(57)【要約】【課題】各構成部品を容易に且つ高精度に位置合わせ（光結合）することができる光デバイスの製造方法、及びその製造方法により製造された光デバイスを提供する。【解決手段】基板２１１の第１の領域上に形成された光導波路を有する第１の構成部品２１０と、第２の光導波路を有する第２の構成部品２２０とを光結合する光デバイスの製造方法において、基板２１１の第２の領域に貫通孔を設けておき、基板２１１の裏面側に貫通孔を塞ぐようにして圧力変形部材２３１を貼り付ける。そして、基板２１１の第２の領域上に第２の構成部品２２０を配置した後、ガス圧印加治具２４１を用いて圧力変形部材２３１に圧力を印加する。これにより、圧力変形部材２３１の一部が基板２１１の上側に突出し、第２の構成部品２２０が上下方向に微動する。光源２４５から光を出射し、受光素子２４６の出力が最大となるように圧力変形部材２３１に印加する圧力を調整する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と該基板の第１の領域上に形成された第１の光導波路とを有する第１の構成部品と、第２の光導波路を有する第２の構成部品とを光結合させて光デバイスを製造する光デバイスの製造方法において、
前記基板の第１の領域に隣接する第２の領域に前記基板の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を設け、
前記基板の前記第２の領域上に前記第２の構成部品を配置するとともに、前記基板の下面側に前記貫通孔を覆う圧力変形部材を配置し、
前記圧力変形部材に圧力を印加して前記貫通孔を介して前記基板の上側に前記圧力変形部材の一部を突出させることにより前記第２の構成部品を移動させて前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とを光結合させることを特徴とする光デバイスの製造方法。
【請求項２】
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路を通過する光を受光素子で受光し、該受光素子の出力が最大となるように前記圧力変形部材に印加する圧力を調整することを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
【請求項３】
前記圧力変形部材には、ガスを介して圧力を印加することを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
【請求項４】
前記貫通孔を複数形成し、各貫通孔毎に前記圧力変形部材に印加する圧力を個別に制御することを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの製造方法。
【請求項５】
基板と、
前記基板の第１の領域上に形成された第１の光導波路と、
前記基板の前記第２の領域に設けられた貫通孔と、
電気光学効果を示す材料により形成され、前記基板の前記第２の領域上に接合されて前記第１の光導波路と光結合する第２の光導波路と、
前記第２の光導波路の下側に形成された下部電極と、
前記第２の光導波路の上側に形成された上部電極と、
前記貫通孔内に充填され、前記基板の上側に突出して前記下部電極と電気的に接続した導電性封止材と
を有することを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の部品（構成部品）を組み合わせて構成される光デバイスの製造方法、及びその製造方法により製造された光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信は高速且つ大容量の信号伝送に適しており、長距離の基幹通信システムでは既に実用化されている。このような通信システムにおいて、信号の伝送経路を切換える信号切換装置は必須のデバイスである。従来の通信システムでは、光信号を一旦電気信号に変換してから半導体スイッチで信号の伝送経路を切換え、その後再び光信号に変換する方式が広く使用されていた。しかし、近年、光通信のより一層の高速化及び大容量化が進んでいるため、半導体スイッチでは対応できなくなってきている。そこで、光信号のままで伝送経路の切換えができる光スイッチの開発が進められている。
【０００３】
本願出願人は、特許文献１及び特許文献２において、電気光学効果を利用して光信号の伝送経路を切換える光スイッチを提案している。図１（ａ）はその光スイッチの一例を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線による断面図である。
【０００４】
この光スイッチは、入射側光導波路部１０１、コリメート部１０２、入射側光偏向素子部１０３、共通導波路１０４、出射側光偏向素子部１０５、集光部１０６及び出射側光導波路部１０７により構成されている。入射側光導波路部１０１、コリメート部１０２、共通導波路１０４、集光部１０６及び出射側光導波路部１０７は基板１００上に光学膜を積層することにより形成され、入射側光偏向素子部１０３及び出射側光偏向素子部１０５は電気光学効果を示す材料を用いて個別に形成された後、基板１００上に搭載される。
【０００５】
入射側光導波路部１０１は、ｎ本（図１に示す例では、ｎ＝４）の光導波路（コア層）１０１ａと、これらの光導波路１０１ａを被覆して屈折率の差により光信号を光導波路１０１ａ内に閉じ込めるクラッド層１０１ｂとにより構成されている。出射側光導波路部１０７も、これと同様に、複数本の光導波路（コア層）１０７ａと、これらの光導波路１０７ａを被覆して屈折率の差により光信号を光導波路１０７ａ内に閉じ込めるクラッド層１０７ｂとにより構成されている。
【０００６】
コリメート部１０２は、ｎ組のコリメートレンズ１０２ａにより構成されている。これらのコリメートレンズ１０２ａは、所定の形状にパターニングされたコア層と、そのコア層を上下方向から挟むクラッド層とにより形成されている。光導波路１０１ａから出射された光は放射状に広がるが、コリメートレンズ１０２ａによって平行光となる。
【０００７】
入射側光偏向素子部１０３にはｎ組の光偏向素子１０３ａが設けられている。各光偏向素子１０３ａは光導波路を上下方向から挟む一対の楔状電極を有しており、ポッケルス効果（電気光学効果）を利用して光信号の伝搬方向を変更する。この例では、各伝送経路毎に４個の光偏向素子１０３ａが伝送経路に沿って楔状電極の向きを交互に変えて配置されている。
【０００８】
共通導波路１０４は、薄膜状のコア層と、そのコア層を上下方向から挟むクラッド層とからなるスラブ（slab）導波路で構成されている。この共通導波路１０４には入射側光偏向素子部１０３から出力された複数の光信号が同時に通るが、これらの光信号は共通導波路１０４内を決められた方向に直進するので、他の光信号と干渉することなく出射側光偏向素子部１０５に伝達される。
【０００９】
出射側光偏向素子部１０５にはｎ組の光偏向素子１０５ａが設けられている。これらの光偏向素子１０５ａは、共通導波路１０４を通って光偏向素子１０５ａに到達した光を、光導波路１０７ａに平行な方向に偏向する。この出射側光偏向素子部１０５は、入射側光偏向素子部１０３と同様の構造を有している。
【００１０】
集光部１０６は、ｎ組の集光レンズ１０６ａにより構成されている。これらの集光レンズ１０６ａも、コリメートレンズ１０３ａと同様に、所定の形状にパターニングされたコア層と、そのコア層を上下方向から挟むクラッド層とにより形成されている。これらの集光レンズ１０６ａは、光偏向素子１０５ａを通過した光を集光して光導波路１０７ａに導くという働きがある。
【００１１】
このように構成された光スイッチにおいて、光偏向素子１０３ａ，１０５ａに電圧が印加されていないときには、ｉ番目（ｉは１〜４の任意の整数）の光導波路１０１ａに入射された光信号は、コリメートレンズ１０２ａにより平行光に変換された後、光偏向素子１０３ａ、共通導波路１０４及び光偏向素子１０５ａを直進し、集光レンズ１０６ａにより集光されて、ｉ番目の光導波路１０７ａに伝達される。
【００１２】
一方、光偏向素子１０３ａ，１０５ａに所定の電圧を印加すると、ｉ番目の光導波路１０１ａに入射された光信号は、光偏向素子１０３ａで電圧に応じた角度で進行方向が曲げられる。そして、共通導波路１０４を直進し、ｊ番目（ｊは１〜４の任意の整数、但し、ｉ≠ｊ）の光偏向素子１０５ａに伝達される。その後、この光偏向素子１０５ａにより屈折され、ｊ番目の集光レンズ１０６ａを通ってｊ番目の光導波路１０７ａに伝達される。このようにして、光信号の切換えが行われる。
【００１３】
ところで、図１（ａ），（ｂ）に示す光スイッチでは、光偏向素子部１０３，１０５を光導波路１０１ａ，１０７ａ、コリメートレンズ１０２ａ及び集光レンズ１０６ａに対し位置合わせしながら基板１００上に搭載する必要がある。
【００１４】
一般的に、光デバイスを構成する２つの構成部品を位置合わせ（光結合）する場合は、パッシブアライメントと呼ばれる方法、又はアクティブアライメントと呼ばれる方法が採用される。パッシブアライメントでは、予め一方の構成部品に位置決めの基準となる基準面を設けておき、他方の構成部品をその基準面に突き当てて配置する。また、アクティブアライメントでは、各構成部品を仮配置し、一方の構成部品の光導波路（コア層）に光を入力し、他方の構成部品の光導波路（コア層）から出力される光の量が最大となるように各構成部品の位置を調整する。どちらの方法でも、構成部品はフリップチップボンダなどの吸着ホルダと移動ステージとを用いて所定の位置に配置され、接着剤などにより固定される。
【００１５】
その他、本発明に関係すると思われる従来技術として、特許文献３に記載されたものがある。
【特許文献１】特開２００２−３１８３９８号公報
【特許文献２】特開２００３−１９５３６９号公報
【特許文献３】特開２０００−２６３７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
光デバイスを構成する構成部品同士を位置合わせ（光結合）する場合に、図２（ａ）に示す平面方向の３軸（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｒｚ方向）と、図２（ｂ）に示す高さ方向の３軸（Ｚ方向、Ｒｘ方向、Ｒｙ方向）とを調整することが必要である。ここで、Ｒｚ方向はＺ軸を中心とする回転方向、Ｒｘ方向はＸ軸を中心とする回転方向（あおり方向）、Ｒｙ方向はＹ軸を中心とする回転方向（あおり方向）である。
【００１７】
パッシブアライメントのみで位置合わせを行うためには、一方の構成部品に３つの基準面（例えば相互に直交する３つの平面）を設けておくことが必要である。そして、それらの基準面に他方の構成部品の３つの面を突き当てて配置することにより、位置合わせ（光結合）が完了する。しかし、この方法では、構成部品の製造にサブミクロンレベルの寸法精度が要求されるため、製造が極めて困難であるという問題点がある。
【００１８】
一方、アクティブアライメントのみで位置合わせを行うためには、平面方向の３軸と高さ方向の３軸とを同時に調整する必要があるため、作業が極めて煩雑となる。特に、吸着ホルダと移動ステージとを使用して高さ方向の３軸を調整することは技術的に困難である。
【００１９】
本発明の目的は、各構成部品を容易に且つ高精度に位置合わせ（光結合）することができる光デバイスの製造方法、及びその製造方法により製造された光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一観点によれば、基板と該基板の第１の領域上に形成された第１の光導波路とを有する第１の構成部品と、第２の光導波路を有する第２の構成部品とを光結合させて光デバイスを製造する光デバイスの製造方法において、前記基板の第１の領域に隣接する第２の領域に前記基板の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を設け、前記基板の前記第２の領域上に前記第２の構成部品を配置するとともに、前記基板の下面側に前記貫通孔を覆う圧力変形部材を配置し、前記圧力変形部材に圧力を印加して前記貫通孔を介して前記基板の上側に前記圧力変形部材の一部を突出させることにより前記第２の構成部品を移動させて前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とを光結合させる光デバイスの製造方法が提供される。
【００２１】
本発明においては、基板の裏面側に配置された圧力変形部材に圧力を印加して圧力変形部材を基板の上側に突出させ、それにより第２の構成部品を微動させて第１の光導波路と第２の光導波路とを光結合させる。このような方法では、第２の構成部品の移動量を精密に制御できるので、第１の光導波路と第２の光導波路とを容易に且つ高精度に光結合（位置合わせ）することができる。
【００２２】
この場合に、ガスにより圧力変形部材に圧力を印加すると、圧力の制御が容易である。また、貫通孔を複数形成し、各貫通孔毎に圧力変形部材に印加する圧力を個別に制御することにより、高さ方向の３軸の調整が可能である。なお、平面方向の３軸の調整は、例えば第１の構成部品及び第２の構成部品にそれぞれ位置合わせマークを形成し、それらの位置合わせマークを使用して行うことが好ましい。
【００２３】
第１の構成部品と第２の構成部品とを光結合した後、圧力変形部材を除去してもよい。この場合、貫通孔内に導電性の封止材を充填すると、封止材を介して第２の構成部品に電気を供給することができる。
【００２４】
本発明の他の観点によれば、基板と、前記基板の第１の領域上に形成された第１の光導波路と、前記基板の前記第２の領域に設けられた貫通孔と、電気光学効果を示す材料により形成され、前記基板の前記第２の領域上に接合されて前記第１の光導波路と光結合する第２の光導波路と、前記第２の光導波路の下側に形成された下部電極と、前記第２の光導波路の上側に形成された上部電極と、前記貫通孔内に充填され、前記基板の上側に突出して前記下部電極と電気的に接続した導電性封止材とを有する光デバイスが提供される。
【００２５】
本発明の光デバイスは、第１の光導波路と第２の光導波路との光結合に使用した貫通孔内に導電性封止材を充填し、この導電性封止材により下部電極を基板の下側に電気的に引き出している。これにより、基板上の配線を簡略化（又は省略）することができて、第１の構成部品の製造が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００２７】
（第１の実施形態）
図３は本発明の第１の実施形態に係る製造方法により製造された光デバイスを示す断面図、図４は同じくその光デバイスを構成する２つの構成部品（第１の構成部品２１０及び第２の構成部品２２０）を個別に示す断面図である。
【００２８】
この光デバイスは、第１の構成部品２１０の所定の領域（第２の領域）に形成された溝２１５ａ内に、第２の構成部品２２０を光学接着剤２３２で接合して形成されている。図４に示すように、第１の構成部品２１０は、基板２１１と、この基板２１１の所定の領域（第１の領域）上に形成された光導波路２１５とにより構成されている。光導波路２１５は、基板２１１の上側に第１のクラッド層（下部クラッド層）２１２、コア層２１３及び第２のクラッド層（上部クラッド層）２１４を積層して形成されている。また、溝２１５ａは、光導波路２１５の一部を基板２１１が露出するまでエッチングすることにより形成されている。
【００２９】
第１の構成部品２１０の溝２１５ａの底部には、複数の位置合わせマーク（アライメントマーク）２１６がそれぞれ所定の位置に設けられている。また、溝２１５ａの底部には、基板２１１の表面側から裏面側に貫通する貫通孔２１１ａが設けられている。
【００３０】
一方、第２の構成部品２２０は、基板２２１と光導波路２２５とにより構成されている。光導波路２２５は、基板２２１の下側に第１のクラッド層２２２、コア層２２３及び第２のクラッド層２２４を積層して形成されている。また、第２のクラッド層２２４の下側には、複数の位置合わせマーク（アライメントマーク）２２６がそれぞれ所定の位置に設けられている。
【００３１】
本実施形態においては、第１の構成部品２１０に設けられた貫通孔２１１ａを利用して、後述するように第１の構成部品２１０と第２の構成部品２２０との高さ方向（Ｚ方向）の位置合わせ（光結合）を行う。また、本実施形態では、第１の構成部品２１０上に第２の構成部品２２０を接合した後、貫通孔２１１ａ内に封止材２３３を充填して貫通孔２１１ａを封止している。
【００３２】
図５〜図７は、本発明の第１の実施形態に係る光デバイスの製造方法を示す断面図である。
【００３３】
予め、図５（ａ）に示すように、第１の構成部品２１０の基板２１１のうち溝２１５ａの底面の四隅の近傍に位置合わせマーク２１６と貫通孔２１１ａとを設けておく。基板２１１の厚さは例えば０．５ｍｍであり、貫通孔２１０ａの直径は例えば０．３ｍｍである。
【００３４】
そして、基板２１１の裏面側に、貫通孔２１１ａを塞ぐようにしてフィルム状の圧力変形部材２３１を貼り付ける。圧力変形部材２３１は圧力を印加することによりその一部が貫通孔２２１ａを介して基板２１１の上側まで突出する程度の柔軟性を有するものであればよい。例えば、デュポン株式会社製のドライフィルムRISTON-FX-150 （厚さ５０μｍ）を圧力変形部材２３１として使用することができる。
【００３５】
なお、前述の特許文献３には、貫通孔が設けられた基板の一方の面側にドライフィルムを貼り付け、熱と圧力とによりドライフィルムを変形させて基板の他方の面側にドライフィルムを突出させることが記載されている。但し、特許文献３はインクジェットプリンタのノズル部分の撥水処理方法に関する発明であり、貫通孔を介して基板の面上に突出したドライフィルム（圧力変形部材）により光デバイスの構成部品を微動させる本願発明とは技術的思想が異なる。
【００３６】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１の構成部品２１０にガス圧印加用治具２４１を取り付ける。このガス圧印加用治具２４１は上側が開放された箱状の形状を有し、第１の構成部品２１０の基板２１１の下面側に密着させて、圧力変形部材２３１の周囲に閉鎖された空間（以下、「閉鎖空間」という）を形成する。この閉鎖空間内には、配管接続口２４１ａを介してガスが供給される。このガス圧印加用治具２４１には、電気を供給することにより発熱するヒータ２４２が設けられている。
【００３７】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１の構成部品２１０の溝２１５ａ内に第２の構成部品２２０を配置する。予め第２の構成部品２２０にも位置合わせマーク２２６を設けておき、それらの位置合わせマーク２２６が第１の構成部品２１０の位置合わせマーク２１６と整合するように、第２の構成部品２２０を第１の構成部品２１０に対し相対的に移動させて平面方向の３軸の位置合わせを行う。
【００３８】
次に、図６に示すように、レーザ光源２４５から出射されたレーザ光を第１の構成部品２１０の光導波路２１５（コア層２１３）の一方から入力し、他方から出力される光を受光素子２４６で受光する。この受光素子２４６の出力は、マイクロコンピュータにより構成される制御部２４７に入力される。制御部２４７は、受光素子２４６の出力に基づいてガス圧調整部２４８を制御し、ガス供給源（コンプレッサ又はガスボンベ等）２４９からガス圧印加用治具２４１に供給されるガスの圧力を調整する。これにより、圧力変形部材２３１の基板２１１の上側に突出する突出量が変化し、第２の構成部品２２０が上下方向に移動（微動）して、受光素子２４６に入力される光の量が変化する。
【００３９】
本実施形態では、制御部２４７により、受光素子２４６の出力が最大となるようにガス圧調整部２４８が自動的に調整される。なお、オペレータが手動で、受光素子２４６の出力が最大となるようにガス圧調整部２４８を調整してもよい。また、この工程では、圧力変形部材２３１を変形しやすくするために、ヒータ２４２により圧力変形部材２３１を加熱して軟化させることが好ましい。
【００４０】
このようにしてガス圧を調整し第２の構成部品２２０を上下方向に移動させて受光素子２４６の出力が最大になる位置が決まったら、図７（ａ）に示すように、第１の構成部品２１０と第２の構成部品２２０との隙間に接着剤２３２を充填して、第２の構成部品２２０と第１の構成部品２１０とを接合する。ここで、接着剤２３２は光透過性であることが必要であるが、一般的な光学接着剤を使用することができる。本実施形態において使用可能な光学接着剤としては、例えばＮＴＴ−ＡＴ株式会社のAT8224がある。このようにして第２の構成部品２２０を第１の構成部品２１０に接合した後、第１の構成部品２１０からガス圧印加用治具２４１を取り外す。
【００４１】
次に、図７（ｂ）に示すように、第１の構成部品２１０から圧力変形部材２３１を除去する。圧力変形部材２３１として前述のドライフィルム（RISTON-FV-150 ）を使用した場合は、第１の構成部品２１０を水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させることにより、圧力変形部材２３１が溶解して除去される。
【００４２】
次いで、図７（ｃ）に示すように、基板２１１の貫通孔２１１ａ内に封止材２３３を充填する。第２の構成部品２２０に電気（又は電気信号）を供給する場合は、封止材２３３として導電ペーストを使用すると、導電ペーストを介して第２の構成部品２２０に電気を供給することができる。なお、本実施形態では、上述の如く圧力変形部材２３１を除去した後に貫通孔２１１ａを封止材２３３で封止しているが、圧力変形部材２３１の除去及び封止材２３３による貫通孔２１１ａの封止は必要に応じて行えばよく、必須の工程ではない。
【００４３】
本実施形態においては、上述したように、ガスの圧力を調整することにより圧力変形部材２３１の変形量を制御して構成部品２２０を上下方向に移動させ、受光素子２４６の出力が最大となるように圧力を調整するので、構成部品２２０の位置を微妙に変化させることができて、Ｚ方向の位置合わせを容易に且つ高精度に行うことができるという効果を奏する。
【００４４】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る光デバイスの製造方法を示す断面図である。この図８において、図６と同一物には同一符号を付して重複する部分の説明は省略する。
【００４５】
本実施形態において、平面方向の３軸の調整は、第１の実施形態と同様に、第１の構成部品２１０及び第２の構成部品２２０にそれぞれ設けられた位置合わせマーク（アライメントマーク）２１６，２２６を整合させることにより行う。そして、高さ方向の３軸の調整は、図８に示すように、ガス圧印加用治具２５２を使用して行う。このガス圧印加用治具２５２は、第１の構成部品２１０の基板２１１の裏面側に密着し、各貫通孔２１１ａ毎に個別に仕切られた閉鎖空間を形成する。
【００４６】
ガス圧印加用治具２５２と基板２１１とにより形成された各閉鎖空間には、ガス圧力調整部２５８ａ〜２５８ｄからそれぞれ個別にガスが供給される。制御部２４７は、受光素子２４６の出力が最大となるように、予め設定されたプログラムに従ってこれらのガス調整部２５８ａ〜２５８ｄを制御する。
【００４７】
本実施形態においては、平面方向の３軸の調整は位置合わせマーク２１６，２２６により行い、高さ方向の３軸の調整は各貫通孔２１１ａから基板２１１上に突出する圧力変形部材２３１の突出量を個別に制御することにより行うので、第１の光学部品２１０と第２の光学部品２２０との６軸方向の位置合わせを容易に且つ高精度に行うことができる。
【００４８】
（第３の実施形態）
図９（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る製造方法により製造された光デバイスを示す平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のII−II線による断面図である。なお、本実施形態は、本発明を４入力４出力（４×４）の光スイッチの製造に適用した例について説明している。
【００４９】
図９（ａ），（ｂ）に示す光スイッチは、入射側光導波路部３０１、コリメート部３０２、入射側光偏向素子部３０３、共通導波路３０４、出射側光偏向素子部３０５、集光部３０６及び出射側光導波路部３０７により構成されている。入射側光導波路部３０１、コリメート部３０２、共通導波路３０４、集光部３０６及び出射側光導波路部３０７は、基板３００の第１の領域上に光学膜を積層することにより形成され、入射側光偏向素子部３０３及び出射側光偏向素子部３０５は、電気光学効果を示す材料を用いて個別に形成された後、光学接着剤３０８により基板３００の第２の領域上に接合される。
【００５０】
入射側光導波路部３０１は、４本の信号伝送用光導波路（コア層）３０１ａと、２本の位置合わせ用光導波路（コア層）３０１ｂと、これらの光導波路３０１ａ，３０１ｂを被覆して屈折率の差により光信号を光導波路３０１ａ，３０１ｂ内に閉じ込めるクラッド層３０１ｃとにより構成されている。２本の位置合わせ用光導波路３０１ｂは基板３００の幅方向の両側に配置されており、４本の信号伝送用光導波路３０１ａはそれらの位置合わせ用光導波路３０１ｂの間に所定のピッチで配置されている。
【００５１】
これと同様に、出射側光導波路部３０７も、４本の信号伝送用光導波路（コア層）３０７ａと、２本の位置合わせ用光導波路（コア層）３０７ｂと、これらの光導波路３０７ａ，３０７ｂを被覆して屈折率の差により光信号を光導波路３０７ａ，３０７ｂ内に閉じ込めるクラッド層３０７ｃとにより構成されている。２本の位置合わせ用光導波路３０７ｂは基板３００の幅方向の両側に配置されており、４本の信号伝送用光導波路３０７ａはそれらの位置合わせ用光導波路３０７ｂの間に所定のピッチで配置されている。
【００５２】
コリメート部３０２は、４組の信号伝送用コリメートレンズ３０２ａと、２組の位置合わせ用レンズ３０２ｂとにより構成されている。信号伝送用コリメートレンズ３０２ａは信号伝送用光導波路３０１ａに整合する位置に配置されており、位置合わせ用レンズ３０２ｂは位置合わせ用光導波路３０１ｂに整合する位置に配置されている。これらのレンズ３０２ａ，３０２ｂは、所定の形状にパターニングされたコア層と、そのコア層を上下方向から挟むクラッド層とにより形成されている。
【００５３】
これと同様に、集光部３０６は、４組の信号伝送用集光レンズ３０６ａと、２組の位置合わせ用レンズ３０６ｂとにより構成されている。信号伝送用集光レンズ３０６ａは信号伝送用光導波路３０７ａに整合する位置に配置されており、位置合わせ用レンズ３０６ｂは位置合わせ用光導波路３０７ｂに整合する位置に配置されている。これらのレンズ３０６ａ，３０６ｂも、所定の形状にパターニングされたコア層と、そのコア層を上下方向から挟むクラッド層とにより形成されている。
【００５４】
入射側光偏向素子部３０３には４組の光偏向素子３０３ａが設けられている。これらの光偏向素子３０３ａは、信号伝送用コリメートレンズ３０２ａに整合する位置に配置されている。入射側光偏向素子部３０３の下側には各光偏向素子３０３ａ毎に楔状の下部電極が設けられており、入射側光偏向素子部３０３の上側には各光偏向素子３０３ａ共通の上部電極が設けられている。各光偏向素子３０３ａは、ポッケルス効果（電気光学効果）により光信号の伝搬方向を変更する。１つの光偏向素子３０３ａでは光信号を曲げることができる角度が小さいため、本実施形態では、光信号の伝送方向に沿って４個の光偏向素子３０３ａを、楔状の下部電極の向きを交互に変えて配置している。なお、光偏向素子部３０３のうち位置合わせ用レンズ３０２ｂに整合する領域には光偏向素子が配置されてなく、この領域は一種のスラブ導波路となっている。また、光偏向素子３０３ａの下部電極のうちの少なくとも一部は、基板３００に設けられた貫通孔３００ａに充填された導電性の封止材３０９により、基板３００の裏面側に電気的に引き出されている。
【００５５】
これと同様に、出射側光偏向素子部３０５には、４組の光偏向素子３０５ａが設けられている。これらの光偏向素子３０５ａの構造は、入射側光偏向素子部３０３の光偏向素子３０３ａと同じである。光偏向素子３０５ａの下部電極のうちの少なくとも一部は、基板３００に設けられた貫通孔３００ａに充填された導電性封止材３０９により基板３００の裏面側に電気的に引き出されている。
【００５６】
共通導波路３０４は、薄膜状のコア層と、そのコア層を上下方向から挟むクラッド層とからなるスラブ導波路で構成されている。但し、共通導波路３０４の位置合わせ用レンズ３０２ｂ，３０６ｂに整合する位置には、それぞれ反射ミラー３０４ａが配置されている。本実施形態においては、共通導波路３０４の幅方向の両側にそれぞれ反射ミラー３０４ａが２個づつ設けられている。これらの反射ミラー３０４ａは、共通導波路３０４に溝を形成し、溝の内面にＡｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）又はＡｕ（金）等の金属を被着させて形成されている。なお、共通導波路３０４の溝内に、表面を鏡面仕上げした部材を嵌め込んで反射ミラーとしてもよい。
【００５７】
このように構成された本実施形態の光スイッチにおいて、光偏向素子３０３ａ，３０５ａに電圧が印加されていないときには、ｉ番目（ｉは１〜４の任意の整数）の信号伝送用光導波路３０１ａに入射された光信号は、信号伝送用コリメートレンズ３０２ａにより平行光に変換された後、光偏向素子３０３ａ、共通導波路３０４及び光偏向素子３０５ａを直進し、信号伝送用集光レンズ３０６ａにより集光されて、ｉ番目の信号伝送用光導波路３０７ａに伝達される。
【００５８】
一方、光偏向素子３０３ａ，３０５ａに所定の電圧を印加すると、ｉ番目の信号伝送用光導波路３０１ａに入射された光信号は、光偏向素子３０３ａで電圧に応じた角度で進行方向が曲げられる。そして、共通導波路３０４を直進し、ｊ番目（ｊは１〜４の任意の整数、但し、ｉ≠ｊ）の光偏向素子３０５ａに伝達される。その後、この光偏向素子３０５ａにより屈折され、ｊ番目の信号伝送用集光レンズ３０６ａを通ってｊ番目の信号伝送用光導波路３０７ａに伝達される。
【００５９】
以下、上述した構造の光スイッチの製造方法について説明する。
【００６０】
まず、図１０（ａ）〜（ｃ）を参照して、入射側光偏向素子部３０３の形成方法について説明する。なお、出射側光偏向素子部３０５も入射側光偏向素子部３０３と同様の方法で形成するので、ここでは出射側光偏向素子部３０５の形成方法の説明は省略する。また、光偏向素子部３０３，３０５は楔状の下部電極が形成された面を下側にして基板３００の上に搭載されるが、図１０（ａ）〜（ｃ）では便宜上、下部電極を形成する面を上側にしている。
【００６１】
まず、図１０（ａ）に示すように、Ｎｂ（ニオブ）をドープして導電性を付与したＳｒＴｉＯ3 基板３１１を用意し、そのＳｒＴｉＯ3 基板３１１の上に、第１のクラッド層３１２として例えばＰＬＺＴ（Ｐｂx Ｌａ1-x （Ｚｒy Ｔｉ1-y Ｏ3 ）：但し、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１））膜を、ゾルゲル法、ＰＬＤ（パルスレーザ堆積）法又はＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長）法等により形成する。なお、ＳｒＴｉＯ3 基板３１１は、各光偏向素子３０３ａに共通の上部電極となる。
【００６２】
次に、図１０（ｂ）に示すように、第１のクラッド層３１２の上にコア層３１３として、クラッド層３１２よりも屈折率が高く且つ電気光学効果を示す膜、例えばＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒy Ｔｉ1-y Ｏ3 ）、但し、０＜ｙ＜１）をゾルゲル法、ＰＬＤ法又はＭＯＣＶＤ法等により例えば５μｍの厚さに形成する。なお、コア層３１３は、第１のクラッド層３１２よりも屈折率が高いＰＬＺＴにより形成してもよい。
【００６３】
次に、図１０（ｃ）に示すように、コア層３１３の上に、第２のクラッド層３１４として、例えば第１のクラッド層３１２と同一組成のＰＬＺＴ膜を形成する。その後、第２のクラッド層３１４の上に例えばＡｕ（金）をスパッタリングして、厚さが約２００ｎｍの導電体膜を形成する。そして、この導電体膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、楔状の下部電極３１５と位置合わせマーク（図示せず）とを形成する。
【００６４】
このようにして、基板３１１上に第１のクラッド層３１２、コア層３１３及び第２のクラッド層３１４等を形成した後、研磨により所定の大きさに加工する。これにより、入射側光偏向素子部３０３が完成する。また、同様の方法により、出射側光偏向素子部３０５を形成する。
【００６５】
次に、図１１（ａ）〜（ｅ）を参照して、入射側光導波路部３０１、コリメート部３０２、共通導波路部３０４、集光部３０６及び出射側光導波路部３０６の形成方法を説明する。
【００６６】
まず、図１１（ａ）に示すように、基板３００を用意する。本実施形態では、基板３００として、厚さが０．５ｍｍのシリコン基板を使用する。
【００６７】
次に、図１１（ｂ）に示すように、基板３００の上に石英（シリカ）系の材料をＭＯＣＶＤ法により堆積させて、第１のクラッド層３２１及びコア層３２２を形成する。そして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法により入力側光導波路部３０１及び出力側光導波路部３０７のコア層３２２をパターニングして、光導波路３０１ａ，３０１ｂ，３０７ａ，３０７ｂを形成する（図９参照）。
【００６８】
次に、図１１（ｃ）に示すように、基板３００の上に石英系の材料をＭＯＣＶＤ法により堆積させて、第２のクラッド層３２３を形成する。なお、第１のクラッド層３２１、コア層３２２及び第２のクラッド層３２３は、ポリマー系の材料により形成してもよい。
【００６９】
次に、図１１（ｄ）に示すように、ＲＩＥ法により、第２のクラッド層３２３、コア層３２２及び第１のクラッド層３２１をエッチングして、光偏向素子部３０３，３０５を搭載するための溝３２４と、コリメート部３０２のコリメートレンズ３０２ａ及び位置合わせ用レンズ３０２ｂと、集光部３０６の集光レンズ３０６ａ及び位置合わせ用レンズ３０６ｂと、反射ミラー用溝３２５とを形成する。このＲＩＥ工程では、シリコン基板３００の表面がエッチングストップ面となる。
【００７０】
次に、スパッタリング法により基板３００の上にＡｕ膜を約２００ｎｍの厚さに形成した後、このＡｕ膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして、入射側光偏向素子部３０３及び出射側光偏向素子部３０５の下部電極に電気的に接続される配線パターン（図示せず）と、位置合わせマーク（図示せず）とを形成する。その後、溝３２４，３２５の底面から基板３００の裏面側に貫通する貫通孔３００ａを形成する。貫通孔３００ａの直径は例えば０．３ｍｍとする。
【００７１】
次いで、第２のクラッド層３２３の上に反射ミラー用溝３２５のみが露出するマスク（図示せず）を形成した後、Ａｕ、Ａｌ又はＣｕ等の金属をスパッタリングして、図１１（ｅ）に示すように、溝３２５の壁面に被着した金属からなる反射ミラー３０４ａを形成する。その後、マスクを除去する。なお、反射ミラー３０４ａは、真空蒸着法又はめっき法（無電解めっき及び電解めっき）により形成してもよい。
【００７２】
このようにして、入力側光導波路部３０１、コリメート部３０２、共通導波路部３０４、集光部３０６及び出射側光導波路部３０７を有する基板３００と、光偏向素子部３０３，３０５とをそれぞれ個別に形成した後、光偏向素子部３０３，３０５を基板３００上に搭載する。
【００７３】
図１２（ａ）は光偏向素子部３０３，３０５を基板３００上に搭載するときの光結合方法を示す平面図、図１２（ｂ）は同じくその断面図である。
【００７４】
まず、図１２（ａ）に示すように、レーザ光源（ＬＤ）３３１及び受光素子（ＰＤ）３３２とサーキュレータ３３３とを光ファイバ３４１，３４２で接続し、更にサーキュレータ３３３と位置合わせ用光導波路３０１ｂとを光ファイバ３４３で接続する。この図１２（ａ），（ｂ）に示すように、位置合わせ用光導波路３０１ｂと接続される光ファイバ３４３と、信号伝送用導波路３０１ａと接続される信号伝送用光ファイバ３４６とが一体になったコネクタ（ファイバアレイ）３４０を使用してもよい。
【００７５】
次に、基板３００及び光偏向素子部３０３にそれぞれ形成された位置合わせマークが整合するように光偏向素子部３０３を基板３００上に配置することによって、平面方向の位置合わせを行う。
【００７６】
次に、図１２（ｂ）に示すように、基板３００の裏面側に、貫通孔３００ａを覆うようにして圧力変形部材３４７を貼り付ける。そして、基板３００の裏面側にガス圧印加用治具３４８を密着させ、各貫通孔３００ａ毎に閉鎖空間を形成する。これらの閉鎖空間には、第２の実施形態と同様に、圧力調整部を介してガスが供給されるようになっている（図８参照）。
【００７７】
次に、レーザ光源３３１に電力を供給する。これにより、レーザ光源３３１から出力されたレーザ光（波長約１．５５μｍ）は、サーキュレータ３３３及び光ファイバ３４３を介して位置合わせ用光導波路３０１ｂに入力され、コリメート部３０２及び光偏向素子部３０３を通過した後、反射ミラー３０４ａに到達する。そして、反射ミラー３０４ａで反射されたレーザ光は、光偏向素子部３０３、コリメート部３０２、位置合わせ用光導波路３０１ｂ及び光ファイバ３４３を通過し、サーキュレータ３３３で光ファイバ３４２側に導入され、受光素子３３２に到達する。この状態で基板３００とガス圧印加用治具３４８とにより形成される閉鎖空間内にガスを供給し、圧力変形部材３４７を基板３００の上側に突出させて、受光素子３３２の出力が最大となるように光偏向素子部３０３を基板面に対し垂直な方向に移動する。
【００７８】
光偏向素子部３０３が最適位置からずれると、光偏向素子部３０３、光導波路部３０１及びレンズ部３０２の構造で決まる関数に応じて受光素子３３２に到達する光のパワーが変化する。本実施形態では、光導波路３０１ｂと反射ミラー３０４ａとの間をレーザ光が往復するため、光偏向素子部３０３の垂直方向のわずかな位置の変化により受光素子３３２の出力が大きく変化する。これにより、光偏向素子部３０３の最適位置を高精度に決定することができる。受光素子３３２の出力が最大となる位置（最適位置）が決定したら、紫外線（ＵＶ）硬化型又は熱硬化型の光学接着剤３０８を使用して、光偏向素子部３０３を基板３００上に接合する。
【００７９】
その後、コネクタ３４０を出力側光導波路部３０７に接続し、同様の方法により出力側光偏向素子部３０５を集光部３０６及び光導波路部３０７に光結合させて基板３００上に固定する。
【００８０】
次いで、ガス圧印加用治具３４８を取り外し、圧力変形部材３４７を除去する。その後、貫通孔３００ａ内に導電性の封止材（導電ペースト）を充填し、光偏向素子３０３ａ，３０５ａの下部電極を基板３００の下面側に電気的に引き出す。このようにして、図９（ａ），（ｂ）に示す構造の光スイッチが完成する。
【００８１】
本実施形態においては、第２の実施形態と同様に、光デバイスを構成する複数の構成部品を容易に且つ高精度で光結合することができる。この場合に、反射ミラー３０４ａを用いてレーザ光を反射させるので、入射側光偏向素子部３０３と入射側光導波路部３０１及びコリメート部３０２との位置合わせと、出射側光偏向素子部３０５と出射側光導波路部３０７及び集光部３０６との位置合わせとを個別に行うことができる。
【００８２】
以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。
【００８３】
（付記１）基板と該基板の第１の領域上に形成された第１の光導波路とを有する第１の構成部品と、第２の光導波路を有する第２の構成部品とを光結合させて光デバイスを製造する光デバイスの製造方法において、
前記基板の第１の領域に隣接する第２の領域に前記基板の一方の面から他方の面に貫通する貫通孔を設け、
前記基板の前記第２の領域上に前記第２の構成部品を配置するとともに、前記基板の下面側に前記貫通孔を覆う圧力変形部材を配置し、
前記圧力変形部材に圧力を印加して前記貫通孔を介して前記基板の上側に前記圧力変形部材の一部を突出させることにより前記第２の構成部品を移動させて前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とを光結合させることを特徴とする光デバイスの製造方法。
【００８４】
（付記２）前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路を通過する光を受光素子で受光し、該受光素子の出力が最大となるように前記圧力変形部材に印加する圧力を調整することを特徴とする付記１に記載の光デバイスの製造方法。
【００８５】
（付記３）前記圧力変形部材には、ガスを介して圧力を印加することを特徴とする付記１に記載の光デバイスの製造方法。
【００８６】
（付記４）前記貫通孔を複数形成し、各貫通孔毎に前記圧力変形部材に印加する圧力を個別に制御することを特徴とする付記１に記載の光デバイスの製造方法。
【００８７】
（付記５）前記第１の構成部品及び前記第２の構成部品にそれぞれ位置合わせマークを形成し、それらの位置合わせマークを使用して平面方向の位置合わせを行うことを特徴とする付記１に記載の光デバイスの製造方法。
【００８８】
（付記６）前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とを光結合した後、前記第１の構成部品と前記第２の構成部品とを接着剤により接合することを特徴とする付記１に記載の光デバイスの製造方法。
【００８９】
（付記７）前記第１の構成部品と前記第２の構成部品とを接合した後、前記圧力変形部材を除去することを特徴とする付記６に記載の光デバイスの製造方法。
【００９０】
（付記８）前記圧力変形部材を除去した後、前記貫通孔内に封止材を充填することを特徴とする付記７に記載の光デバイスの製造方法。
【００９１】
（付記９）前記封止材が導電性であることを特徴とする付記８に記載の光デバイスの製造方法。
【００９２】
（付記１０）基板と、
前記基板の第１の領域上に形成された第１の光導波路と、
前記基板の前記第２の領域に設けられた貫通孔と、
電気光学効果を示す材料により形成され、前記基板の前記第２の領域上に接合されて前記第１の光導波路と光結合する第２の光導波路と、
前記第２の光導波路の下側に形成された下部電極と、
前記第２の光導波路の上側に形成された上部電極と、
前記貫通孔内に充填され、前記基板の上側に突出して前記下部電極と電気的に接続した導電性封止材と
を有することを特徴とする光デバイス。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】図１（ａ）は従来の光スイッチの一例を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＩ−Ｉ線による断面図である。
【図２】図２（ａ）は平面方向の３軸（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｒｚ方向）を示す模式図、図２（ｂ）は高さ方向の３軸（Ｚ方向、Ｒｘ方向、Ｒｙ方向）を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る製造方法により製造された光デバイスを示す断面図である。
【図４】図４は同じくその光デバイスを構成する２つの構成部品（第１の構成部品及び第２の構成部品）を個別に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る光デバイスの製造方法を示す断面図（その１）である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態に係る光デバイスの製造方法を示す断面図（その２）である。
【図７】図７は、本発明の第１の実施形態に係る光デバイスの製造方法を示す断面図（その３）である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施形態に係る光デバイスの製造方法を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る製造方法により製造された光デバイスを示す平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のII−II線による断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、図９（ａ），（ｂ）に示す光デバイスの入射側光偏向素子部の形成方法を示す断面図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｅ）は同じくその光デバイスの入射側光導波路部、コリメート部、共通導波路部、集光部及び出射側光導波路部の形成方法を示す断面図である。
【図１２】図１２（ａ）は光偏向素子部を基板上に搭載するときの光結合方法を示す平面図、図１２（ｂ）は同じくその断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１００，２１１，２２１，３００…基板、
１０１，１０７，３０１，３０７…光導波路部、
１０２，３０２…コリメート部、
１０３，１０５，３０３，３０５…光偏向素子部、
１０３ａ，１０５ａ，３０３ａ，３０５ａ…光偏向素子
１０４，３０４…共通導波路部、
１０６，３０６…集光部、
２１０…第１の構成部品、
２１１ａ，３００ａ…貫通孔、
２１２，２１４，２２２，２２４，３１２，３１４，３２１，３２３…クラッド層、
２１３，２２３、３１３，３２２…コア層、
２１５，２２５…光導波路、
２１５ａ，３２４…溝、
２１６，２２６…位置合わせマーク、
２２０…第２の構成部品、
２３１，３４７…圧力変形部材、
２３２，３０８…光学接着剤、
２３３，３０９…封止材、
２４１，２５２，３４８…ガス圧印加用治具、
２４２…ヒータ、
２４５，３３１…レーザ光源、
２４６，３３２…受光素子、
２４７…制御部、
２４８，２５８ａ〜２５８ｄ…ガス圧調整部、
３０４ａ…反射ミラー、
３１１…基板（上部電極）、
３１５…下部電極、
３３３…サーキュレータ、
３４０…コネクタ、
３４１，３４２，３４３…光ファイバ。
【図１】
2007183350.tif 000003
【図２】
2007183350.tif 000004
【図３】
2007183350.tif 000005
【図４】
2007183350.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2007183350.tif 000009
【図８】
2007183350.tif 000010
【図９】
2007183350.tif 000011
【図１０】
2007183350.tif 000012
【図１１】
2007183350.tif 000013
【図１２】
2007183350.tif 000014