(57)【要約】【課題】複数の光導波路とミラーによって構成され、素子表面から入射した光路の方向を変換する多チャンネルの光路変換素子において、電極と光導波路の位置精度を高め、高精度にパッシブ実装で面発光素子を光路変換素子へ直接実装製造できる方法を提供する。【解決手段】複数の光導波路とミラーによって構成され、素子表面から入射した光路の方向を変換する多チャンネルの光路変換素子において、素子表面に電極やマーカー等の金属が埋設されていることを特徴とする多チャンネル光路変換素子。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光導波路とミラーによって構成され、素子表面から入射した光路の方向を変換する多チャンネルの光路変換素子において、素子表面に電極やマーカー等の金属が埋設されていることを特徴とする多チャンネル光路変換素子。
【請求項２】
連続した垂直導波路と水平導波路を有することを特徴とした請求項１の多チャンネル光路変換素子。
【請求項３】
素子表面に埋設されたマーカー等の金属パターンと垂直光導波路との位置精度が±３μm未満であることを特徴とした請求項２の多チャンネル光路変換素子。
【請求項４】
仮基板上に剥離層を設けた後、電極を形成しその上にクラッド材からなるクラッドを成膜後、コアを形成しクラッド材料を全面にコートした後、作製された複数の逆Ｕ字導波路を平行に仮基板上に形成し、ミラー形成、仮基板除去することで電極が埋設された複数のミラー付き光導波路が平行に基板上に配設することを特徴とした多チャンネル光導波路素子の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアレイ化された面発光素子と光ファイバーや光導波路と低コスト且つ高効率で光結合する多チャンネル光路変換導波路素子の構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信機器の高速化や大容量化に伴い、装置内の電気配線の容量不足が問題になっている。そのため電気配線の一部を光ファイバーまたは光導波路への置き換えの検討が進められている。特にアレイ型の面発光素子や受光素子と光導波路との組み合わせは高密度化、高速化に有利であることから盛んに検討が進められている。この場合、アレイ型の面発光素子や受光素子と光導波路は同一光軸上にないため、高効率でかつ低コストでこれらを結合する素子および手法に対する要求が高まっている。
【０００３】
この要求に対して光導波路の端面に４５度ミラーを設け、９０度の光路変換を行なうことで受発光素子と結合を可能とする手法が検討されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
また、コア及びクラッドからなる伝送路構造を有する２以上の光学繊維に設けられた傾斜面同士を接合して、かつ、光学繊維の伝送路構造から他の光学繊維の伝送路構造へ光を伝搬するマイクロミラーを有することを特徴とする光路変換部品を光導波路のスルーホールに埋設し、光導波路を伝送する光信号を光電素子に到達させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この従来の光路変換技術は、発光素子から空間に出射される光や光導波路から空間に出射する光が放射角を持って広がることに起因する発光素子と光導波路との光接続効率の低下や、光導波路と受光素子との光接続効率の低下を防止できる。さらに、マイクロミラーを介し面発光素子（光電変換素子）から光導波路に光を入射させる場合にも、受光素子（光電変換素子）に向かって光導波路から光を出射させる場合にも、同様の構造で光電変換素子と光導波路との光接続が行なえる。また、光路変換部品自体が光導波路屈折率に合わせた伝送路構造を有している為、モード変換を解消できる構造となっている。
【０００６】
さらに、垂直と水平導波路が一体で形成されることを特徴とした多チャンネル光導波路素子が提案されている（例えば特許文献２参照）。この従来技術は光導波路垂直部と水平部の全てのコアが一体に形成されているため、光路変換部分と光導波路とが一体で形成されており、モード変換や導波路同士の光結合による損失が発生せず伝搬損失が低くい。また基板状で導波路部の光特性の評価および電極形成が可能であり、面発光素子等を直接パッシブ実装が可能なため、低コストで高性能な電気光変換モジュールを提供するものである。
【特許文献１】特開２００４−１９１９０３号公報
【特許文献２】特開２００６−２５１０４６号公報
【非特許文献１】市村他「光表面実装向け４５°ミラー付き高分子導波路」，回路実装学会誌，１９９８年  Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ２，ｐ．９７−１０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前記「光表面実装向け４５°ミラー付き高分子導波路」に記載の方法では、数十ミクロン離れた導波路表面に面発光レーザを設置しているために、４５度ミラーの加工精度技術や導波路膜厚制御が不十分であると光信号が広がってしまい、反射面以外への光洩れが多くなる。また反射面以外への光洩れを抑制するためにクラッド層を薄くすることで面発光素子と反射面との距離を短くして洩れ光を抑制する手法が考えられるが、導波路の特性から限界がある。さらに反射面と面発光素子間に屈折率の低いクラッド層があるため、モード変換が避けられなかった。
【０００８】
また、前記特開２００４−１９１９０３号公報に記載の技術では、マイクロミラー付き光変換部品を光電変換素子の個々に対して作製する必要があり、製造プロセスが複雑化となるとともに、低価格化が図れない。また、光プリント配線板に形成するスルーホールの加工が困難であり、さらに縦、横および深さの方向で光路ずれを最小限にするにはスルーホールと光変換部品とのクリアランスは数十μｍも必要なため、光導波路と光路変換部品との光接続効率が低下してしまうという問題があった。
【０００９】
また、光路変換部品と導波路とが別々に作製されるため、屈折率の相違が生じ光接続効率の低下を引き起こす。また、光電変換素子が配列されている場合、アレイ型の光路変換部品が必要となるがそれぞれのコア位置およびミラー位置全てを精度良く作製することは困難であり、高コスト化してしまうという問題があった。
【００１０】
さらに、特開２００６−２５１０４６号公報に記載の技術では、電極を最後に形成するため、電極を厚くすると実装後の面発光素子と多チャンネル光導波路素子との距離が広がり、光結合効率の低下を引き起こす要因となっていた。また電極やマーカーを仮基板から一度剥離したのちに形成するため、例えば4インチ基板内での光導波路とマーカーとの位置精度は±３μｍ以上であり、コア径が１０μm程度のマルチモードに対応できるものの、コア径が１０μm程度のシングルモードには対応できなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、複数の光導波路とミラーによって構成され、素子表面から入射した光路の方向を変換する多チャンネルの光路変換素子において、素子表面に電極やマーカー等の金属が埋設されていることを特徴とする多チャンネル光路変換素子である。
【００１２】
また、連続した垂直導波路と水平導波路を有することを特徴とした請求項１の多チャンネル光路変換素子である。
【００１３】
また、素子表面に埋設されたマーカー等の金属パターンと垂直光導波路との位置精度が±３μm未満であることを特徴とした請求項２の多チャンネル光路変換素子である。
【００１４】
さらに、仮基板上に剥離層を設けた後、電極を形成しその上にクラッド材からなるクラッドを成膜後、コアを形成しクラッド材料を全面にコートした後、作製された複数の逆Ｕ字導波路を平行に仮基板上に形成し、ミラー形成、仮基板除去することで電極が埋設された複数のミラー付き光導波路が平行に基板上に配設することを特徴とした多チャンネル光導波路素子の作製方法である。
【００１５】
連続した垂直導波路と水平導波路を有するデバイスに対してより接続損失の低減に有効であるが、垂直導波路が特になくてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電極やマーカーが素子に埋設されているため電極が５μm以上の厚さとしても、面発光素子と光路変換素子との間隔を電極の厚さ以下に設定できる。また仮基板上で電極と光導波路とを形成するため、それらの位置精度を高めることが可能となり、より高精度にパッシブ実装で面発光素子を光路変換素子へ直接実装できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明のポイントは仮基板上に剥離層を設け、始めに電極を形成したのち、導波路およびミラーを形成することにより、それらの位置精度を高め且つ仮基板と剥離層除去後の素子表面は電極厚より凹凸極めて少なく設定できることにある。
【００１８】
以下に、この発明の実施の形態を図について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の電極やマーカーが埋設された多チャンネル光路変換導素子の作製方法を示したものである。剥離層４を成膜された仮基板１上に電極２を形成し、クラッド層５を形成後、水平光導波路６を形成する。ミラー７を作成した後に仮基板１と剥離層４を除去し作製することで、電極やマーカーを厚く形成してもそれらが埋設されているため多チャンネル光路変換素子表面の凹凸は極めて少なくすることができる。図１に示されている仮基板１は表面精度が０．１μｍ以下であれば特に制限されるものではないが、位置精度の観点から石英、ホウケイ酸ガラスあるいはシリコン等の無機材料基板がより好ましい。また剥離層４は仮基板１と導波路材料とある程度密着性があれば限定されるものではないが、仮基板が上記の無機材料の場合、フッ素化ポリイミドがその密着性と安定性の観点から良好である。光導波路材料は無機材料、高分子材料どちらでもよいが、本発明では高分子導波路が好ましく、コアとクラッドの屈折率差が０．３乃至２．０％である。光導波路を構成するコアの形状は矩形であり、サイズは５〜１００μｍであることが好ましい。また導波路垂直部の距離は５〜２００μｍであることが好ましい。
【００２０】
上記の光導波路の材料としては、例えば、重水素化メタクリレート、エポキシ樹脂、シリコン樹脂やフッ素化ポリイミド等が好ましく、特にエポキシ樹脂、シリコン樹脂そしてフッ素化ポリイミドはそのハンダ耐熱性と光学特性から好ましい。また感光性のシリカ材料の場合成膜後に屈折率調整が可能であり、コア作製プロセスが簡便となり好ましい材料のひとつとして挙げられる。
【００２１】
感光性シリカ材料以外の導波路パターンの作製方法は導波路材料上にアルミニウムを成膜した後、リソグラフィー技術でパターニングし、その後、反応性イオンエッチイング等で導波路パターンを得る方法、導波路材料自体に感光性を付与しリソグラフィー技術により直接導波路パターンを形成する方法および導波路材料上にレジストをリソグラフィーでパターニングしたのち、それを指標にダイサー等で導波路パターンを作製する方法等が考えられるが、フォトブリーチング法も含めリソグラフィー技術を利用する方法であれば特に限定するものではない。
【００２２】
図２には本発明の電極やマーカーが埋設された多チャンネル光路変換素子への光素子の実装後を示したものである。多チャンネル光路変換素子表面の凹凸が少ないため、面発光素子との間隔を配線以下に設定でき高い結合効率を実現できる。
【００２３】
図３には、本発明において、垂直導波路を形成した場合の模式図を示したものである。この場合、クラッド層形成前に垂直導波路を形成すれば良い。
【００２４】
図４には従来技術で作製した多チャンネル光路変換素子へ面発光素子の実装後を示したものである。面発光素子との間隔が配線の厚み以上となり、配線を厚くすると高い結合効率を望めないことを示している。
【００２５】
以下、実施例により説明する。
【実施例１】
【００２６】
４インチホウケイ酸ガラスの仮基板上に、フッ素化ポリイミドの剥離層を形成した。その後リフトオフ法およびスパッタリングにより電気配線およびマーカーを形成した。これらの厚さは５μｍとした。その上にクラッド層を成膜した。クラッド材にはエポキシ系樹脂を用い、成膜はスピンコート法を用いた。実施したクラッド材の厚さは７０μｍである。エポキシ樹脂のステップカバレージ性が高いため電極の凹凸はこの時点で消滅していた。
【００２７】
その後マスク材にはネガ型厚膜レジストを用い、既にパターニングされているマーカーを基準に垂直コアとなる部分のレジストパターンを形成し、Ｏ２―ＲＩＥによりそのパターンをクラッド材に転写した。次にコア層の成膜をスピンコート法で行った。コア材にはエポキシ系樹脂を用いた。実施したコア材の厚さはクラッド上部から４０μｍである。そこへネガ型厚膜レジストを成膜し、水平部分のパターンを形成した。その後Ｏ２―ＲＩＥによりそのパターンをコア材に転写した。
【００２８】
その後クラッド材を基板全面に充填した。充填にはスピンコート法を用い、研削、研磨の平坦化処理を行った。その後ダイシングソーでＶ溝を形成しミラー膜を形成した。ミラーはマグネトロンスパッタでＶ溝部分にのみＡｕ膜が形成されるように実施した。ミラー面成膜後、Ｖ溝にクラッド層を充填し、充填後、研削、研磨の平坦化処理を行った。その後ポリイミド基板を基板上面にエポキシ系の接着剤を用い貼り付けた。その後、水に浸漬することで仮基板から剥離し、さらに剥離層をＯ２―ＲＩＥにより除去後ダイシングソーによりチップ化を行った。
【００２９】
その結果、電極が素子表面に埋設された素子表面の凹凸が１μｍ以下の電極とマーカーを併せ持つ多チャンネル光路変換素子を作製できた。また作製された素子のマーカー位置と垂直導波路のコア位置精度は１μｍ以下であった。その後、金錫バンプを形成しＶＣＳＥＬを実装したところコアとＶＣＳＥＬとのギャップは４μｍ以下であった。
【００３０】
（比較例）
４インチホウケイ酸ガラスの仮基板上に、クラッド層を成膜した。クラッド材にはエポキシ系樹脂を用い、成膜はスピンコート法を用いた。実施したクラッド材の厚さは７０μｍである。エポキシ樹脂のステップカバレージ性が高いため電極の凹凸はこの時点で消滅していた。その後マスク材にはネガ型厚膜レジストを用い、垂直コアとなる部分のレジストパターンを形成し、Ｏ２―ＲＩＥによりそのパターンをクラッド材に転写した。
【００３１】
次にコア層の成膜をスピンコート法で行った。コア材にはエポキシ系樹脂を用いた。実施したコア材の厚さはクラッド上部から４０μｍである。そこへネガ型厚膜レジストを成膜し、水平部分のパターンを形成した。その後Ｏ２―ＲＩＥによりそのパターンをコア材に転写した。その後クラッド材を基板全面に充填した。充填にはスピンコート法を用い、研削、研磨の平坦化処理を行った。
【００３２】
その後ダイシングソーでＶ溝を形成しミラー膜を形成した。ミラーはマグネトロンスパッタでＶ溝部分にのみＡｕ膜が形成されるように実施した。ミラー面成膜後、Ｖ溝にクラッド層を充填し、充填後、研削、研磨の平坦化処理を行った。その後石英基板を基板上面にエポキシ系の接着剤を用い貼り付けた。その後仮基板を研削により除去し、研磨処理を行った。その後リフトオフ法およびスパッタリングにより電気配線およびマーカーを形成した。これらの厚さは５μｍとした。
【００３３】
そのため、素子表面の凹凸は５μｍ以上となった。また作製された素子のマーカー位置と垂直導波路との位置関係は設計値より３μｍの位置ずれを生じていた。
【００３４】
その後ダイシングソーによりチップ化を行い、金錫バンプを形成しＶＣＳＥＬを実装したところコアとＶＣＳＥＬとの距離は８μｍ以上であった。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、光通信分野における通信システムはもちろん、評価・測定など光伝送の応用分野にも利用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の多チャンネル光路変換素子の作製法を示す模式図である。
【図２】本発明の多チャンネル光路変換素子へ面発光素子を実装後の模式図である。
【図３】垂直光導波路を有する本発明の多チャンネル光路変換素子へ面発光素子を実装後の模式図である。
【図４】従来の垂直光導波路を有する多チャンネル光路変換素子へ面発光素子を実装後の模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    仮基板
２    電極
３    マーカー
４    剥離層
５    クラッド
６    コア（水平導波路）
７    ミラー
８    ＶＣＳＥＬアレイもしくはＰＤアレイ
９    ハンダバンプ
１０    コア（垂直導波路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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