(57)【要約】【課題】基板上に形成された光導波路に異方性エッチングにより当該基板に形成された溝でガイドされる光ファイバケーブルを接続する際に、接続損失を増大させることなく設計の自由度を向上し得る光導波路デバイスを提供する。【解決手段】光導波路デバイス１は、光導波路１２が形成された基板１０の端部に光ファイバケーブル１３とパッシブアライメントするためのＶ溝１１１を、光導波路１２を形成する基板面ＳＦ１の面位置より所定深さｄだけ凹ませたＶ溝形成面ＳＦ２に形成する。【選択図】図１
2007178643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア及びクラッドからなる光導波路が形成された基板の端部に、光ファイバケーブルの端部が嵌合可能なＶ溝が形成されて成る光導波路デバイスにおいて、
前記基板におけるＶ溝形成面を前記光導波路のクラッドと基板との境界面の位置より当該基板の裏面側に所定深さの凹部に形成したことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
前記Ｖ溝形成面の面位置を、前記光導波路のコア位置と前記Ｖ溝に前記光ファイバケーブルを配置したときの当該光ファイバケーブルのコア位置とが同軸をなす位置としたことを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイス。
【請求項３】
前記光導波路及びＶ溝は複数平行に形成されており、
前記Ｖ溝形成面の面位置を、前記Ｖ溝に前記光ケーブルを配置したときの当該光ファイバケーブルのコア位置と前記光導波路のコア位置とが互いに同軸をなし且つ隣接する光ファイバケーブルのクラッド外周面同士が互いに接するか又は近接する位置としたことを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異方性エッチングにより生成される溝部によりガイドされる光ファイバケーブルと接続する光導波路デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、データ通信の高速化に伴い、従来からのメタリックケーブルによる通信に代わって、低損失で広帯域の通信が可能な光通信で行う通信デバイスとして、光導波路デバイスがある。
【０００３】
この光導波路デバイスにおける光導波路同士の接続箇所は、光を導波するコアとの位置や角度ずれによる損失を少なくするため、正確な位置合わせ（アライメント：Alignment）を行うことが重要である。シリコン基板を用いた光導波路デバイスは、フォトリソグラフィーでマスクパターンを形成し、エッチングによりそのマスクパターンに応じて形成されるＶ溝においてパッシブアライメントを行うことで、光導波路同士の接続を精度よく行うことができる。
【０００４】
このシリコン基板へのＶ溝形成は、気相あるいは液相中の腐食性雰囲気の中で加工対象であるシリコンを、結晶方位ごとにエッチング速度が異なることを利用して加工形状を制御できる異方性エッチングで形成する。
【０００５】
このシリコン基板上に異方性エッチングで形成するＶ溝は、シリコンの結晶構造で決められた角度で形成でき、エッチングする幅を変えることによりその幅に応じた深さで形成することができるため、接続する光ファイバケーブルにおけるコアの高さ位置の調整もフォトリソグラフィーによる精度で行うことができる。
【０００６】
例えば、特許文献１には、この異方性エッチングでシリコン基板上に形成したＶ溝で光ファイバケーブルと光導波路とを結合する技術が開示されている。
【特許文献１】特開昭５７−１１９３１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来技術では、光スプリッタなどのシリコン基板上に形成された複数の光導波路に複数の光ファイバケーブルを最小ピッチで並べて接続する場合、Ｖ溝の深さが設定深さより小さくなり、光ファイバケーブルと接続すべき光導波路コアとの高さ位置などについての位置ずれが生じ、接続損失が増大する問題があった。これは、異方性エッチングにより形成されるＶ溝の形状に起因する制約であり、具体的には、光導波路コアの間隔が光ファイバケーブル径であって、各光ファイバケーブルが外周同士で接する場合などに生じていた。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、基板上に形成された光導波路に異方性エッチングにより当該基板に形成された溝でガイドされる光ファイバケーブルを接続する際に、接続損失を増大させることなく設計の自由度を向上し得る光導波路デバイスを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、コア及びクラッドからなる光導波路が形成された基板の端部に、光ファイバケーブルの端部が嵌合可能なＶ溝が形成されて成る光導波路デバイスにおいて、前記基板におけるＶ溝形成面を前記光導波路のクラッドと基板との境界面の位置より当該基板の裏面側に所定深さ凹ませたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記Ｖ溝形成面の面位置を、前記光導波路のコア位置と前記Ｖ溝に前記光ファイバケーブルを配置したときの当該光ファイバケーブルのコア位置とが同軸をなす位置としたことを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光導波路及びＶ溝は複数平行に形成されており、前記Ｖ溝形成面の面位置を、前記Ｖ溝に前記光ファイバケーブルを配置したときの当該光ファイバケーブルのコア位置と前記光導波路のコア位置とが互いに同軸をなし且つ隣接する光ファイバケーブルのクラッド外周面同士が互いに接するか又は近接する位置としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、基板上に形成された光導波路に異方性エッチングにより当該基板に形成された溝でガイドされる光ファイバケーブルを接続する際に、接続損失を増大させることなく設計の自由度を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明するが、この発明はこの実施の形態に限定されない。また、この発明の実施の形態は発明の最も好ましい形態を示すものであり、発明の用語や用途などをこれに限定しない。
【００１４】
図１は、本発明である光導波路デバイス１の外観を示す斜視図であり、図２は、光導波路デバイス１に光ファイバケーブル１３を接続した外観を示す斜視図であり、図３（ａ）は、Ａ−Ａの断面を示す図であり、図３（ｂ）は、Ｂ−Ｂの断面を示す図であり、図４は、Ｖ溝形成領域１１ａ、１１ｂの形成工程を説明する断面概略図であり、図５は、Ｖ溝形成領域１１ａ、１１ｂの形成工程を説明する断面概略図であり、図６は、光導波路１２の形成工程を説明する断面概略図であり、図７は、光導波路１２の形成工程を説明する断面概略図である。
【００１５】
図１、２に示すように、光導波路デバイス１は、基板１０の同一平面上において、一端側（合流側）にパッシブアライメントで複数の光ファイバケーブル１３を固定するＶ溝形成領域１１ａ、同様に他端側（分岐側）に一つの光ファイバケーブル１３を固定するＶ溝形成領域１１ｂ及びこのＶ溝形成領域１１ａとＶ溝形成領域１１ｂとの間で光を導波し分波する光導波路（例えば、光スプリッタ）１２を有する構成である。
【００１６】
基板１０は、単結晶シリコン（Ｓｉ）で形成された板状基板であり、フォトリソグラフィ技術で平面上に形成されたマスクパターンを用いてドライ又はウエットエッチングを行うことで、微細な形状加工が可能な基板である。また、基板１０は、面方位（１００）の基板面ＳＦ１を加工面（図示例ではＺ１方向の面）とすることで、原子密度が高い結晶面（１１１）のエッチング速度が他の結晶面に比べて遅くなることを利用し、例えば、水酸化カリウム（ＫＯＨ）あるいはエチレンジアミンピロカテコール（ＥＤＰ）等による異方性エッチングを可能とする。
【００１７】
Ｖ溝形成領域１１ａ、１１ｂは、図１、２及び図３（ａ）に示すように、基板１０におけるＺ１方向の平面であり基板１０における光導波路１２の形成面と同一の基板面ＳＦ１において、当該基板面ＳＦ１に対する裏面である基板面ＳＦ３方向（Ｚ２方向）に所定深さｄだけ凹ませた位置に、基板面ＳＦ１、ＳＦ３と平行するＶ溝形成面ＳＦ２が形成され、そのＶ溝形成面ＳＦ２において複数のＶ溝１１１が形成される構成である。また、Ｖ溝１１１は、公知の異方性エッチングを用いて形成することで結晶構造に依存する開き角θで形成される溝であり、エッチングに際して設定した溝幅に応じて深さの調整が可能である。
【００１８】
このため、光導波路デバイス１は、基板面ＳＦ１に対して所定深さｄだけ凹ませるＶ溝形成面ＳＦ２にＶ溝１１１を形成することで、Ｖ溝１１１の異方性エッチングによる設計上の制約を所定深さｄの調整で解消することができ、光ファイバケーブル１３と光導波路１２のコア位置を同軸上に形成することができる。例えば、光導波路デバイス１は、図３（ａ）に示すように、複数の光ファイバケーブル１３をその外周面同士が互いに接するか又は近接する位置であってもパッシブアライメントを行うことができる。
【００１９】
光導波路１２は、光透過性を有する高分子樹脂材料等であり、互いに屈折率の異なるコア１２１とクラッド１２２とにより構成されてなる。具体的には、光導波路１２は、図３（ｂ）に示すように、基板１０の基板面ＳＦ１を境界面として積層された下部クラッド層１２２ａ上にコア１２１が形成され、上部クラッド層１２２ｂがそのコア１２１を覆うように積層されている。つまり、コア１２１は、下部クラッド層１２２ａ、上部クラッド層１２２ｂによりクラッド１２２の内部に埋設されている。このため、当該コア１２１の内部において光を全反射させることでコア１２１の延在方向に光を導波する。なお、コア１２１は、Ｙ字状部を備えており、Ｖ溝形成領域１１ｂ側から入力される光を分配してＶ溝形成領域１１ａ側へ出力する（逆に、Ｖ溝形成領域１１ａ側から入力される光を集約してＶ溝形成領域１１ｂ側へ出力する構成であってもよい）。
【００２０】
光ファイバケーブル１３は、石英（ＳｉＯ２）ガラスにゲルマニア（ＧｅＯ２）などをドープしたプリフォームを引き延ばして円筒状に作成される光ファイバ素線である。この円筒状の中心にはコア１３１がクラッド１３２で包むようにして延在される。光ファイバケーブル１３の端部は、Ｖ溝１１１の壁面に接する状態で特に図示しない接着部材により固定される。このため、光ファイバケーブル１３とコア１２１との間の光の導波が接続される。
【００２１】
なお、光ファイバケーブル１３は、多成分ガラスやプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ：Plastic  Optical  Fiber）ケーブルなどであってよく、形状も上述した円筒状であり、中心位置にコアが形成される構成に限定するものではないが、Ｖ溝１１１の壁面に接して固定する際のコア位置が円筒の外径にのみ依存する上記構成が設計上好ましい。
【００２２】
次に、基板１０にＶ溝形成領域１１ａ、１１ｂを形成する工程について説明する。先ず、図４（ａ）に示すように、前述した基板１０の加工面（基板面ＳＦ１）上にマスクＭ１を塗布して形成する。次いで、図４（ｂ）に示すように、マスクＭ１で覆う部分以外の面に対してはドライエッチング又はウエットエッチングを施して基板面ＳＦ３（裏面）方向に凹ませ、マスクＭ１を除去する。なお、このエッチングについては、エッチングによる面の形成位置の微細な制御が可能なドライエッチングが好ましい。上述した工程により、Ｖ溝形成領域１１ａ、１１ｂのＶ溝形成面ＳＦ２は、図４（ｃ）に示すように、基板１０の加工面に対してエッチングに応じた所定深さｄに凹ませて形成することができる。
【００２３】
次いで、図５（ａ）に示すように、前述したエッチングにより所定深さｄに凹ませたＶ溝形成面ＳＦ２にシリコン窒化膜Ｍ２を蒸着形成する。次いで、図５（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜Ｍ２上においてリソグラフィーによりＶ溝１１１となる部分のシリコン窒化膜Ｍ２を除去するように感光樹脂Ｍ３を塗布する。次いで、図５（ｃ）に示すように、感光樹脂Ｍ３をマスクにして対応するシリコン窒化膜Ｍ２を除去し、Ｖ溝１１１を形成するためのマスク部分となるシリコン窒化膜Ｍ２を残して感光樹脂Ｍ３を除去する。次いで、この状態の基板に対して、所定の温度と濃度に設定した水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液中に所定時間浸す異方性ウエットエッチングにより、マスク部分となるシリコン窒化膜Ｍ２に応じた溝幅であり、結晶構造に由来する開き角θのＶ溝１１１を形成させる。
【００２４】
次に、光導波路１２を形成する工程について説明する。先ず、図６（ａ）に示すように、基板１０上の光導波路１２を形成すべき位置に基板面ＳＦ１を境界面として下部クラッド層１２２ａを形成する。下部クラッド層１２２ａは、例えばフッ素化ポリイミドなどの光透過性を有する透明樹脂から構成されている。このフッ素化ポリイミドの下部クラッド層１２２ａは、例えば、ポリアミド酸などの層を基板１０上にスピンコート法などで形成した後、加熱処理することでイミド化させることで形成する。このイミド化した塗膜は溶剤に不溶となるため、塗り重ねが可能である。なお、光透過性を有する透明樹脂としては、フッ素化ポリイミドの他に、エキポシ系樹脂、シリコン樹脂又はアクリル系樹脂（例えばポリメタクリル酸メチル：ＰＭＭＡ）などであってもよい。
【００２５】
次いで、図６（ｂ）に示すように、下部クラッド層１２２ａ上に当該下部クラッド層１２２ａより屈折率の高いコア層１２１ａを形成する。コア層１２１ａは、前述した下部クラッド層１２２ａの物質に他の物質をドープさせて屈折率を調整したものでもよいが、フッ素化ポリイミドなどではフッ素化率を変化させたものを下部クラッド層１２２ａと同様にスピンコート法などにより形成する。
【００２６】
次いで、図６（ｃ）に示すように、エッチングの際にコアパターンを形成するためのマスクＭ４をフォトリソグラフィ技術により形成して、パターニングする。マスクＭ４の材料としては、Ｓｉ含有レジスト、金属、ガラスなどの蒸着膜、ＳＯＧ（Spin  On  Glass）などを用いることができる。
【００２７】
次いで、図７（ａ）に示すように、下部クラッド層１２２ａが露出するまでドライエッチング又はウエットエッチングを行い、図７（ｂ）に示すように、残留したマスクＭ４を除去する。
【００２８】
次いで、図７（ｃ）に示すように、コア１２１を覆うように上部クラッド層１２２ｂをスピンコート法などにより形成する。上部クラッド層１２２ｂは、下部クラッド層１２２ａと同じ屈折率になるように成分調整され、例えば、フッ素化ポリイミドの場合はポリアミド酸の層を形成した後、加熱処理され、ポリアミド酸がイミド化されることで、コア１２１を下部クラッド層１２２ａと上部クラッド層１２２ｂとで埋設する光導波路１２を形成する。
【００２９】
以上のように、光導波路デバイス１は、光導波路１２が形成された基板１０の端部に光ファイバケーブル１３とパッシブアライメントするためのＶ溝１１１を、光導波路１２を形成する基板面ＳＦ１の面位置より所定深さｄだけ凹ませたＶ溝形成面ＳＦ２に形成する構成である。
【００３０】
このため、光導波路デバイス１は、Ｖ溝１１１を異方性エッチングなどで形成する場合であっても、接続損失を増大させることなく設計の自由度を向上させることができる。
【００３１】
なお、本実施の形態における記述は、本発明の一例を示すものであり、これに限定しない。本発明における光導波路デバイス１の細部構成に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
【００３２】
例えば、本実施の形態では、１つの光ファイバケーブル１３から入力される光を分配して複数の光ファイバケーブル１３に出力する光スプリッタを例示したが、例えば、径の異なる複数の光ファイバケーブル１３同士を並列に接続する光コネクタなどであってよい。
【００３３】
また、光導波路１２の形成については、直接露光法やフォトブリーチング法（屈折率変化法）であってもよく、特に上述した方法に限定しない。また、光導波路１２は、上述した実施の形態で例示した埋め込み型以外に、リッジ型やスラブ型などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明である光導波路デバイス１の外観を示す斜視図である。
【図２】光導波路デバイス１に光ファイバケーブル１３を接続した外観を示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、図２のＡ−Ａの断面を示す断面図であり、（ｂ）は、図２のＢ−Ｂの断面を示す断面図である。
【図４】Ｖ溝形成領域１１ａ、１１ｂの形成工程を説明する断面概略図である。
【図５】Ｖ溝形成領域１１ａ、１１ｂの形成工程を説明する断面概略図である。
【図６】光導波路１２の形成工程を説明する断面概略図である。
【図７】光導波路１２の形成工程を説明する断面概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  光導波路デバイス
１０  基板
１１ａ、１１ｂ  Ｖ溝形成領域
１２  光導波路
１３  光ファイバケーブル
１１１  Ｖ溝
１２１、１３１  コア
１２１ａ  コア層
１２２、１３２  クラッド
１２２ａ  下部クラッド層
１２２ｂ  上部クラッド層
ｄ  所定深さ
Ｍ１、Ｍ４  マスク
Ｍ２  シリコン窒化膜
Ｍ３  感光樹脂
ＳＦ１  基板面
ＳＦ２  Ｖ溝形成面
ＳＦ３  基板面
θ  開き角
【図１】
2007178643.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６】
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【図７】
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