JP2000162460A - 有機光導波路およびその製造方法並びにそれを用いた光学部品 - Google Patents

有機光導波路およびその製造方法並びにそれを用いた光学部品

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JP2000162460A
JP2000162460A JP10338047A JP33804798A JP2000162460A JP 2000162460 A JP2000162460 A JP 2000162460A JP 10338047 A JP10338047 A JP 10338047A JP 33804798 A JP33804798 A JP 33804798A JP 2000162460 A JP2000162460 A JP 2000162460A
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organic
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organic optical
organic polymer
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Hideaki Fujita
英明 藤田
Yorishige Ishii
▲頼▼成 石井
Hisahiro Tamura
壽宏 田村
Yukio Kurata
幸夫 倉田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一基板上に、有機光導波路と他の素子と集
積化することが容易であり、RIEなどのドライエッチ
ングによる残渣の発生を少なくする。また安価で加工性
が良く、伝搬損失が小さな有機光導波路および光学部品
を得る。 【解決手段】 基板1上にバッファ層2と有機ポリマか
らなるコア部3の上部にドライエッチングにより有機ポ
リマを加工するときにマスクとなり、かつ上部クラッド
となるマスク兼クラッド4が形成され、さらに、コア部
3の周囲には、酸化シリコン等の無機誘電体からなるオ
ーバークラッド5が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光集積回路、光通
信装置、光インタコネクション等の光学部品に用いられ
る、コア部が有機ポリマからなる有機光導波路およびそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、光導波路のコア材料としては、石
英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が広く用いら
れている。これらの材料で形成された光導波路は伝搬損
失が小さく伝送帯域が広いという特徴を有する。一方、
有機系材料は無機系の材料に比べ伝搬損失は大きいが、
加工性が良く厚膜化が容易なことや、低価格であること
等から、光導波路材料として注目されている。
【0003】有機光導波路の作製方法としては、適当な
厚さの有機膜を形成した後にパターン加工を施してコア
部とし、オーバークラッドとしてコア部よりも屈折率の
低い有機ポリマをその上に塗布する方法が一般的であ
る。
【0004】パターン加工の方法としては、特開平9−
222524号公報に開示されている切削による方法や
ウエットエッチングによる方法等があるが、酸素ガスを
用いた反応性イオンエッチング(RIE)による加工は
簡便であり高精度の加工が可能なことから広く用いられ
ている。
【0005】しかしながら、酸素ガスを用いたRIEで
は、有機ポリマとのエッチング選択比が小さいことか
ら、ノボラック樹脂系のポジ型レジストをマスクとして
用いることができない。
【0006】そのため、有機ポリマとのエッチング選択
比が大きいシリコン含有レジストをマスクとして用いる
方法が知られている。ところが、この方法では、RIE
後にレジストを除去する必要があり、酸素イオンにより
レジスト表面が変質することから、有機溶剤による剥離
が困難であった。
【0007】また、特開平4―9807号公報や特開平
8−75942号公報に開示されているように、有機ポ
リマの上に感光性レジストのパターンを転写した銅やア
ルミニウム等の金属を中間マスクとして用いることによ
り、酸素ガスによるRIEによりコア部の加工を行う方
法がある。
【0008】この方法による有機光導波路の製造方法に
ついて図5を参照して説明する。
【0009】1) まず、図5(a)に示すように、基
板31上に、バッファ層32として有機ポリマをスピン
コートにより塗布し、焼成する。
【0010】2) 続いてコア部33となる、バッファ
層32よりも屈折率の高い有機ポリマをスピンコートに
より塗布し、焼成する。
【0011】3) さらにこの上に金属マスク37とし
て、銅やアルミニウムをスパッタ法等により成膜する。
【0012】4) 次に、フォトレジスト36を塗布
し、フォトリソ工程によりフォトレジスト36のパター
ニングを行う。
【0013】5) 次に、図5(b)に示すように、イ
オンミリングやウエットエッチングによりマスクパター
ンを金属マスク37に転写する。
【0014】6) 次に、図5(c)に示すように、酸
素ガスを用いたRIEにより有機ポリマをエッチングし
てコア部33に加工する。
【0015】7) その後、図5(d)に示すように、
金属マスク37をウエットエッチングにより除去し、図
5(e)(f)に示すように、オーバークラッド35とし
て、コア部33よりも屈折率の低い有機ポリマをスピン
コートにより塗布、焼成する。従来、このような工程で
有機光導波路を作製していた。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように、有機ポリマをオーバークラッドとした有機光
導波路では、有機ポリマを段差のあるコア部33を覆う
ようにスピンコートにより塗布するため、図5(e)に
示すように、有機光導波路の側部でオーバークラッド3
5が厚く形成される部分が生じたり、あるいは、図5
(f)に示すような埋め込み型の導波路となる。
【0017】このような有機光導波路を半導体レーザ等
の他の光学素子と結合させるためには、側部のオーバー
クラッド35をさらに加工する必要があり、そのため、
従来の有機光導波路では他の光学素子を同一基板上に集
積化することが困難であった。
【0018】また、オーバークラッド35を形成せず
に、空気をオーバークラッドとして利用することも可能
であるが、この場合、屈折率差が大きくなりすぎること
や、コア部の保護ができないこと等が問題であった。
【0019】また、金属マスクやシリコン含有レジスト
をマスクとして、RIEにより加工を行った場合、マス
ク材料が起因となり有機ポリマ上に残渣が生じやすく、
さらにまた、RIE後にマスクの除去を行うことが必要
となる。しかも、金属は一般に有機ポリマとの密着性が
悪いため、マスクとして利用した場合、剥がれが生じや
すく、高精度のパターニングを行うことが困難であっ
た。
【0020】本発明は、これらの課題を鑑みてなされた
ものであり、その目的は、他の光学素子との集積化が容
易であると共に、RIEによる加工で残渣の発生が少な
く、かつ、製造工程の簡略化が可能な有機光導波路の提
供、及びその製造方法、並びに、該有機光導波路と半導
体レーザや受光素子等の光学素子とが同一基板上に集積
化された光学部品の提供にある。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の有機光導
波路は、上記の課題を解決するために、有機ポリマから
なるコア部と、該コア部を覆う、コア部より低い屈折率
を有する無機誘電体からなるクラッド部とを有すること
を特徴としており、さらに好ましくは、クラッド部とな
る無機誘電体が、スパッタ法やCVD法、蒸着法等を用
いて成膜されていることである(請求項1,2の構
成)。
【0022】また、本発明の第1の有機光導波路の製造
方法は、上記の課題を解決するために、コア部に加工さ
れた有機ポリマ層上に、クラッド部として無機誘電体層
をCVD法、スパッタ法、或いは蒸着法にて形成する工
程を有することを特徴としている(請求項11の構
成)。
【0023】上記の構成及び方法によれば、クラッド部
がコア部より低い屈折率を有する無機誘電体からなるの
で、クラッド部の形成に、有機ポリマでは用いることが
できなかった、スパッタ法やCVD法、蒸着法等を用い
ることができ、容易にコア部と同様の形状にクラッド部
を形成できる。
【0024】その結果、従来のようにクラッド部の側部
に加工を施さずとも他の光学素子との結合性の良い有機
光導波路が得られ、他の光学素子との集積化が可能にな
ると共に、製造工程の簡略化も図れる。
【0025】本発明の有機光導波路は、さらに、上記ク
ラッド部の一部が、コア部加工時のマスクともなるマス
ク兼用のクラッド部であることが好ましい(請求項3の
構成)。
【0026】また、本発明の第2の有機光導波路の製造
方法は、加工されてコア部となる有機ポリマ層を形成す
る工程と、上記有機ポリマ層上にクラッド部となる無機
誘電体層を形成する工程と、上記無機誘電体層をコア部
の上面のみ覆う形状に加工する工程と、上記の加工済み
無機誘電体層をマスクとしてドライエッチングにより有
機ポリマ層をコア部に加工する工程とを有することを特
徴としている(請求項12の構成)。
【0027】このような構成及び製造方法によれば、コ
ア部の上面を覆うクラッド部をコア部加工用のマスクと
して用いるので、コア部の加工後にマスクを除去する必
要がなくなり、有機光導波路の作製工程を減らすことが
でき、かつ、マスク除去時に他の素子へ悪影響が及ぶこ
とも防ぐことができる。ここで、マスク兼上部クラッド
部とするには、無機誘電体の中でも、酸素ガスを用いた
RIEで有機ポリマに対する選択比が大きいものを選択
する必要がある。
【0028】本発明の有機光導波路においては、クラッ
ド部の周囲に遮光膜が形成されている構成とすることも
できる(請求項4の構成)。
【0029】また、本発明の第1及び第2の有機光導波
路の製造方法においては、クラッド部となる無機誘電体
層を覆うように遮光膜を形成する工程をさらに含むもの
としてもよい(請求項13の構成)。
【0030】光導波路の周囲が遮光膜にて覆われるた
め、不必要な光が光導波路へ進入することが阻止され、
混信を防止できる。しかも、遮光膜としては、光透過率
の低い樹脂や、アルミニウム,銅等の金属が用いられる
中、一般に有機ポリマは金属膜との密着性が悪く、金属
膜からなる遮光膜の場合剥がれ等の問題があったが、本
発明においては、無機誘電体層をクラッド部として備え
ているので、金属膜からなる遮光膜の密着性が向上し、
剥れ難くなる。
【0031】本発明の有機光導波路におけるクラッド部
を形成する無機誘電体としては、酸化シリコンが好まし
い(請求項5の構成)。
【0032】酸化シリコンは一般にポリイミドやPMM
A等の有機ポリマよりも屈折率が低いため、クラッド部
として利用することができるだけでなく、酸素ガスを用
いたRIEで有機ポリマに対する選択比が大きいため、
有機ポリマ層をコア部に加工するときのマスクとして利
用することもできる。
【0033】したがって、クラッド部に酸化シリコンを
用いることで、請求項11に記載した製造方法を採用で
き、その結果、コア部の加工のためのマスクの除去が必
要なくなって製造工程の簡略化が図れると共に、マスク
として利用した時にアルミ等の金属に比べ、酸素イオン
によりスパッタされにくいため、残渣の発生を少なくす
ることもできる。
【0034】また、本発明の有機光導波路におけるコア
部を形成する有機ポリマの主成分としては、ポリイミド
や、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート(P
MMA)、ポリスチレン等を用いることができるが、そ
の中でもポリイミドが好ましい(請求項6の構成)。
【0035】ポリイミドは酸素ガスによるRIEでの加
工性が良く、透過率も高い。また、耐熱性が高いため、
同一基板上に半導体レーザを配置してもオーミック電極
形成時の熱処理を問題無く行うことができ、他の素子と
の集積化を容易に図れることができる。
【0036】また、ポリイミドの中でも、シラン無添加
のポリイミド、及びフッ素化ポリイミドの2つが特に好
ましい(請求項7,8の構成)。
【0037】これはつまり、シランが含まれていると、
酸素ガスによるRIEで珪素成分がエッチングされずに
残り、残渣発生の原因となるためである。シラン無添加
のポリイミドを用いることにより、より確実に残渣の発
生を低減できる。
【0038】フッ素化ポリイミドは透過率が高く、伝搬
損失の少ない光導波路を得ることができるため好まし
い。また耐熱性も高く、かつ、酸素ガスによるRIEで
フッ素成分が発生するため、例えば、マスクや基板から
珪素成分が生じても、エッチングされ易くなり、残渣の
発生を低減できる。フッ素化ポリイミドとしては、ポリ
イミドの酸二無水物、或いはジアミン或いはこの両方を
フッ素化したもの等を用いることができる。
【0039】また、本発明の有機光導波路においては、
コア部とクラッド部との間に、有機ポリマ層と無機誘電
体層との密着性を向上させるための密着層を形成した構
成とすることが好ましく(請求項9の構成)、そして、
さらに好ましくは、密着層が、コア部となる有機ポリマ
を熱重合させる前に形成されたものであることである
(請求項10の構成)。
【0040】同様に、本発明の第1,第2の有機光導波
路の製造方法においても、有機ポリマ層上に無機誘電体
層を形成する前に、有機ポリマと無機誘電体との密着性
を向上させるための密着層を形成する工程を含むことが
好ましく(請求項14の構成)、かつ、密着層を形成す
る工程が、有機ポリマを熱重合させる前に実施されるこ
とがより好ましい(請求項15の構成)。
【0041】有機ポリマ層と無機誘電体層とは、さほど
密着性が良いとは言えないため、両層の間に両方の材料
に対して接着力のある密着層を形成することで、有機ポ
リマ層と無機誘電体層との密着性が向上され、例えば、
高温での熱処理を行ったり、スライシング等の機械的負
荷がかかっても剥離することがなくなる。しかも、本発
明においてはマスクでもあるので、有機ポリマとの密着
性を向上させることで、マスクとして利用したときの加
工精度の向上も期待できる。
【0042】また、有機ポリマを熱重合させた後では、
表面に活性な官能基が少なくなる場合があり、特に有機
ポリマとしてフッ素化ポリイミドを用いた場合、熱重合
してイミド化した後では、有機ポリマ層と密着層との密
着性が悪くなる。そのため、上記のように、有機ポリマ
を熱重合する前に密着層を形成することにより、より確
実に有機ポリマ層と無機誘電体層との密着性を向上させ
ることができる。
【0043】密着層としてはコア部よりも屈折率の低い
材料が望ましいが、コア部の厚みに比べて密着層の膜厚
を十分薄くすることで、屈折率については特に問題な
く、シロキサン変成ポリイミド等の有機ポリマやアミノ
フェニルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤
等を用いることができる。
【0044】また、本発明の第1,第2の有機光導波路
の製造方法においては、密着層を形成するのではなく、
有機ポリマ層上に無機誘電体層を形成する前に、有機ポ
リマ層の表面をプラズマ処理する工程を有するようにし
てもよい(請求項16の構成)。
【0045】有機ポリマ層の表面をプラズマ処理するこ
とにより、有機ポリマの表面が物理的、あるいは化学的
に変化するため、無機誘電体膜との密着性を向上させる
ことができる。その結果、例えば、高温での熱処理を行
ったり、スライシング等の機械的負荷がかかっても剥離
することがなくなる。
【0046】プラスマ処理としては、少なくとも酸素元
素を含むガスによるプラズマ処理、及び少なくとも窒素
元素を含むガスによるプラズマ処理の2つが特に好まし
い(請求項17,18)。
【0047】前者は、酸素プラズマによりプラズマ処理
を行うことにより、有機ポリマがエッチングされ、表面
が粗面化されるため、有機ポリマと無機誘電体膜との密
着性を向上させることができる。後者は、窒素プラズマ
によりプラズマ処理を行うことにより、表面に活性な官
能基が生成されるため、有機ポリマと無機誘電体膜との
密着性を向上させることができる。
【0048】本発明の光学部品は、有機光導波路と、発
光素子と、受光素子と、レンズ等の光学素子とが同一基
板上に形成された光学部品において、前記請求項1ない
し10の何れかに記載の有機光導波路、或いは請求項1
1ないし18の何れかに記載の有機光導波路の製造方法
において製造された有機光導波路を備えていることを特
徴としている(請求項19の構成)。
【0049】上記したように、本発明の有機光導波路
は、他の光学素子との集積化が容易であると共に、RI
Eによる加工で残渣の発生が少なく、かつ、製造工程の
簡略化が可能な有機光導波路であるので、このような有
機光導波路を構成要素とすることにより、高精度加工が
施された集積性の高い光学部品を安価に得ることができ
る。
【0050】本発明の光学部品は、請求項19に記載の
光学部品の製造方法であって、発光素子として半導体レ
ーザを用い、半導体レーザのボンディングあるいは配線
に用いるパッドを、有機光導波路におけるクラッド部を
覆う遮光膜と同一工程により形成したことを特徴として
いる(請求項20の構成)。
【0051】半導体レーザのボンディングパッドや配線
用パッドを有機光導波路の遮光膜と同一とすることによ
り、光学部品の製造工程をさらに簡略化することがで
き、価格のさらなる低減が可能となる。
【0052】
【発明の実施の形態】〔実施の形態1〕本発明に係る実
施の一形態を、図1および図2に基づいて説明すれば、
以下の通りである。
【0053】図1は、本発明に係る有機光導波路の一例
の断面を表す概略図である。図1を基に、本発明に係る
有機光導波路の一例を説明する。
【0054】有機光導波路はシリコン等からなる基板1
を有している。この基板1上には、バッファ層2として
スパッタ法やCVD法により形成された酸化シリコン膜
が約5μmの厚さで形成され、その上に任意の形状の有
機ポリマからなるコア部3が形成されている。そして、
コア部3の上には上部クラッドであり、かつコア部3の
加工時にマスクとなる無機誘電体からなるマスク兼クラ
ッド4が形成され、さらにその上にコア部3を覆うよう
に、同じく無機誘電体からなる数μm厚のオーバークラ
ッド5が形成されている。
【0055】マスク兼クラッド4及びオーバークラッド
5となる無機誘電体には、コア部3より屈折率の低い材
料が選択される。コア部3より屈折率の低い無機誘電体
としては、例えば、酸化シリコン等を用いることができ
る。そして、その成膜方法としては、CVD法やスパッ
タ法、蒸着法等が用いられる。
【0056】なお、上記バッファ層2としてはコア部3
より屈折率の低い有機ポリマを使用してもよい。また、
オーバクラッド5の周囲を厚さ1μm程度のアルミニウ
ム等の金属からなる遮光膜で覆ってもよい。遮光膜で覆
うことで有機光導波路の外部から不必要な光が有機光導
波路に混信することを防止することができる。
【0057】次に、上記有機光導波路の作製方法の一例
を図2を基に説明する。
【0058】1) 図2(a)に示すように、シリコン
からなる基板1上にバッファ層2として、酸化シリコン
をスパッタリング法により数μmの厚さで成膜する。こ
こで、基板1の表面は、予め、研磨、ポリッシング加工
を施しておく。
【0059】2) 次に、基板1上にコア部3としての
ポリイミド等の有機ポリマをスピンコート法により塗布
し、その後、有機ポリマの焼成を行う。ここで有機ポリ
マの膜厚は、光導波路の所望の特性により選択される。
【0060】3) 次に、図2(b)に示すように、コ
ア部3上に、マスク兼クラッド4として酸化シリコン
を、プラズマCVD法により形成する。さらに、この酸
化シリコン膜の上に、マスク兼クラッド4のマスクとし
てフォトレジスト6を塗布する。
【0061】4) 次に、図2(c)に示すように、フ
ォトリソグラフィーにより、フォトレジスト6を任意の
形状にパターニングし、CF4ガスによるRIEによ
り、マスク兼クラッド4にパターンを転写する。
【0062】5) 次に、図2(d)に示すように、マ
スク兼クラッド4をマスクとして、酸素ガスによるRI
Eにより、コア部3の不要部分を除去する。このとき、
フォトレジスト6も同時に除去される。
【0063】6) 次に、図2(e)に示すように、オ
ーバークラッド5として、酸化シリコンをプラズマCV
D法により成膜する。これにて、上記有機光導波路が得
られる。
【0064】このような構成の有機光導波路では、オー
バークラッドとして有機ポリマではなく、無機誘電体を
用いているため、CVD法やスパッタ法により、コア部
3と同一形状にコア部3を覆うオーバークラッド5を容
易に形成できる。その結果、例えば半導体レーザ等の他
の光学素子と容易に結合させることが可能となる。ま
た、同一基板上で他の素子と結合させることが容易にな
るので、光学素子の集積化が図れる。
【0065】また、コア部3のマスクとして用いている
無機誘電体からなるマスク兼クラッド4は、上部クラッ
ドとしてそのまま用いることができるため、従来のよう
にマスクを除去する工程が必要なくなり、製造工程を削
減できる。しかも、無機誘電体からなるマスクであるの
で、金属膜をマスクとした場合よりもRIEによるコア
部3を加工の際のエッチング残渣の発生を少なくするこ
とができる。
【0066】なお、上記の製造工程は一例であり、RI
E以外の加工方法で有機ポリマの加工を行ったり、一部
を変更した工程を用いても良い。
【0067】以下、本発明に係る有機光導波路の各部の
材質や成膜方法等について、より詳細に説明する。コア
部3を形成する有機ポリマ材料としては、透過率の高い
材料が望ましく、また、半導体レーザとの集積化を考え
た場合、オーミック電極形成時に熱処理が必要なため、
約300℃以上の耐熱性が必要となる。このことから、
有機ポリマの中でも耐熱性が高く、比較的透過率の高い
ポリイミドをコア材料として用いることが望ましい。そ
して、詳細には後述するが、酸素ガスを用いたRIEに
よる加工時のエッチング残渣の発生が少ないといった利
点から、ポリイミドの中でも、シラン無添加のポリイミ
ドとフッ素化ポリイミドが望ましい。特に、フッ素化ポ
リイミドを用いることで、近赤外領域での透過率がより
高くなり、特に通信用途に最適の低損失有機光導波路を
得ることができる。
【0068】ポリイミド等の有機ポリマの屈折率は一般
に1.6前後であるため、マスク兼クラッド4およびオ
ーバークラッド5の無機誘電体材料としては、屈折率
1.46の酸化シリコンを用いることができる。酸化シ
リコンは、CVD法やスパッタ法、蒸着法により容易に
コア部3と同一形状に製膜することが可能である。ま
た、無機誘電体膜は金属膜に比べ酸素プラズマによりス
パッタされにくいため、金属膜をマスクとした場合より
もRIEによるコア部3を加工の際のエッチング残渣の
発生を少なくすることが可能となる。
【0069】ここで、このエッチング残渣の発生状態
は、マスク材料以外に、加工される側の有機ポリマ材料
によって異なる。マスク材料として、アルミニウムと酸
化シリコンの2種類、有機ポリマ材料としてアミノシラ
ンを26mol%含有するポリイミド(ポリイミドA:
商品名PIG、チッソ(株)製)と、シラン無添加ポリ
イミド(ポリイミドB:商品名PIG、チッソ(株)製
のシランを無添加にしたもの)と、フッ素化ポリイミド
(ポリイミドC:商品名OPI−N2005、日立化成
製)の3種類の組み合わせで、酸素ガスによるRIEを
実施し、エッチング残渣の状態を比較した。その結果を
表1に示す。
【0070】
【表1】
【0071】表1に示すように、マスクがアルミニウム
のものではすべてのサンプルで残渣が基板全面に発生し
た。一方、酸化シリコンをマスクとした場合は、シラン
成分を含むポリイミド(ポリイミドA)のみで残渣が発
生し、シラン無添加のポリイミド(ポリイミドB)とフ
ッ素化ポリイミド(ポリイミドC)では残渣は発生しな
かった。なお、RIEの下部電極は炭素板により覆うこ
とにより、下部電極が起因となる残渣の発生を無くして
いる。
【0072】アルミニウム等の金属をマスクとした場
合、酸素ガスでのRIE中に金属マスクがスパッタされ
やすく、スパッタされたマスクが有機ポリイミド上に残
り、残渣の原因となる。一方、酸化シリコン等の無機誘
電体をマスクとした場合は、無機誘電体が比較的スパッ
タされにくいため、残渣の発生が少なくなる。
【0073】また、シラン含有のポリイミドでは、珪素
成分が酸素ガスでのRIEではエッチングされずに残る
ため、これが原因となって残渣が発生する。したがっ
て、シラン無添加のポリイミドを用いることにより残渣
の発生を抑制することができる。
【0074】さらにまた、フッ素化ポリイミドを用いた
場合、RIE中にフッ素成分が放出されるため、残渣の
原因となる珪素成分がエッチングされ、残渣の発生を無
くすことができる。以上のことから、有機ポリマ材料と
しては、フッ素化ポリイミド、あるいはシラン無添加の
ポリイミドを用いることが望ましい。
【0075】一方、有機ポリマと無機誘電体とは一般に
密着性が悪く、300℃程度の熱処理を行うと剥離が生
じやすい。このため、有機光導波路と半導体レーザとを
同一基板に集積化することが困難となる。特に、フッ素
化ポリイミドはフッ素成分の影響で密着性が悪く問題と
なる。この密着性は、プラズマによる有機ポリマの表面
処理、或いは、密着剤からなる密着層を設けることで改
善できる。
【0076】まず、プラズマ処理による改善効果につい
て説明する。有機ポリマとして、フッ素化ポリイミド
(商品名OPI−N1005、日立化成製)を用い、酸
素ガスと窒素ガスによるプラズマ処理を行い、密着性が
改善できるかを調べた。
【0077】プラズマ処理はプラズマCVD装置(サム
コインターナショナル製、ModelPD200−S
T)を用いて、圧力0.6Torr、ガス流量50SC
CM、RFパワー250Wの条件で5分間行った。プラ
ズマ処理後に連続して同じCVD装置を用いてマスクと
なる酸化シリコンを2μmの厚みで成膜し、前述の工程
にしたがい、有機光導波路を作製した。比較のため、プ
ラズマ処理を行わないサンプルも作製した。
【0078】作製したサンプルを300℃のホットプレ
ートにより5分間加熱し、その後、スライシングを行っ
て機械的負荷をかけ、剥離の有無を調べた。
【0079】その結果、プラズマ処理を行わないサンプ
ルでは、酸化シリコンが剥離し、一方の酸素および窒素
ガスによるプラズマ処理を行ったサンプルでは、剥離は
生じず、フッ素化ポリイミドとの密着性が向上してい
た。
【0080】また、プラズマ処理を行ったフッ素化ポリ
イミドの表面をSEMにより観察したところ、酸素プラ
ズマ処理を行ったサンプルでは0.5μm以下程度の微
少な凹凸が多数生じていたのに対し、窒素プラズマ処理
を行ったサンプルでは変化が見られなかった。このこと
から、酸素プラズマ処理での密着性の向上はフッ素化ポ
リイミド表面の粗面化によると考えられる。一方、窒素
プラズマ処理では、何らかの化学的変化により表面に活
性な官能基が生成されていると考えられる。これらの結
果は、フッ素化ポリイミドのみではなく他のポリイミド
や有機ポリマでも同様であった。
【0081】以上のように、有機ポリマの表面を酸素あ
るいは窒素ガスによるプラズマ処理を行った後にマスク
兼クラッド4となる無機誘電体を成膜することにより、
有機ポリマと無機誘電体との密着性を向上させることが
可能となり、耐熱性が高く、例えば、半導体レーザを同
一基板上にハイブリッドに配置することが容易となる。
【0082】次に、密着剤からなる密着層を用いた場合
の改善処理について説明する。有機ポリマとして、フッ
素化ポリイミドを用い、マスク兼クラッド4としての無
機誘電体を成膜する前に密着層として、シロキサン変成
ポリイミド(密着剤)をスピンコートにより約500Å
の厚みに成膜した。そして、前述した工程により、有機
光導波路を作製した。
【0083】その結果、密着剤を用いない場合に比べて
密着性が向上し、300℃の熱処理を行っても剥離が生
じなくなった。しかしながら、スライシングによる負荷
をかけたところ、剥離が生じた。これは、熱重合してイ
ミド化したフッ素化ポリイミドでは密着剤として用いた
ポリイミドとの密着性が悪く、この部分から剥離が生じ
たためと考えられる。
【0084】そこで、フッ素化ポリイミドの熱処理は1
00℃、200℃、350℃の3段階で行っているが、
350℃の熱処理を行う前に密着剤としてのシロキサン
変成ポリイミドを成膜し、その後、350℃の熱処理を
行ってみた。これによれば、密着剤とフッ素化ポリイミ
ドとの密着性が向上し、その結果、スライシングによる
負荷をかけても無機誘電体膜である酸化シリコンが剥離
しなくなった。
【0085】以上のように、有機ポリマと無機誘電体の
間に密着層を設けることにより、有機ポリマと無機誘電
体との密着性を向上させることができる。また、有機ポ
リマが熱重合する前に密着層を形成することにより、さ
らに有機ポリマと無機誘電体膜との密着性を向上させる
ことが可能となる。
【0086】密着層を成す密着剤は有機ポリマ材料によ
って選択されるものであり、もちろんシロキサン変成ポ
リイミド以外の材料を用いても良く、他の有機ポリマや
アミノフェニルトリメトキシシラン等のシランカップリ
ング剤等を用いても良い。
【0087】次に、上述してきた方法により作製した有
機光導波路の伝搬損失について説明する。コア部3材料
として、ポリイミド(商品名PIX−3400、日立化
成製)、シロキサン無添加ポリイミド(商品名PIG、
チッソ製)、フッ素化ポリイミド(商品名OPI−N1
005、日立化成製)を用いた。コア部3の膜厚40μ
m、幅50μmのマルチモード光導波路を上述した工程
により作製した。マスク兼クラッド4およびオーバーク
ラッド5としての無機誘電体に、2μm厚の酸化シリコ
ンを用いた。また、有機ポリマと無機誘電体である酸化
シリコンとの密着性を向上させるために窒素ガスによる
プラズマ処理を行った。
【0088】そして、長さの異なる有機光導波路を作製
し、カットバック法により波長650nmでの伝搬損失
を測定したところ、PIX−3400で34.0dB/
cm、PIGで9.9dB/cm、OPI−N1005
で3.2dB/cmの値が得られた。
【0089】なお、ここではオーバークラッド5を別途
設ける構成としたが、マスク兼クラッド4がコア部3の
上部クラッドとして機能するので、このマスク兼クラッ
ド4にて屈折率差が大きくなり過ぎる問題や、コア部3
の保護の問題を低減できる。オーバークラッド5を形成
しない構成では、空気をサイドクラッドとすればよい。
【0090】〔実施の形態2〕本発明に係る実施の他の
形態を、図3および図4に基づいて説明すれば、以下の
通りである。
【0091】尚、説明の便宜上、前記実施の形態にて示
した部材と同一の機能を有する部材には、同一の符号を
付記し、その説明を省略する。
【0092】図3は、本発明に係る光学部品の一例であ
る双方向光通信モジュール8を表すもので(a)が概略
図、(b)が光送信部の断面図である。図3を基に本発
明に係る光学部品の一例を説明する。
【0093】図3(a)において、送信用光導波路9と
受信用光導波路10は、前述の実施の形態1において説
明した有機光導波路である。有機光導波路の表面には、
図3(b)に示すように、遮光膜16として、アルミニ
ウム膜17、TiW膜18、金膜19がこの順にそれぞ
れ1μm、2000Å、2000Åの厚さで形成されて
いる。
【0094】有機光導波路の周囲を金属で覆うことによ
り、有機光導波路の外部から不必要な光が有機光導波路
に混信することを防止することができ、例えば、図3に
示した双方向光通信モジュール8では、送信用光導波路
9と受信用光導波路10とのクロストークを防止するこ
とができる。また、光導波路内の光が外部に漏れにくく
なり、伝搬損失を少なくする効果もある。
【0095】さらにまた、一般に有機ポリマは金属膜と
密着性が悪いが、無機誘電体をオーバークラッド5とす
ることにより、遮光膜16としての金属膜との密着性を
向上させることができる。遮光膜16としてはアルミニ
ウム以外に銅や金等の金属や、光透過率の低い樹脂等を
用いることができる。有機光導波路のその他の構成は図
1で示したものと同様であり説明を省略する。
【0096】双方向光通信モジュール8の一端には、プ
ラスチック光ファイバー11が送信用光導波路9と受信
用光導波路10に対向して設置される。送信用光導波路
9の他端には、ボンディングパッド15の上に半導体レ
ーザ12が設置されている。
【0097】受信用光導波路10の他端の受信用光導波
路10の下部には、基板1にモノリシックに形成された
フォトダイオード13が設置されている。実施の形態1
で説明したような有機光導波路を用いることにより、半
導体レーザ12やフォトダイオード13と有機光導波路
とを同一基板上に容易に形成することが可能となる。
【0098】このような構成において、半導体レーザ1
2からの出射光は送信用光導波路9を伝搬して、プラス
チック光ファイバー11に結合される。プラスチック光
ファイバー11を伝搬してきた受信光は受信用光導波路
10に結合され、受信用光導波路10を伝搬してフォト
ダイオード13で受信される。フォトダイオード13の
上部のバッファ層をなくすことで受信用光導波路10を
伝搬してきた受信光がフォトダイオード13に結合す
る。
【0099】この双方向光通信モジュール8では送信光
と受信光を有機光導波路により分離しているため、1本
のプラスチック光ファイバー11により、同時双方向通
信を行うことができる。また、有機光導波路は厚膜形成
が容易であるため、大口径のプラスチック光ファイバー
11と高効率で結合させることが可能となる。なお、図
中14は、双方向光通信モジュール8の制御装置であ
る。
【0100】以上のように、クラッド部(オーバークラ
ッド5、マスク兼クラッド4)として無機誘電体を用い
た有機光導波路を構成要素としていることにより、有機
光導波路と他の光学素子と容易に結合させることがで
き、安価で集積性の高い光学部品を得ることができる。
【0101】また、断面図に示すように、ボンディング
パッド15は遮光膜16と同様にアルミニウム膜17、
TiW膜18、金膜19から構成されており、遮光膜1
6と同一工程により形成される。この形成工程を図4を
基に説明する。
【0102】1) まず、図2で説明した有機光導波路
の作製工程により送信用光導波路9を作製する(図4
(a)参照)。
【0103】2) 次に、図4(b)に示すように、有
機光導波路の遮光膜16および半導体レーザ12のボン
ディングパッド15としてアルミニウム膜17を約1μ
m、TiW膜18を約2000Å、金膜19を約200
0Åをこの順にそれぞれスパッタ法により製膜する。
【0104】3) 次に、図4(c)に示すように、フ
ォトレジスト6を塗布して、フォトリソグラフィーによ
りボンディングパッド15および遮光膜16部以外のフ
ォトレジスト6を除去する。
【0105】4) 次に、図4(d)に示すように、ウ
エットエッチングにより金膜19、TiW膜18、アル
ミニウム膜17の不要部分を除去する。
【0106】5) 次に、図4(e)に示すように、ボ
ンディングパッド15上に厚さ1μm程度のインジウム
シートを貼り、その上に半導体レーザ12を設置し、約
300℃の熱処理を行うことにより半導体レーザ12を
ボンディングパッド15にボンディングする。
【0107】以上のように、遮光膜16とボンディング
パッド15を同一工程により形成することにより、製造
工程を簡略化することができ、安価な光学部品を得るこ
とができる。ボンディングパッド15の構成は上述した
アルミニウム膜17、TiW膜18、金膜19の3層に
限ったものではなく、例えば、アルミニウムの下に熱伝
導率の高い材料をヒートシンクとして形成してもよい。
【0108】もちろん、ここで説明した構成は、本発明
に係る一構成例であり、他の光通信装置や光集積回路に
本発明の有機光導波路を用いることにより、安価で集積
性が高く、信頼性の高い光学部品を得ることができる。
【0109】
【発明の効果】本発明の第1の有機光導波路は、以上の
ように、有機ポリマからなるコア部と、該コア部の上面
を覆う、コア部より低い屈折率を有する無機誘電体から
なるクラッド部とを有する構成であり、より好ましく
は、クラッド部となる無機誘電体が、スパッタ法やCV
D法、蒸着法等を用いて成膜されている構成である。
【0110】また、本発明の第1の有機光導波路の製造
方法は、コア部に加工された有機ポリマ層上に、クラッ
ド部として無機誘電体層をCVD法、スパッタ法、或い
は蒸着法にて形成する工程を有するものである。
【0111】これにより、容易にコア部と同様の形状に
クラッド部を形成できるので、従来の有機ポリマからな
るクラッド部を備えた有機光導波路に比べ、製造工程の
簡略化を図りながら、半導体レーザ等の他の光学素子と
の結合性が良く、集積化も容易な有機光導波路を得るこ
とができるという効果を奏する。
【0112】本発明の有機光導波路においてより好まし
い構成は、有機ポリマからなるコア部と、該コア部の上
部を覆い、コア部加工時のマスクともなる、コア部より
低い屈折率を有する無機誘電体からなるマスク兼用のク
ラッド部を有する構成である。
【0113】また、本発明の第2の有機光導波路の製造
方法は、加工されてコア部となる有機ポリマ層を形成す
る工程と、上記有機ポリマ層上にクラッド部となる無機
誘電体層を形成する工程と、上記無機誘電体層をコア部
の上面のみ覆う形状に加工する工程と、上記の加工済み
無機誘電体層をマスクとしてドライエッチングにより有
機ポリマ層をコア部に加工する工程とを有するもので
る。
【0114】これにより、コア部の加工後にマスクを除
去する必要がなくなり、有機光導波路の作製工程を減ら
すことができ、かつ、マスク除去時に他の素子へ悪影響
が及ぶことも防ぐことが可能な有機光導波路を得ること
ができるという効果を奏する。
【0115】本発明の有機光導波路においてより好まし
い構成は、クラッド部の周囲に遮光膜が形成されている
構成であり、また、本発明の第1及び第2の有機光導波
路の製造方法においてより好ましい方法は、クラッド部
となる無機誘電体層を覆うように遮光膜を形成する工程
をさらに含む方法である。
【0116】これにより、遮光膜を備えた有機光導波路
となるので、遮光膜にて不必要な光が有機光導波路へ進
入することが阻止され、混信を防止できるという効果を
併せて奏する。
【0117】また、本発明の有機光導波路におけるクラ
ッド部を形成する無機誘電体として酸化シリコンを用い
ることで、第2の製造方法を実施でき、前述した効果を
奏することができる。
【0118】また、本発明のにおけるコア部を形成する
有機ポリマの主成分としてポリイミド用いることで、高
透過率にて伝搬損失を小さくでき、かつ、高耐熱性にて
加熱を必要とする他の素子との集積化も容易に行うこと
ができるという効果を併せて奏する。
【0119】また、ポリイミドの中でも、シラン無添加
のポリイミドを用いることで、より確実に、コア部の加
工に酸素ガスによRIEを用いた際のエッチング残渣の
発生を低減できるという効果を併せて奏する。
【0120】また、ポリイミドの中でも、フッ素化ポリ
イミドを用いることで、さらなる高透過率による伝搬損
失の低減、さらなる高耐熱性にて加熱を必要とする他の
素子との集積性の向上を図りながら、コア部の加工に酸
素ガスによRIEを用いた際のエッチング残渣の発生を
低減できるという効果を併せて奏する。
【0121】また、本発明の有機光導波路においてより
好ましい構成は、コア部とクラッド部との間に有機ポリ
マ層と無機誘電体層との密着性を向上させるための密着
層を形成した構成であり、さらに好ましい構成は、密着
層が、コア部となる有機ポリマを熱重合させる前に形成
された構成である。
【0122】同様に、本発明の第1,第2の有機光導波
路の製造方法においてもより好ましい方法は、有機ポリ
マ層上に無機誘電体層を形成する前に、有機ポリマと無
機誘電体との密着性を向上させるための密着層を形成す
る工程を含む方法であり、さらに好ましい方法は、密着
層を形成する工程が、有機ポリマを熱重合させる前に実
施される方法である。
【0123】これにより、有機ポリマ層と無機誘電体層
との密着性が向上され、例えば、高温での熱処理を行っ
たり、スライシング等の機械的負荷がかかっても剥離す
ることがなくなり、機械的負荷にも強くできるという効
果を併せて奏する。
【0124】また、本発明の第1,第2の有機光導波路
の製造方法においてもより好ましい方法は、有機ポリマ
層上に無機誘電体層を形成する前に、有機ポリマ層の表
面をプラズマ処理する工程を有する方法である。
【0125】これにより、無機誘電体膜との密着性を向
上させることができ、有機ポリマ層と無機誘電体層との
密着性が向上され、例えば、高温での熱処理を行った
り、スライシング等の機械的負荷がかかっても剥離する
ことがなくなり、機械的負荷にも強くできるという効果
を併せて奏する。
【0126】プラスマ処理として、少なくとも酸素元素
を含むガスによるプラズマ処理を行うことで、有機ポリ
マがエッチングされ、表面が粗面化されるため、有機ポ
リマと無機誘電体膜との密着性を向上させることができ
る。また、少なくとも窒素元素を含むガスによるプラズ
マ処理を行うことにより、表面に活性な官能基が生成さ
れるため、有機ポリマと無機誘電体膜との密着性を向上
させることができる。
【0127】本発明の光学部品は、有機光導波路と、発
光素子と、受光素子と、レンズ等の光学素子とが同一基
板上に形成された光学部品において、上記した本発明の
有機光導波路、或いは本発明の第1及び第2の製造方法
において製造された有機光導波路を備えている構成であ
り、上記したように、本発明の有機光導波路、或いは本
発明の第1及び第2の製造方法において製造された有機
光導波路は、他の光学素子との集積化が容易であると共
に、RIEによる加工で残渣の発生が少なく、かつ、製
造工程の簡略化が可能な有機光導波路であるので、この
ような有機光導波路を構成要素とすることにより、高精
度加工が施された集積性の高い光学部品を安価に得るこ
とができるという効果を奏する。
【0128】本発明の光学部品の製造方法は、本発明の
光学部品の製造方法であって、発光素子として半導体レ
ーザを用い、半導体レーザのボンディングあるいは配線
に用いるパッドを、有機光導波路におけるクラッド部を
覆う遮光膜と同一工程により形成した方法であり、これ
により、半導体レーザのボンディングパッドや配線用パ
ッドを有機光導波路の遮光膜と同一とすることにより、
光学部品の製造工程をさらに簡略化することができ、価
格のさらなる低減が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態を示すもので、有機光導
波路の断面形状を表す概略図である。
【図2】(a)〜(e)は、図1に示す有機光導波路の
作製工程を表す概略図である。
【図3】(a)および(b)は、本発明の実施の他の形
態を示すもので、(a)は有機光導波路を用いた光学部
品である双方向光通信モジュールの概略平面図であり、
(b)はそのA−A線矢視断面図である。
【図4】(a)〜(e)は、図3に示した双方向光通信
モジュールの製造する際の、遮光膜とボンディングパッ
ドの作製工程を表す概略図である。
【図5】(a)〜(f)は、従来の有機光導波路の作製
工程を表す概略図である。
【符号の説明】
1 基板 2 バッファ層 3 コア部(コア部) 4 マスク兼クラッド(クラッド部,マスク兼用のクラ
ッド部) 5 オーバークラッド(クラッド部) 6 フォトレジスト 8 双方向光通信モジュール(光学部品) 9 送信用光導波路(有機光導波路) 10 受信用光導波路(有機光導波路) 11 プラスチック光ファイバー 12 半導体レーザ 13 フォトダイオード 14 制御装置 15 ボンディングパッド 16 遮光膜 17 アルミニウム膜 18 TiW膜 19 金膜
フロントページの続き (72)発明者 田村 壽宏 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 倉田 幸夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 2H047 KA05 MA05 MA07 PA03 PA04 PA05 PA24 PA28 QA05 RA08 TA05 TA35 TA43 TA44

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】有機ポリマからなるコア部と、 該コア部を覆うコア部より低い屈折率を有する無機誘電
    体からなるクラッド部とを有することを特徴とする有機
    光導波路。
  2. 【請求項2】請求項1記載の有機光導波路において、 クラッド部となる無機誘電体が、スパッタ法、CVD
    法、或いは蒸着法で形成されていることを特徴とする有
    機光導波路。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載の有機光導波路におい
    て、 上記クラッド部の一部が、コア部加工時のマスクともな
    るマスク兼用のクラッド部であることを特徴とする有機
    光導波路。
  4. 【請求項4】請求項1、2又は3記載の有機光導波路に
    おいて、 クラッド部を含むコア部周囲に遮光膜が形成されている
    ことを特徴とする有機光導波路。
  5. 【請求項5】請求項1ないし4の何れかに記載の有機光
    導波路において、 クラッド部を形成する無機誘電体が酸化シリコンである
    ことを特徴とする有機光導波路。
  6. 【請求項6】請求項1ないし5の何れかに記載の有機光
    導波路において、 コア部を形成する有機ポリマの主成分がポリイミドであ
    ることを特徴とする有機光導波路。
  7. 【請求項7】請求項6に記載の有機光導波路において、 上記ポリイミドがシラン無添加のポリイミドであること
    を特徴とする有機光導波路。
  8. 【請求項8】請求項7に記載の有機光導波路において、 上記ポリイミドがフッ素化ポリイミドであることを特徴
    とする有機光導波路。
  9. 【請求項9】請求項1ないし8の何れかに記載の有機光
    導波路において、 コア部とクラッド部との間に、有機ポリマと無機誘電体
    との密着性を向上させるための密着層が形成されている
    ことを特徴とする有機光導波路。
  10. 【請求項10】請求項9に記載の有機光導波路におい
    て、 上記密着層が、コア部となる有機ポリマを熱重合させる
    前に形成されたものであることを特徴とする有機光導波
    路。
  11. 【請求項11】コア部に加工された有機ポリマ層上に、
    コア部を覆うようにクラッド部となる無機誘電体層を、
    CVD法、スパッタ法、或いは蒸着法にて形成する工程
    を有することを特徴とする有機光導波路の製造方法。
  12. 【請求項12】加工されてコア部となる有機ポリマ層を
    形成する工程と、 上記有機ポリマ層上にクラッド部となる無機誘電体層を
    形成する工程と、上記無機誘電体層をコア部の上面のみ
    覆う形状に加工する工程と、 上記の加工済み無機誘電体層をマスクとしてドライエッ
    チングにより有機ポリマ層をコア部に加工する工程とを
    有することを特徴とする有機光導波路の製造方法。
  13. 【請求項13】請求項11又は12に記載の有機光導波
    路の製造方法において、 クラッド部となる無機誘電体層を覆うように遮光膜を形
    成する工程を有することを特徴とする有機光導波路の製
    造方法。
  14. 【請求項14】請求項11ないし13の何れかに記載の
    有機光導波路の製造方法において、 有機ポリマ層上に無機誘電体層を形成する前に、有機ポ
    リマと無機誘電体との密着性を向上させるための密着層
    を形成する工程を有することを特徴とする有機光導波路
    の製造方法。
  15. 【請求項15】請求項14に記載の有機光導波路の製造
    方法において、 有機ポリマを熱重合させる前に密着層を形成することを
    特徴とする有機光導波路の製造方法。
  16. 【請求項16】請求項11ないし13の何れかに記載の
    有機光導波路の製造方法において、 有機ポリマ層上に無機誘電体層を形成する前に、有機ポ
    リマ層の表面をプラズマ処理する工程を有することを特
    徴とする有機光導波路の製造方法。
  17. 【請求項17】請求項16に記載の有機光導波路の製造
    方法において、 上記プラズマ処理が少なくとも酸素元素を含むガスによ
    るプラズマ処理であることを特徴とする有機光導波路の
    製造方法。
  18. 【請求項18】請求項16記載の有機光導波路の製造方
    法において、 上記プラズマ処理が少なくとも窒素元素を含むガスによ
    るプラズマ処理であることを特徴とする有機光導波路の
    製造方法。
  19. 【請求項19】有機光導波路と、発光素子と、受光素子
    と、レンズ等の光学素子とが同一基板上に形成された光
    学部品において、 前記請求項1ないし10の何れかに記載の有機光導波
    路、或いは請求項11ないし18の何れかに記載の有機
    光導波路の製造方法において製造された有機光導波路を
    備えていることを特徴とする光学部品。
  20. 【請求項20】請求項19に記載の光学部品の製造方法
    であって、 発光素子として半導体レーザを用い、半導体レーザのボ
    ンディングあるいは配線に用いるパッドを、有機光導波
    路におけるクラッド部を覆う遮光膜と同一工程により形
    成したことを特徴とする光学部品の製造方法。
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