒイオンによるスパッタエッチングにより、図２（ｇ）に示すように、断面略矩形状のパターン２４の一部２４ａをエッチング除去し、断面略三角形状のパターン（反射本体部）２５に形成する。反射本体部２５における三角形の底角は４５度とした。ここで、三角形の底角の大きさは、Ａｒイオンの圧力によって調整自在である。また、反射本体部２５の形成は、Ａｒガスによるスパッタエッチングだけに限定されるものではなく、反応性イオンエッチングを用いてもよい。反応性イオンエッチングの際に、イオンの効果を高める条件を選択することによって、スパッタエッチングの時と同様に、三角形の底角の大きさを調整自在とすることができる。
【００３４】
次に、図３（ａ）に示すように、平面基板２１の表面３１に光反射膜として厚さ０．５μｍのＴａ膜３２をＤＣスパッタリング（直流スパッタリング）法により成膜する。ここで、光反射膜の構成材としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌなどの金属も使用可能であるが、石英系ガラス導波路の作製プロセス温度は３５０度以上の高温となるため、本実施の形態にあっては、耐熱性や低熱膨張性を考慮してＴａ膜３２を選択した。なお、石英以外の材料、例えばポリマなどからなる導波路であれば、その作製プロセス温度は３５０℃以下の低温となるため、光反射膜の構成材はいずれの金属材であってもよい。
【００３５】
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を利用して、Ｔａ膜３２における反射本体部２５の直上部３２ａに、レジストパターン３３を形成する。このレジストパターン３３をマスクとし、図３（ｃ）に示すように、ＳＦ6ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、Ｔａ膜３２の非マスク部分３２ｂをエッチング除去し、更にレジストパターン３３も除去し、光反射膜３６を形成する。これによって、反射本体部２５の表面に光反射膜３６を有する光反射部３４が形成される。
【００３６】
次に、図３（ｄ）に示すように、ＲＦスパッタリング（高周波スパッタリング）法により、平面基板２１の表面３１に、ＧｅＯ2濃度が１０ｍｏｌ％のＳｉＯ2−ＧｅＯ2からなるコアガラス膜３７を形成する。
【００３７】
次に、図３（ｅ）に示すように、コアガラス膜３７の表面にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）を施して凹凸３７ａを除去し、コアガラス膜３７の表面を平滑にする。その後、反射本体部２５と直交するように、フォトリソグラフィ技術を利用してコアパターン３８を形成する。
【００３８】
次に、コアパターン３８をマスクとし、図３（ｆ）に示すように、ＣＨＦ3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、コアガラス膜３７を、６μｍ×６μｍの断面矩形状のコア３９に形成する。
【００３９】
最後に、シリカ原料であるＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）とＯ2ガスとを用いたプラズマＣＶＤ法により、平面基板２１、光反射部３４、及びコア３９を覆うようにガラス膜（上部クラッド）４０を形成することで、図１に示した構成の光導波路１０が得られる。
【００４０】
得られた光導波路１０の光反射部３４の上方位置に、図１に示したように、フォトディテクタ（一点鎖線で図示）１８を配置し、光導波路１０に信号光Ｌ１を入射させて、反射損失（結合損も含む）を評価した。その結果、反射損失値は約１ｄＢであり、図６に示した従来の光導波路６５と比較して低損失であった。
【００４１】
次に、本実施の形態に係る光導波路１０の作用を説明する。
【００４２】
本実施の形態に係る光導波路１０は、コア１２の形成に先立って、先ず、光反射部１４を形成している。このため、コア長手方向の任意の位置に光反射部１４を形成することができる。よって、図６に示した従来の光導波路６０のように、光回路の端部でだけ、つまりコア６２の端部でだけしか信号光をやり取りできないということはなく、光回路の任意の位置で、容易に、かつ、低損失で信号光をやり取りすることができる。その結果、光回路の構成に制限がなくなり、光回路を自由に設計することができる。
【００４３】
また、本実施の形態に係る光導波路１０の光反射部１４は、各種のエッチング工程を経て形成されるものであって、図６に示した従来の光導波路６０のように研磨を必要としないため、大量生産に適しており、容易に量産可能である。その結果、光導波路１０、延いては光導波路装置のコストダウンを図ることができる。
【００４４】
また、本実施の形態に係る光導波路１０を用いて光導波路装置を構成することで、光回路の任意の位置に面発光レーザ及び面型フォトダイオードを設けることができる。よって、光導波路装置の構成に制限が無くなり、自由に光導波路装置を設計することができる。その結果、光導波路装置の小型化が可能となり、レイアウトの自由度が増す。
【００４５】
次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４６】
（第２の実施形態）
本発明の他の好適な一実施形態に係る光導波路の断面図を図４に示す。尚、図１と同様の部材については同様の符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
【００４７】
本実施の形態に係る光導波路５０の基本的な構成は、前実施の形態に係る光導波路１０と同様であり、光反射部１４で反射した信号光Ｌ１をより効率良くフォトディテクタ（一点鎖線で図示）１８に光結合させるべく、クラッド１３側に反射した信号光Ｌ１が取り出される部分（クラッド１３の表面で、かつ、反射本体部１５における斜面１５ａの直上部分）に、光を集光するマイクロレンズ４１を設けた点が異なっている。
【００４８】
本実施の形態に係る光導波路５０によれば、マイクロレンズ４１を設けることで、光反射部１４で反射した信号光Ｌ１をより効率良くフォトディテクタ１８に光結合させることができるようになるため、前実施の形態に係る光導波路１０よりも更に低損失な光導波路となる。また、本実施の形態に係る光導波路５０は、前実施の形態に係る光導波路１０と同様の作用効果を得ることができる。
【００４９】
次に、本実施の形態に係る光導波路５０の製造方法の一例を説明する。
【００５０】
図３（ｇ）に示した光導波路１０を作製した後、図５（ａ）に示すように、ＲＦスパッタリング（高周波スパッタリング）法により、上部クラッド４０の表面に、Ｐ2Ｏ5濃度が５０ｍｏｌ％、厚さが８μｍのＳｉＯ2−ＧｅＯ2からなるコアガラス膜５１を形成する。
【００５１】
次に、フォトリソグラフィ技術を利用して、図５（ｂ）に示すように、コアガラス膜５１上に直径１６μｍの円盤パターン５２を形成する。
【００５２】
次に、円盤パターン５２をマスクとし、図５（ｃ）に示すように、ＣＨＦ3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、コアガラス膜５１の非マスク部分５１ａをエッチング除去し、高さ８μｍ、直径１５μｍの円柱パターン５３を形成する。その後、円盤パターン５２を除去し、図５（ｄ）に示す光導波路５５が得られる。
【００５３】
次に、この光導波路５５全体に対して、酸素雰囲気中、５００℃〜６００℃×３時間の熱処理を施した。この熱処理によって円柱パターン５３は軟化し、図５（ｅ）に示すように、上部クラッド４０の表面に、半径７．５μｍで表面が滑らかな半球状のマイクロレンズ５６が形成され、図４に示した構成の光導波路５０が得られる。このマイクロレンズ５６に、波長１．５５μｍの光を通過させた時の損失は、０．１ｄＢ以下と低損失であった。
【００５４】
得られた光導波路５０のマイクロレンズ５６の上方に、図４に示したように、フォトディテクタ（一点鎖線で図示）１８を配置し、光導波路５０に信号光Ｌ１を入射させて、反射損失（結合損を含む）を評価した。その結果、反射損失値は約０．６ｄＢであり、図１に示した前実施の形態に係る光導波路１０よりも更に低損失であった。
【００５５】
（第３の実施形態）
第１の実施の形態に係る光導波路１０及び第２の実施の形態に係る光導波路５０は、反射本体部１５の斜面１５ａに光反射膜１６が設けられ、光反射部１４の表面のみが金属材で構成されたものであった。
【００５６】
本実施の形態に係る光導波路の基本的な構成は、前実施の形態に係る光導波路１０（又は光導波路５０）と同様であり、反射本体部の全体を金属材で構成した点が異なっている。つまり、本実施の形態に係る光導波路においては、反射本体部だけで光反射部を構成している。反射本体部を構成する金属材としては、前実施の形態に係る光導波路１０における光反射膜１６の構成材と同じ金属材を用いる。
【００５７】
本実施の形態に係る光導波路は、第１の実施の形態に係る光導波路１０（又は第２の実施の形態に係る光導波路５０）と同様の作用効果を得ることができる。
【００５８】
次に、本実施の形態に係る光導波路の製造方法の一例を説明する。
【００５９】
先ず、平面基板として石英ガラス基板を準備した。次に、基板の表面にＴａ膜を形成する。更に、このＴａ膜の表面に、エッチングマスク用のＷＳｉ膜を形成する。
【００６０】
次に、感光性レジストを用いたフォトリソグラフィ技術を利用して、ＷＳｉ膜上に、レジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとし、ＮＦ3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、ＷＳｉ膜の非マスク部分をエッチング除去する。その後、レジストパターンを除去する。
【００６１】
次に、このＷＳｉ膜のパターン部をマスクとし、ＳＦ6ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、Ｔａ膜の非マスク部分をエッチング除去し、断面矩形状のパターンを形成する。
【００６２】
次に、パターンが形成された平面基板をＡｒガスプラズマ中に配置した後、Ａｒイオンによるスパッタエッチングにより、断面略矩形状のパターンの一部をエッチング除去し、断面略三角形状の反射本体部に形成する。反射本体部における三角形の底角は４５度とした。ここで、三角形の底角の大きさは、Ａｒイオンの圧力によって調整自在である。また、反射本体部の形成は、Ａｒガスによるスパッタエッチングだけに限定されるものではなく、反応性イオンエッチングを用いてもよい。反応性イオンエッチングの際に、イオンの効果を高める条件を選択することによって、スパッタエッチングの時と同様に、三角形の底角の大きさを調整自在とすることができる。
【００６３】
その後は、図３（ｄ）〜図３（ｇ）（又は図３（ｄ）〜図３（ｇ）及び図５（ａ）〜（ｅ））に示した工程を経て、図１に示した光導波路１０（又は図４に示した光導波路５０）と同様の構成を有する本実施の形態に係る光導波路が得られる。
【００６４】
本実施の形態に係る光導波路によれば、反射本体部を形成するだけで、光反射部を構成することができることから、第１の実施の形態に係る光導波路１０のように、光反射膜１６の形成工程（図３（ａ）〜図３（ｃ）参照）を必要としない。このため、本実施の形態に係る光導波路は、第１の実施の形態に係る光導波路１０と比較して製造が更に簡単、容易となる。
【００６５】
以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る光導波路の断面図である。
【図２】図１に示した光導波路の製造工程の内、反射本体部を形成するまでの工程を説明した断面図である。
【図３】図１に示した光導波路の製造工程の内、反射本体部を形成した後の工程を説明した断面図である。
【図４】本発明の他の好適な一実施形態に係る光導波路の断面図である。
【図５】図４の光導波路の製造工程を説明するための断面図である。
【図６】従来の光導波路装置の断面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  光導波路
１１  平面基板（基板）
１２  コア
１３  クラッド
１４  光反射部
１５  反射本体部
１５ａ  斜面
１６  光反射膜
Ｌ１  信号光
【図１】
2005221965.tif 000003
【図２】
2005221965.tif 000004
【図３】
2005221965.tif 000005
【図４】
2005221965.tif 000006
【図５】
2005221965.tif 000007
【図６】
2005221965.tif 000008