(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面状の基板と、
前記基板の一方の面に積層され、光回路を含むパターン層と、
を備える光導波路チップであって、
前記光回路の光の入出力の少なくとも一部は、チップ端面まで前記パターン層に形成された光入出力導波回路の端部で行われ、
前記パターン層は、
前記基板面上の下部クラッド膜と、
前記光回路が前記下部クラッド膜上に平面状に形成されたコア膜と、
前記コア膜上及び前記下部クラッド膜の前記コア膜が形成されていない部分の上に形成される上部クラッド膜と、
チップ端面まで形成される前記光入出力導波回路に含まれる導波路の両側に存在するように配置される、前記上部クラッド膜側からの溝と、
を有することを特徴とする光導波回路チップ。
【請求項２】
前記溝は、前記パターン層の前記光入出力導波回路の端部を含む前記チップ端面から離れていることを特徴とする請求項１に記載の光導波回路チップ。
【請求項３】
前記溝は、前記基板に達する深さであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波回路チップ。
【請求項４】
前記上部クラッド膜の表面の高さまで前記溝に充填され、前記基板と略等しい熱膨張率に調整された樹脂をさらに備えることを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの光導波回路チップ。
【請求項５】
一方の面に前記溝の間隔で突起を有しており、前記突起を前記溝に嵌合させ、一の側面が前記パターン層の前記光入出力導波回路の端部を含む前記チップ端面と同一平面にあるように前記パターン層の縁に配置される補強板をさらに備えることを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの光導波回路チップ。
【請求項６】
前記溝は、前記チップ端面近傍の前記光入出力導波回路から２５μｍ以上離れて形成され、
前記溝の深さは、前記基板が露出する深さから、前記深さの６分の５までの深さであり、
前記溝の長さは、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波回路チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いる光導波回路チップに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの急速な普及に伴い、通信ネットワークを流通するデータ量が爆発的に増大している。これに対応して、通信容量を拡大するため、複数の光波長を用いる波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉ／Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）通信システムの実用化が進んでいる。初期は数波レベルの波長多重であったが、現在では８０波以上の高密度波長多重方式が商用化されるようになってきた。
【０００３】
このようなＷＤＭシステムでは、多数の波長を取り扱うため、波長合分波器、光空間スイッチ等の各種光機能部品の多チャンネル化が進んでいる。なかでも石英系光導波回路モジュールは、低損失で、微細加工技術により高密度、高精度に作製でき、また、生産性が高く低価格で作製できるため、さまざまな多チャンネル向け光機能部品に用いられている。
【０００４】
図２２に一例として、光機能部品の主要構成要素である１×８スプリッタ機能を有する光導波回路モジュールの構成例を示す。このようなモジュールは、一般に光導波回路チップに光ファイバアレイ部品を付き合わせて光学的に接続した後、接着剤で固着一体化させて作製する。
【０００５】
光導波回路チップは通常、次のように製造される。例えばＳｉ基板上に火炎堆積法（例えば、特許文献１を参照。）によってクラッド用の石英系ガラス微粒子とコア用の石英系ガラス微粒子とを順次所望の厚みに積層した後、全体に加熱処理を施し、各層の石英系ガラス微粒子を焼結して、石英系ガラスの下部クラッド膜とコア膜を形成する。次にコア膜にフォトリソグラフィー及びドライエッチング法を利用して所望の光回路のパターンを形成する。そして、再び、火炎堆積法によって下部クラッド膜の露出面にクラッド用石英系ガラス微粒子を堆積すると共に導波路パターンをクラッド用石英系ガラス微粒子中に埋設させた後、全体に加熱処理を施すことにより、クラッド用石英系ガラス微粒子を焼結させ、石英系ガラスの上部クラッド膜を形成する。
【０００６】
通常、火炎堆積法でクラッド膜及びコア膜を形成する場合、その石英系ガラスの融点近傍の温度（例えば約１０００℃〜１３００℃）に加熱したのち、室温まで冷却する。Ｓｉ基板の熱膨張係数は１０−６オーダーの値であり、他方、石英系ガラスの熱膨張係数は１０−７オーダーの値であり、両者の値は大きく異なっているため、焼結後の冷却過程では、Ｓｉ基板の方が石英系ガラスよりも相対的に大きく収縮する。その結果、Ｓｉ基板に残留応力が発生し、基板の上面に凸形状の反りが発生する。
【０００７】
その後、基板をチップ状に切り出した後の光導波回路チップにも上記の反りが残留するため、光導波回路チップと光ファイバアレイ部品を接続する際に以下のような問題が生じる。すなわち、光導波回路チップのチップ端面に露出している導波路の端部は光導波回路チップの反りのため直線状に並ばないことになる。一方、光ファイバアレイ部品の光ファイバの軸心は直線上に配列されている。このため、互いの光軸がずれて接続損失が増加するチャンネルが多数発生することになる。特に、近年の光導波回路チップの高機能化、高性能化に伴う多チャンネル化の進展により、従来の８チャンネル程度の小規模な光導波回路チップでは問題とされなかった光導波回路チップの反りによる接続損失を低減することが求められている。
【特許文献１】特開昭５８−１０５１１１号公報
【特許文献２】特開平７−２７９３３号公報
【特許文献３】特開２０００−１４７３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光導波回路チップの反りによる接続損失を解消する手段として、導波路パターン以外の箇所の石英系クラッド層を基板上から除去することが知られている（例えば、特許文献２を参照。）。図２３は、特許文献２に記載される光導波回路チップを示している。図２３（ａ）はチップの上面図を示したもので、図２３（ｂ）は図２３（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図を示したものである。図２３の光導波回路チップは、導波路パターン以外の箇所の石英系クラッド層を基板上から除去することで光導波回路チップの反りを解消している。
【０００９】
通常、光ファイバアレイ部品と光導波回路チップを接続する際には光導波回路チップ上に厚さ調整用の補強板を張りつけ、接続面の厚さを光ファイバアレイ部品の厚さと概ね一致させることによって、接着強度を向上させている。しかしながら、特許文献２に示された光導波回路チップでは導波路周辺部分の約７０μｍ幅しか石英系ガラスが残っていないため、光導波回路チップの切り出しの際や光導波回路チップ上に厚さ調整用補強板を貼る際に導波路部や導波路端面に割れや欠けが生じやすく、機械的強度に課題があった。
【００１０】
光導波回路チップの反りによる接続損失を解消する他の手段として、強制的に反りを矯正しながら、補強板を貼り付けることが知られている（例えば、特許文献３を参照。）。図２４は、特許文献３に記載される光導波回路モジュールの概略図を示している。この発明では光導波回路チップを真空チャック上に載置し、真空吸着を行い、光導波回路チップの反りを矯正した状態で、光導波回路チップの上面全体に補強板９０５を貼りつけ、固定することによって、光導波回路チップの反りを抑制している。
【００１１】
しかしながら、光導波路上にλ／２波長板を挿入する必要がある光回路、あるいは光導波路上に電気配線を形成しチップ上面から電気配線に給電を行う光回路等では、この方法で光導波回路チップの反りを矯正することはできない。また、真空吸着によって強制的に反りを抑制しているため、光回路に応力が加わり光回路の透過波長帯域や偏波依存性等の光学特性に影響が出やすいという課題がある。
【００１２】
そこで、係る課題を解決するため、本発明は、基板とパターン層の熱膨張係数の差による反りのうち、光回路の部分の反りを残して光回路の光学特性を維持しつつ、チップ端面付近での反りを抑制でき、チップ端面の機械的強度の高い光導波回路チップの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明に係る光導波回路チップは、入出力導波回路の導波路に沿うように上部クラッド膜から基板に向けて溝が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
具体的には、本発明に係る光導波回路チップは、平面状の基板と、前記基板の一方の面に積層され、光回路を含むパターン層と、を備える光導波路チップであって、前記光回路の光の入出力の少なくとも一部は、チップ端面まで前記パターン層に形成された光入出力導波回路の端部で行われ、前記パターン層は、前記基板面上の下部クラッド膜と、前記光回路が前記下部クラッド膜上に平面状に形成されたコア膜と、前記コア膜上及び前記下部クラッド膜の前記コア膜が形成されていない部分の上に形成される上部クラッド膜と、チップ端面まで形成される前記光入出力導波回路に含まれる導波路の両側に存在するように配置される、前記上部クラッド膜側からの溝と、を有することを特徴とする。
【００１５】
光導波回路チップのチップ端面近傍に配置された光入出力導波回路の導波路と導波路の間に溝を設けることにより、基板とパターン層の熱膨張係数の差により焼結過程で発生した残留応力を溝で解放させ、チップ端面近傍の基板の反りを抑制することができる。また、溝の形成であるため、チップ端面の機械的強度を保つことができ、光導波回路チップの切り出しの際や光導波回路チップ上に厚さ調整用補強板を貼る際に導波路部や導波路端面に割れや欠けが生じ難い。一方、光回路の部分は基板がクラッドで覆われたままであり、残留応力は保持され、光回路にかかる応力の変動も少ない。
【００１６】
従って、本発明は、基板とパターン層の熱膨張係数の差による反りのうち、光回路の部分の反りを残して光回路の光学特性を維持しつつ、チップ端面の反りを抑制でき、チップ端面の機械的強度の高い光導波回路チップの提供をすることができる。
【００１７】
さらに、光ファイバアレイ部品との接続強度が高く、光回路への応力変動が少ないため、長期に渡って、軸ずれのほとんどない低損失で安定な光導波回路モジュールを実現することができる。
【００１８】
本発明に係る光導波回路チップの前記溝は、前記パターン層の前記光入出力導波回路の端部を含む前記チップ端面から離れていることを特徴とする。溝が光導波回路チップ端面よりも内側に形成されているため、機械的強度がさらに高まり、基板から切り出す際にチップ端面のチッピングによる割れや欠けの発生を防ぐことができる。
【００１９】
本発明に係る光導波回路チップの前記溝は、前記基板に達する深さであることを特徴とする。反り量を最も低減することができる。
【００２０】
本発明に係る光導波回路チップの前記上部クラッド膜の表面の高さまで前記溝に充填され、前記基板と略等しい熱膨張率に調整された樹脂をさらに備えることを特徴とする。溝に樹脂を充填することにより、厚さ調整用基板と光導波回路チップを貼り合わせる際に接着面積が広くなり、接着強度が上昇する。このため、長期信頼性に優れた光導波路チップが得られる。
【００２１】
本発明に係る光導波回路チップは、一方の面に前記溝の間隔で突起を有しており、前記突起を前記溝に嵌合させ、一の側面が前記パターン層の前記光入出力導波回路の端部を含む前記チップ端面と同一平面にあるように前記パターン層の縁に配置される補強板をさらに備えることを特徴とする。光導波回路チップと厚さ調整用補強板を貼り合わせる際に、接着剤中に混入する微小な気泡を低減させることができ、接着強度が増し、長期信頼性に優れた光導波路チップを実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、基板とパターン層の熱膨張係数の差による反りのうち、光回路の部分の反りを残して光回路の光学特性を維持しつつ、チップ端面の反りを抑制でき、チップ端面の機械的強度の高い光導波回路チップを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
【００２４】
以下の実施例では基板としてシリコンを、導波路材料として石英系ガラス材料を、厚さ調整用補強板としてホウケイ酸ガラスを用いているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、例えば、基板として石英基板、セラミックス基板、半導体基板、有機材料基板など、また導波路材料としてはセラミックス材料、半導体材料、有機材料なども適用できる。また、以下の実施例では光導波路の作製法として火炎堆積法を用いているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、スパッタ法、気相法（ＣＶＤ法）、あるいはゾルゲル法といった各種の方法を用いることができる。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本実施形態の光導波回路チップ１に１６チャンネル波長無依存カプラ（１６ｃｈ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｉｎｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｒ、以下、１６ｃｈ−ＷＩＮＣと略す。）を適応した場合の光導波回路モジュール３０１の外観図である。光導波回路モジュール３０１は、光導波回路チップ１、テープ状光ファイバ芯線２、溝付き基板３、押え蓋４、光ファイバアレイ部品５、厚さ調整用補強板６を含む。また、図１において、１ａは光導波回路チップ１のチップ端面を示す。
【００２６】
図２は、本実施形態の光導波回路チップ１の一例である光導波回路チップ１−１の上面図である。図３は図２の光導波回路チップ１−１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図４は図２の光導波回路チップ１−１のＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。図５は図２の光導波回路チップ１−１のＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。図６は図２の光導波回路チップ１−１のＤ−Ｄ’線に沿う断面図である。
【００２７】
光導波回路チップ１−１は、平面状の基板１３と、基板１３の一方の面に積層され、光回路１０１及び光回路１０１とチップ端面１ａとを接続して光回路１０１の光の入出力をチップ端面１ａにある端部で行う光入出力導波回路１１１を含むパターン層２５と、を備え、パターン層２５は、基板１３面上の下部クラッド膜１４ａと、光回路１０１が下部クラッド膜１４ａ上に平面状に形成されたコア膜１５と、コア膜１５上及び下部クラッド膜１４ａのコア膜１５が形成されていない部分の上に形成される上部クラッド膜１４ｂと、光入出力導波回路１１１に含まれる導波路の両側に存在するように配置される、上部クラッド膜１４ｂ側からの溝１６と、を有する。
【００２８】
基板１３は厚さ１ｍｍのＳｉ基板である。なお、図２において基板１３は上部クラッド膜１４ｂに隠れて見えないため記載していない。下部クラッド膜１４ａの厚さは３０［μｍ］、上部クラッド膜１４ｂの厚さは３０［μｍ］である。コア膜１５はパターン化され下部クラッド膜１４ａ及び上部クラッド膜１４ｂに囲まれて光導波路のコアとして機能する。パターン化されたコア膜１５の断面の大きさは、７［μｍ］×７［μｍ］である。コア膜１５の下部クラッド膜１４ａ及び上部クラッド膜１４ｂとの比屈折率差は０．７５［％］である。
【００２９】
光導波回路チップ１−１の光回路１０１は、結合率が異なる光方向性結合器１１ａ及び光方向性結合器１１ｂを２本の導波路１２ａ及び導波路１２ｂで接続する構成を持つ１組のＷＩＮＣ回路である。光導波回路チップ１−１は前記ＷＩＮＣ回路を５００μｍ間隔で１６組並列に並べた１６ｃｈ−ＷＩＮＣチップである。導波路１２ａを石英ガラス中における１／４波長（λ＝１．５５［μｍ］）に相当する約０．２５［μｍ］だけ導波路１２ｂよりも長く設計することにより、分岐比の波長無依存化を実現している。
【００３０】
溝１６は、光入出力導波回路１１１を構成する導波路１２１の間に形成される。溝１６は、チップ端面１ａから長さ５［ｍｍ］、深さは基板１３が露出する深さ、即ち６０［μｍ］の溝である。溝１６は、導波路よりも外側まで広がっている光パワーの閉じ込め領域のクラッドを残し、伝搬する光の電磁界分布に影響を与えないよう溝幅を２２０［μｍ］に設定した。
【００３１】
光導波回路チップ１−１は、次のように作製した。まず、背景技術で説明した公知の作製方法で、基板１３上に上部クラッド膜１４ｂまでを形成する。次に、溝１６をフォトリソグラフィーとドライエッチング法を利用して、光入出力導波回路１１１の導波路１２１間のみに形成する。なお、本実施例及び以降の実施例では、溝の形成にフォトリソグラフィーとドライエッチング法を用いているが、これに何ら限定されるものではなく、例えばサンドブラスト法、ダイシング法といった各種の方法を用いることが可能である。
【００３２】
チップ端面１ａ付近における上面方向への反りを触針式表面形状測定器で測定した。反りを曲率半径で表した場合、溝１６の形成前には曲率半径３［ｍ］であったが、溝１６の形成後は曲率半径１０［ｍ］となった。これは、溝１６の形成で反りが極めて小さくなったことを示している。また、溝１６の形成により、チップ端面１ａに露出している光入出力導波回路１１１の端部についても基板１３の厚み方向への位置ズレが小さくなった。具体的には、チップ端面１ａの導波路１２１のうち両端にある導波路１２１の中心位置とチップ端面１ａの導波路１２１のうち中央にある導波路１２１の中心位置との基板１３の厚み方向への差が、溝１６の形成前は１．５［μｍ］であったが、溝１６の形成後は０．４［μｍ］まで減少した。
【００３３】
さらに、光導波回路チップ１に図１で示す厚さ調整用補強板６を紫外線硬化型接着剤で貼り付け固定した後、光導波回路チップ１のチップ端面１ａの光学斜め研磨を行った。最後に、光導波回路チップ１と光ファイバアレイ部品５の接続を行った。接続する際は、入力側から光を入射した状態で行い、出力側の光ファイバから出射される光量をモニタしながら、光ファイバアレイ部品５を調芯し、光量が最大となる位置に接着剤で固定した。このように作製した光導波回路モジュール３０１の各ポートの接続損失はほぼ０．５ｄＢと低損失でかつ均一であり、接続損失のばらつきは０．１ｄＢ以下と良好な値であった。
【００３４】
本実施例に示したように、導波路１２１間に溝１６を形成することにより、チップ端面１ａ近傍の反りを緩和できる。溝１６を他の光回路を有する光導波回路チップに形成するためには、反り量についてさらに詳しく確認する必要がある。そこで、新たに反り評価用模擬チップを作製し、溝の長さまたは深さを変えた場合の光導波回路チップの反り量を詳細に明らかにした。
【００３５】
図７は、反り評価用模擬チップ２０１の上面図である。図８及び図９は、図７の反り評価用模擬チップ２０１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。反り評価用模擬チップ２０１の下部クラッド膜１４ａ、上部クラッド膜１４ｂ、コア膜１５の厚さは図２で説明した光導波回路チップ１−１と同様である。反り評価用模擬チップ２０１で溝１６の長さＬと溝１６の深さＨにより反り評価用模擬チップ２０１のチップ端面２０１ａ近傍の反り量がどのように変化するかを評価した。
【００３６】
反り評価用模擬チップ２０１のチップサイズは幅１２［ｍｍ］、長さ３０［ｍｍ］とした。反り評価用模擬チップ２０１の光回路及び光入出力導波回路は簡略のため直線導波路１７としている。直線導波路１７は、一方のチップ端面２０１ａから他方のチップ端面２０１ａへ直線状に貫通している。反り評価用模擬チップ２０１には、直線導波路１７を２５０［μｍ］間隔で３２本並べてある。
【００３７】
また、チップ端面２０１ａ近傍の直線導波路１７の間に溝１６を各々設けてある。溝１６の幅は２００［μｍ］である。溝１６の深さＨが５０［μｍ］と６０［μｍ］の２種類の反り評価用模擬チップ２０１を作製した。図８は溝１６の深さＨが６０［μｍ］の場合の断面図である。図９は溝の深さＨが５０［μｍ］の場合の断面図である。
【００３８】
さらに、溝１６の長さＬが０、０．５、１、２、５、１５［ｍｍ］である６種類の反り評価用模擬チップ２０１を作製した。なお、溝１６の長さＬが１５［ｍｍ］の場合、一方のチップ端面２０１ａから他方のチップ端面２０１ａまで溝１６が形成されている。その他の概略構成、作製手順は光導波回路チップ１と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００３９】
反り評価用模擬チップ２０１のチップ端面２０１ａ付近における反りの測定を行った。反り量は触針式表面形状測定器により行い、チップ端面２０１ａから０．５［ｍｍ］内側の反り評価用模擬チップ２０１の表面を基板１３の厚み方向に測定した。走査距離は反り評価用模擬チップ２０１の幅方向に９［ｍｍ］とした。
【００４０】
図１０は反り評価用模擬チップ２０１の反り量と溝１６の長さＬの関係を示す測定結果である。（ａ−１）は溝１６の深さＨが５０［μｍ］、（ａ−２）は溝１６の深さＨが６０［μｍ］の場合を示す。反り評価用模擬チップ２０１の反り量は溝形成前には３．５［μｍ］であったが、長さＬが長いほど反り量は小さくなり、Ｌ＝１５［ｍｍ］の場合、チップ端面の反りはほぼゼロとなった。また、深さＨが５０［μｍ］の場合でも充分な反り低減効果を得られることがわかった。例えば、長さＬ＝５［ｍｍ］の場合、反り量は１．５［μｍ］となり、２５０［μｍ］間隔の３２芯ファイバアレイ部品と接続した際の接続損失のばらつきは０．２［ｄＢ］以下と良好な値であった。
【００４１】
図１１は反り評価用模擬チップ２０１の反り量と溝１６の深さＨの関係を示す測定結果である。（ｂ−１）は溝１６の長さＬが１５［ｍｍ］、（ｂ−２）は溝１６の長さＬが５［ｍｍ］の場合を示す。両者とも溝１６の深さＨが増えるにつれ、反り量が直線的に低減する。溝１６の深さがパターン層２５の厚みと等しいとき、反り量は最も低減する。
【００４２】
図１０及び図１１から明らかなように、溝１６の長さＬと溝１６の深さＨとを組み合わせることにより、光導波回路チップの光回路の種類に関わらず、反り量の抑制が可能であり、光導波回路チップとファイバアレイ部品等との接続損失ばらつきを許容できる量まで抑制できる。このことから、本発明に係る光導波路回路チップは設計の自由度が高く、光導波路上にλ／２波長板を挿入する必要がある光回路、あるいは光導波路上に電気配線を形成しチップ上面から電気配線に給電を行う光回路等でも、光導波回路チップの反りを矯正することができる。
【００４３】
以下に説明する実施形態の光導波回路チップにおいて、特に記載した以外は光導波回路チップ１−１と同じであるため、チップ及びモジュールの構成や作製手順の詳細な説明は省略する。
【００４４】
（実施の形態２）
図１２は、本実施形態の光導波回路チップ１の他の例である光導波回路チップ１−２の上面図である。光導波回路チップ１−２の光回路１０２は図２の光導波回路チップ１−１と同様に１６ｃｈ−ＷＩＮＣチップである。光導波回路チップ１−２の溝１６は、パターン層２５の光入出力導波回路１１１の端部を含むチップ端面１ａから離れていることを特徴とする。溝１６は、光導波回路チップ１−２のチップ端面１ａから１［ｍｍ］内側の位置から形成されている。
【００４５】
光導波回路チップ１−２のチップ端面１ａ付近における反りの測定を行った。反りを曲率半径で表した場合、溝１６の形成後の反りは、曲率半径７［ｍ］となった。具体的には、チップ端面１ａの導波路１２１のうち両端にある導波路１２１の中心位置とチップ端面１ａの導波路１２１のうち中央にある導波路１２１の中心位置との基板１３の厚み方向への差が、０．９［μｍ］と小さくなった。図１のように光ファイバアレイ部品５を接続した光導波回路モジュールでの損失評価を行った。光導波回路モジュールの各ポートの接続損失のばらつきも０．４［ｄＢ］以下と小さく良好であった。
【００４６】
各々の溝１６がチップ端面よりも内側に形成されているため機械的強度が高まり、光導波回路チップ１−２をダイシングソーで切り出す際にチップ端面１ａのチッピングによる割れや欠けの発生を防ぐことができる。また、チップ端面１ａのチッピングによる割れを防止するためにチップ端面１ａ近傍を保護する必要もないため、溝１６を保護する工程が不要で製造時間を短縮することができる。
【００４７】
本実施例に示したように、溝１６をチップ端面よりも内側に形成したことにより、切断時の作業性やチップ取り扱い性が容易となり、実用上十分な程度までチップ端面近傍の反りが低減でき、接続損失およびそれらのばらつきも抑えることができた。
【００４８】
（実施の形態３）
図１３は、本実施形態の光導波回路チップ１の他の例である光導波回路チップ１−３の上面図である。光導波回路チップ１−３の光回路１０３は図２の光導波回路チップ１−１と同様に１６ｃｈ−ＷＩＮＣチップである。光導波回路チップ１−３と光導波回路チップ１−１との違いは、光導波回路チップ１−３において一方の光入出力導波回路１１１の導波路１２１がチップ端面１ａまで到達しておらず、光入出力導波回路１１１の導波路１２１の終端がそれぞれ光学素子２３に接続している点である。
【００４９】
光学素子２３は、例えば、受光素子、発光素子又は光路変換素子である。受光素子は、例えば、フォトダイオードである。発光素子は、例えば、レーザーダイオードである。光路変換素子は、例えば、ミラーである。光学素子２３が受光素子の場合、光導波回路チップ１−３は、光入出力導波回路１１１から入力され、光回路１０３及び光入出力導波回路１１３を伝搬した光を光学素子２３で受光することができる。光学素子２３が発光素子の場合、光導波回路チップ１−３は、光学素子２３から出力され、光入出力導波回路１１３、光回路１０３及び光入出力導波回路１１１を伝搬した光をチップ端面１ａから出力することができる。光学素子２３が光路変換素子の場合、光導波回路チップ１−３は、光入出力導波回路１１１から入力され、光回路１０３及び光入出力導波回路１１３を伝搬した光の光軸を光学素子２３で方向変換し、上部クラッド膜１４ｂの表面に垂直に出力することができる。
【００５０】
光導波回路チップ１−３は、図２の光導波回路チップ１−１と同様に光入出力導波回路１１１側のチップ端面１ａ付近の反りを抑制することができる。一方、光入出力導波回路１１３側のチップ端面１ａには光ファイバアレイ部品を接続しないため、チップ端面１ａ付近の反りを抑制する必要がなく、溝１６は形成されていない。
【００５１】
（実施の形態４）
図１４は、本実施形態の光導波回路チップ１の他の例である光導波回路チップ１−４の上面図である。光導波回路チップ１−４の光回路１０４は１×３２光スプリッタである。また、光回路１０４の両側に光入出力導波回路１１４−１と光入出力導波回路１１４−２が接続されている。光入出力導波回路１１４−１は１本の導波路１３１で構成される。光入出力導波回路１１４−２は３２本の導波路１２１で構成される。光導波回路チップ１−４の溝は、長さの異なる溝１６ａおよび溝１６ｂで構成され、出力側のみに設けられている。
【００５２】
溝１６ａ及び溝１６ｂは、図２で説明した光導波回路チップ１−１の溝１６と同様の幅及び深さである。溝１６ａ及び溝１６ｂは、光入出力導波回路１１４−２の導波路１２１と導波路１２１との間に形成される。また、溝１６ａおよび１６ｂは、光導波回路チップ１−４の出力側のチップ端面１ａに交互に形成される。溝１６ａは５段目のＹ分岐からチップ端面１ａ側までであり、その長さＬは２．５［ｍｍ］である。溝１６ｂは４段目のＹ分岐からチップ端面１ａ側までであり、その長さＬは６［ｍｍ］である。入力側の導波路１３１は１本であり、反りの影響による接続損失の増大は小さく、入力側には溝は設けていない。
【００５３】
光導波回路チップ１−４のチップ端面１ａ付近における反りの測定を行った。反りを曲率半径で表した場合、溝１６の形成後の反りは、曲率半径１０［ｍ］となった。具体的には、チップ端面１ａの導波路１２１のうち両端にある導波路１２１の中心位置とチップ端面１ａの導波路１２１のうち中央にある導波路１２１の中心位置との基板１３の厚み方向への差が、０．４［μｍ］となった。図１のように光ファイバアレイ部品５を接続した光導波回路モジュール（１×３２光スプリッタモジュール）での損失評価を行った。光導波回路モジュールの各ポートの接続損失のばらつきも０．１［ｄＢ］以下と小さくなった。
【００５４】
本実施例に示したように、溝１６の長さＬが一定でない複数の種類の溝を組み合わせる場合でもチップ端面１ａの反りは減少する。このため、光導波回路チップの設計上、光入出力導波回路の直線部分を長くすることができない場合でも、光入出力導波回路より長い溝を形成することができる。これは、光導波回路チップの光回路の種類に関わらず反り量を抑制でき、光導波路回路チップの設計の自由度が向上する。
【００５５】
（実施の形態５）
図１５は、本実施形態の光導波回路チップ１の他の例である光導波回路チップ１−５の上面図である。光導波回路チップ１−５の光回路１０５は、周波数間隔１００ＧＨｚの波長分割機能を有する１×３２チャンネルのアレイ導波路格子（Ａｒｒａｙｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｇｒａｔｉｎｇ、以下、ＡＷＧと略す）である。ＡＷＧは入力側導波路１本、出力側導波路３２本で構成されている。また、光回路１０５の両側に光入出力導波回路１１５−１と光入出力導波回路１１５−２が接続されている。光入出力導波回路１１５−１は１本の導波路１３１で構成される。光入出力導波回路１１５−２は３２本の導波路１２１で構成される。
【００５６】
溝１６は、光入出力導波回路１１５−２の導波路１２１と導波路１２１との間に形成される。出力側導波路間隔は２５０［μｍ］である。溝１６は光導波回路チップ１−５の出力側のチップ端面１ａから形成し、長さＬは５［ｍｍ］とした。入力側の導波路１３１は１本であり、反りの影響による接続損失の増大は小さく、入力側には溝は設けていない。
【００５７】
偏波依存性を解消するため、光導波回路チップ１−５を切り出した後、アレイ導波路中央部に切り込みを入れてλ／２波長板１８を挿入した。
【００５８】
光導波回路チップ１−５のチップ端面１ａ付近における反りの測定を行った。反りを曲率半径で表した場合、溝１６の形成後の反りは、曲率半径１０［ｍ］となった。具体的には、チップ端面１ａの導波路１２１のうち両端にある導波路１２１の中心位置とチップ端面１ａの導波路１２１のうち中央にある導波路１２１の中心位置との基板１３の厚み方向への差が、０．４［μｍ］と小さくなった。図１のように光ファイバアレイ部品５を接続した光導波回路モジュール（ＡＷＧモジュール）での損失評価を行った。光導波回路モジュールの各ポートにおける接続損失のばらつきも０．１［ｄＢ］以下と小さくなった。
【００５９】
一般にＡＷＧが含まれる光回路に加わっている応力が変化することによりＰＤＬ及びＰＤλ等の特性が変化する。ここで、ＰＤＬとは、ＴＥ光を入力する場合、またはＴＭ光を入力する場合の光出射パワーの損失差である。ＰＤλとは、ＴＥ光を入力する場合、またはＴＭ光を入力する場合の光出射パワーのピーク波長の差である。光回路１０５において溝１６の有無でＰＤＬ及びＰＤλの変化が見られなかった。これにより、溝１６の形成で光回路１０５にかかる応力が変化しなかったことを意味する。
【００６０】
（実施の形態６）
図１６は、本実施形態の光導波回路チップ１の他の例である光導波回路チップ１−６の上面図である。光導波回路チップ１−６の光回路１０６は、周波数間隔１００ＧＨｚで１×３２チャンネルの波長分割機能／多重化機能をそれぞれ同時に且つ独立に実現するため、１×３２ＤＥＭＵＸタイプおよび３２×１ＭＵＸタイプの２個のＡＷＧを組み合わせて構成されている。また、光回路１０６の両側に光入出力導波回路１１６−１と光入出力導波回路１１６−２が接続されている。光入出力導波回路１１６−１及び光入出力導波回路１１６−２は１本の導波路１３１と３２本の導波路１２１で構成される。
【００６１】
このため、光導波回路チップ１−６の入力側導波路および出力側導波路は共に３３本となる。また、チップ端面１ａは導波路１２１の領域と導波路１３１の領域とに分かれていおり、溝１６も前記２つの領域に重点的に形成している。
【００６２】
溝１６は、導波路１２１と導波路１２１の間及び導波路１３１の両側に形成される。導波路１２１の導波路間隔は２５０［μｍ］である。溝１６はチップ端面１ａから形成し、長さは５［ｍｍ］とした。さらに、光回路図１５の光導波回路チップ１−５と同様にλ／２波長板１８ａ、１８ｂを挿入した。
【００６３】
光導波回路チップ１−６のチップ端面１ａの導波路１２１付近における反りの測定を行った。反りを曲率半径で表した場合、溝１６の形成後の反りは、曲率半径１０［ｍ］となった。具体的には、チップ端面１ａの導波路１２１のうち両端にある導波路１２１の中心位置とチップ端面１ａの導波路１２１のうち中央にある導波路１２１の中心位置との基板１３の厚み方向への差が、０．４［μｍ］と小さくなった。また、溝１６を形成したことで、光回路１０６のＰＤＬ、ＰＤλ等の特性劣化は見られなかった。
【００６４】
図１５の光導波回路チップ１−５や図１６の光導波回路チップ１−６のように上面に波長板等が貼り付けられているために光導波回路チップ全体に補強板を張ることができない場合でも、回路特性を劣化させることなく光導波回路チップと光ファイバアレイ部品との接続損失ばらつきを抑制することができる。
【００６５】
なお、図１６ではチップ端面１ａ近傍に溝１６を導波路１２１の領域および導波路１３１の領域に重点的に形成し、当該領域の間には溝を設けなかったが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。例えば、図１７に示すように、チップ端面１ａ近傍に溝１６を隙間無く形成することにより、チップ端面１ａ近傍の反りを一層低減することができる。また、例えば、図１８に示すように、厚さ調整用補強板６との接着力が十分確保でき、あるいはコアおよびその周辺のクラッド部を伝搬する光信号パワーに悪影響を与えない範囲内で、溝１６と幅または長さが異なる溝１６ｃを導波路が存在しないクラッド部に設けることによってもチップ端面１ａの反り量を低減させることができる。
【００６６】
（実施の形態７）
図１の光導波回路モジュール３０１を作製するためには、実施の形態１〜６で説明したような光導波回路チップ１を作製した後、光導波回路チップ１と光ファイバアレイ部品５とを確実に接続固定するために、厚さ調整用補強板６を紫外線硬化型接着剤でチップ端面１ａ近傍の光導波回路チップ表面に貼り付ける工程がある。しかし、チップ端面１ａ近傍のパターン層２５に設けた溝１６の数が多いと、厚さ調整用補強板６と光導波回路チップ１表面との接着面積が減少し、接着力が低下する。そこで、次にこの接着力低下を改善する実施例について説明する。なお、本実施例で説明する光導波回路チップ１は、実施の形態１〜６で説明した光導波回路チップ１−１〜光導波回路チップ１−６のいずれでもよい。
【００６７】
図１９は、厚さ調整用補強板６が接着された光導波回路チップ１のチップ端面１ａ近傍における断面図である。光導波回路チップ１は、上部クラッド膜１４ｂの表面の高さまで溝１６に充填され、基板１３と略等しい熱膨張率に調整された樹脂１９をさらに備えることを特徴とする。
【００６８】
チップ端面１ａ近傍のパターン層２５に形成した溝１６に、環境温度の変化に対して体積の変動が少ない低熱膨張性の樹脂１９を塗布・充填し、硬化させたのち、表面を研磨して平坦化した。樹脂１９は、基板１３と熱膨張率が略等しいことが望ましい。基板との膨張量が等しいため、環境温度の変化に対する耐久性を高めることができる。その後、光導波回路チップ１に厚さ調整用基板６を紫外線硬化型接着剤２０で貼り付け固定する。
【００６９】
このように、樹脂１９を充填することで、厚さ調整用基板６と光導波回路チップ１との接着面積が広くなり接着強度が増す。さらに、環境温度の変化に対して樹脂１９の体積の変動が少ないため、長期信頼性に優れた光導波路モジュール３０１が得られる。
【００７０】
なお、溝１６に充填する樹脂は、紫外線硬化型が好適であるがこれに限るものではなく、熱硬化型、２液混合型等の樹脂でもよい。
【００７１】
（実施の形態８）
図２０は、光導波回路チップ１に補強板２１を取り付ける組立作業図である。また、図２１は、補強板２１を取り付けた光導波回路チップ１のチップ端面１ａ近傍の断面図である。補強板２１は、一方の面に溝１６の間隔で突起３１を有している。光導波回路チップ１は、補強板２１の突起３１を溝１６に嵌合させ、補強板２１の一の側面がパターン層２５の光入出力導波回路の端部を含むチップ端面１ａと同一平面にあるように、補強板２１をパターン層２５の縁に配置する。図２０及び図２１の光導波回路チップ１は、補強板２１として櫛歯型補強板を使用している。補強板２１は図１の厚さ調整用補強板６の代替とすることができる。なお、本実施例で説明する光導波回路チップ１は、実施の形態１〜６で説明した光導波回路チップ１−１〜光導波回路チップ１−６のいずれでもよい。
【００７２】
図２０に示すように、補強板２１には、チップ端面１ａ近傍のパターン層２５に形成した溝１６に嵌合する突起３１を形成してある。補強板２１の突起３１を溝１６にはめ込み、紫外線硬化型接着剤２０により固定した。
【００７３】
このように、突起３１が溝１６に嵌合することで紫外線硬化型接着剤２０中に混入する微小な気泡を低減させることができ、接着強度が増す。そのため、長期信頼性に優れた光導波路モジュール３０１が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
チップ端面に溝を有する光導波回路チップは、製造工程で反りを解消するための外力が不要であるため、光回路上にλ／２波長板を挿入する光導波回路チップや光回路上に電気配線を形成する光導波回路チップにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る光導波回路チップを含む光導波回路モジュールを示す図である。
【図２】本発明に係る光導波回路チップの上面図である。
【図３】図２の光導波回路チップのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図４】図２の光導波回路チップのＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図５】図２の光導波回路チップのＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
【図６】図２の光導波回路チップのＤ−Ｄ’線に沿う断面図である。
【図７】反り評価用模擬チップの上面図である。
【図８】図７の反り評価用模擬チップのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図９】図７の反り評価用模擬チップのＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図１０】反り評価用模擬チップの反り量と溝の長さの関係を示す測定結果である。（ａ−１）は溝の深さが５０［μｍ］、（ａ−２）は溝の深さが６０［μｍ］の場合を示す。
【図１１】反り評価用模擬チップの反り量と溝の深さの関係を示す測定結果である。（ｂ−１）は溝の長さが１５［ｍｍ］、（ｂ−２）は溝の長さが５［ｍｍ］の場合を示す。
【図１２】本発明に係る光導波回路チップの上面図である。
【図１３】本発明に係る光導波回路チップの上面図である。
【図１４】本発明に係る光導波回路チップの上面図である。
【図１５】本発明に係る光導波回路チップの上面図である。
【図１６】本発明に係る光導波回路チップの上面図である。
【図１７】本発明に係る光導波回路チップの上面図である。
【図１８】本発明に係る光導波回路チップの上面図である。
【図１９】厚さ調整用補強板が接着された光導波回路チップのチップ端面近傍における断面図である。
【図２０】光導波回路チップに補強板を取り付ける組立作業図である。
【図２１】補強板を取り付けた光導波回路チップのチップ端面近傍の断面図である。
【図２２】従来の光導波回路モジュールの一例を示す図である。
【図２３】従来の光導波回路チップの一例を示す図である。（ａ）はチップの上面図を示したもので、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿う断面図を示したものである。
【図２４】従来の光導波回路モジュールの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１、１−１〜１−６：光導波回路チップ
１ａ：チップ端面
２：テープ状光ファイバ芯線
３：溝付き基板
４：押え蓋
５：光ファイバアレイ部品
６：厚さ調整用補強板
１１ａ，１１ｂ：光方向性結合器
１２ａ，１２ｂ、１２１、１３１：導波路
１３：基板
１４ａ：下部クラッド膜
１４ｂ：上部クラッド膜
１５：コア
１６、１６ａ，１６ｂ：溝
１７：直線導波路
１８，１８ａ，１８ｂ：λ／２波長板
１９：樹脂
２０：紫外線硬化型接着剤
２１：補強板
２３：光学素子
２５：パターン層
３１：突起
１０１〜１０６：光回路
１１１、１１３、１１４−１、１１４−２、１１５−１、１１５−２、１１６−１〜６：光入出力導波回路
２０１：反り評価用模擬チップ
３０１：光導波路モジュール
７０１：光導波路回路チップ
７０２：１×８スプリッタ回路
７０３ａ，７０３ｂ：溝付き基板
７０４ａ，７０４ｂ：押え蓋
７０５ａ，７０５ｂ：厚さ調整用補強板
７０６：光ファイバ芯線
７０７：テープ状光ファイバ芯線
８０１：Ｓｉ基板
８０２：クラッド膜
８０３：チャネル導波路
９０１：光導波回路チップ
９０２ａ，９０２ｂ：光ファイバアレイ部品
９０３：光ファイバ芯線
９０４：テープ状光ファイバ芯線
９０５：補強板
【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】
0005039523.tif 000007
【図７】
0005039523.tif 000008
【図８】
0005039523.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005039523.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0005039523.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
0005039523.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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