JP2001350043A

JP2001350043A - 光導波路デバイス及びその製造方法

Info

Publication number: JP2001350043A
Application number: JP2000167099A
Authority: JP
Inventors: Shinji Maruyama; 眞示丸山; Shunichi Hayamizu; 俊一速水
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2000-06-05
Filing date: 2000-06-05
Publication date: 2001-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、コアからの漏洩による不要光を
効果的に除去する事ができる光導波路デバイスを提供
し、またこれを簡便に製造するための方法を提供する。【解決手段】光源からの複数の光を所定の間隔に密接さ
せる光導波路デバイスにおいて、前記複数の光がそれぞ
れ通過する導波路の、そのコアを除く射出側端面に遮光
材を設けた構成とする。また、導波路の射出側端面にポ
ジフォトレジストを設け、その導波路のコアより光を射
出させてそのポジフォトレジストを露光し、そのポジフ
ォトレジストの感光した部分を現像により除去する事を
特徴とする光導波路デバイスの製造方法を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路デバイス
に関するものであり、更に詳しくは、特にレーザービー
ムプリンタの光源として構成される光導波路デバイスに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報ネットワークの発達及びデジ
タル化に伴い、レーザービームプリンタの高速化が強く
望まれてきている。この、レーザービームプリンタの高
速化を図る手段の一つとして、走査用のポリゴンミラー
の回転を高速化する事が挙げられる。ところが、現状で
はポリゴンミラーの回転数が５万回転近くになると、遠
心力によるポリゴン面の歪が生じるため、これ以上のポ
リゴンミラーの回転の高速化には限度があるとされてい
る。そこで、レーザービームプリンタの描画速度のさら
なる高速化を図るために、複数のレーザービームで感光
体面を走査する事が従来より行われている。

【０００３】具体的には、例えば特開平１０−２８２４
４１号公報，ＵＳＰ４６３７６７９号公報，ＵＳＰ４５
４７０３８号公報，ＵＳＰ４９５８８９３号公報等に記
載されている如く、偏光ビームスプリッタ，ハーフミラ
ー，プリズム面の反射等を利用して、複数のレーザービ
ームを適切な間隔に光学的に偏向して調整する構成が提
案或いは採用されている。しかしながら、これらの方法
では、レーザービームの本数が多くなると、アライメン
トが困難になり、部品が大きくなってコストがかかりす
ぎるという欠点があり、現在以上の高速化は非常に困難
な状況となっている。

【０００４】このため、複数のレーザー光源を微小ピッ
チで配置したいわゆるマルチ光源を構成する方法が望ま
れている。その方法としては、例えば特開昭５４−７３
２８号公報に記載されている如く、複数のレーザー光源
として基板上に複数のレーザーダイオードを形成したい
わゆるアレイレーザーを使用する方法、光ファイバーよ
り射出した光を二次光源として用いる方法、入射側より
射出側のピッチを狭小化した光導波路を用いる方法があ
る。

【０００５】但し、アレイレーザーを使用する方法にお
いて、レーザーダイオードが配置されるピッチは、感光
体面上での結像状態を考えると、複数のレーザービーム
スポットを充分近接させるために、１００μｍ以下の微
小間隔である事が望ましいのであるが、このような微小
ピッチで基板上にレーザーダイオードを形成する事は、
発熱の問題があり、困難である。故に、上記他の方法で
ある光ファイバー或いは光導波路を用いて所定の間隔に
密接させた二次光源を得る方法が有効であると考えられ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
レーザービームを用いる場合、そのレーザービームプリ
ンタにおいて良好な印字結果を得るためには、感光体面
上における各レーザービームの光量等が揃っている事が
必須となる。ところが、上述した入射側より射出側のピ
ッチを狭小化した光導波路を用いる方法による場合、各
導波路のコアを伝搬する信号光の一部が、例えばコアの
曲がり部等でクラッドに漏洩し、不要光となるときがあ
る。このような不要光は、所望の画像を得ようとする上
でのノイズとなるので、除去しなくてはならない。ま
た、一本のレーザービームを用いる場合でも、伝搬及び
コアの曲がりによる光の漏洩が生じるので、不要光を除
去する必要がある。

【０００７】このため、例えば特開２０００−２８８３
７号公報や、特開平９−５５４８号公報等に記載されて
いる如く、コア外周のクラッド部分の更に外側に光吸収
層を設ける事により、不要光を除去する方法が提案され
ている。しかし、このような方法では導波路の製造工程
が複雑となり、また多くの光吸収材料が必要となるので
コストアップにつながる。また、特開平１１−２８１８
３７号公報に記載されている如く、光導波層の全周端面
に、光入力部又は光出力部を除いて、レーザ光吸収材を
設ける構成が提案されている。しかし、その具体的な製
造方法については述べられていない。

【０００８】本発明は、このような問題点に鑑み、簡単
な構成で、コアからの漏洩による不要光を効果的に除去
する事ができる光導波路デバイスを提供し、またこれを
簡便に製造するための方法を提供する事を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光源からの光を導波路に入射し射出さ
せる光導波路デバイスにおいて、前記光が通過する導波
路の、そのコアを除く射出側端面に遮光材を設けた事を
特徴とする。

【００１０】さらには、光源からの複数の光を所定の間
隔に密接させる光導波路デバイスにおいて、前記複数の
光がそれぞれ通過する導波路の、そのコアを除く射出側
端面に遮光材を設けた事を特徴とする。

【００１１】また、前記遮光材がポジフォトレジストよ
り成る事を特徴とする。或いは、前記遮光材が蒸着され
た金属より成る事を特徴とする。

【００１２】その他、前記導波路の射出端で前記光源の
副次的光源を形成する事を特徴とする。

【００１３】また、導波路の射出側端面にポジフォトレ
ジストを設け、その導波路のコアより光を射出させてそ
のポジフォトレジストを露光し、そのポジフォトレジス
トの感光した部分を現像により除去する事を特徴とする
光導波路デバイスの製造方法を行う。

【００１４】或いは、導波路の射出側端面にネガフォト
レジストを設け、その導波路のコアより光を射出させて
そのネガフォトレジストを露光し、そのネガフォトレジ
ストの感光した部分以外を現像により除去し、この状態
で前記導波路の射出側端面に遮光材を設け、前記残りの
ネガフォトレジストを除去する事を特徴とする光導波路
デバイスの製造方法を行う。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の光
導波路デバイスによる導波路型マルチビーム光源の一般
的な構成を模式的に示す斜視図である。同図に示すよう
に、導波路型マルチビーム光源１は、主として複数の導
波路３を有する光導波路デバイス２と、レーザーダイオ
ードＬＤとより成る。

【００１６】光導波路デバイス２において、導波路３は
入射端３ａよりも射出端３ｂの配列ピッチを狭小化した
構成となっている。また、各導波路３の入射端３ａに
は、それぞれレーザーダイオードＬＤが配設されてい
る。そして、各レーザーダイオードＬＤからのレーザー
ビームはそれぞれ各入射端３ａより入射し、各導波路３
を伝搬して各射出端３ｂより狭小間隔のマルチビームＭ
として出てくる。

【００１７】以下に、本発明の光導波路の作製手順を説
明する。光導波路のクラッド層，コア層を形成する膜の
材料としては、石英，ポリイミド樹脂，エポキシ樹脂等
が使用されるが、本実施形態では、石英系の材料を用い
たもので例示している。まず、膜の材料として基本的に
はＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate：Ｓｉ（ＯＣ
₂Ｈ₅）₄）を用い、低温プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ₂
の各膜を形成している。ここで、ＳｉＯ₂にドーピング
を施す事により、屈折率が変化する事はよく知られてい
る。

【００１８】例えば、ＳｉＯ₂にＧｅをドープする事で
屈折率は増加し、Ｆをドープする事で屈折率は減少す
る。このとき、光導波路の各層の構成としての（クラッ
ド層／コア層／クラッド層）に対応して、（ＳｉＯ₂／
ＳｉＯ₂：Ｇｅ／ＳｉＯ₂）のようにＧｅをドープして屈
折率を増加させたコア層とするか、或いは（ＳｉＯ₂：
Ｆ／ＳｉＯ₂／ＳｉＯ₂：Ｆ）のようにＦをドープして屈
折率を減少させたクラッド層とする構成が考えられる。
ここではＦをドープする構成を例に挙げて説明する。

【００１９】図２は、Ｆのドープ量に対する屈折率の変
化の様子の一例を示すグラフである。ここでは横軸に成
膜時のＣ₂Ｆ₆の０℃，１気圧でのガス流量（単位ｓｃｃ
ｍ：standard cubic centimeter per minute）、縦軸に
形成したＳｉＯ₂の屈折率を取っている。但し、成膜条
件は、基板温度：３５０℃ ガス圧力：約８０ＰａＴＥＯＳ／Ｏ₂ ：１２／１００ｓｃｃｍＲＦパワー：３００ｗである。

【００２０】ここで、基板温度とは、光導波路作製時に
用いる、後述する石英基板を載置する基板の温度の事で
ある。また、ＴＥＯＳ／Ｏ₂とは、これら材料ガスとキ
ャリアガスを混合したものの各流量である。そして、Ｒ
Ｆパワーとは雰囲気中にかけられる高周波の電力であ
る。同図に示すように、まず、Ｆのドープ量が０のとき
には、屈折率は１．４７３程度を保っているが、Ｃ₂Ｆ₆
の流量即ちＦのドープ量が増すにつれて屈折率は徐々に
減少し、流量３０ｓｃｃｍのときには屈折率が１．４４
以下となっている。従って、このＣ₂Ｆ₆の流量即ちＦの
ドープ量を調整する事により、屈折率を所定の値に減少
させた上記クラッド層を形成する事ができる。

【００２１】図３は、光導波路の具体的な作製プロセス
の一例を示す模式図である。同図では、光導波路の具体
的な構成を、光射出側から示している。ここでは、光導
波路に熱応力によるクラック等が発生しないように、熱
膨張係数がそれに等しい石英基板１１を用いている。ま
ず、同図（ａ）に示すように、石英基板１１上面に下部
クラッド層１２ａを形成する。これは、ＦドープＳｉＯ
₂膜を、上記Ｃ₂Ｆ₆を混合したＴＥＯＳにより以下の成
膜条件で、約１５μｍの厚さに形成するものである。本
条件では比屈折率差は０．５％になる。

【００２２】ＲＦパワー：４００ｗ成膜温度：４００℃ ＴＥＯＳ：１２ｓｃｃｍＯ₂ ：４００ｓｃｃｍＣ₂Ｆ₆：１２ｓｃｃｍガス圧力：５３Ｐａ

【００２３】次に、同図（ｂ）に示すように、下部クラ
ッド層１２ａ上面にコア層１３を形成する。これは、前
記Ｃ₂Ｆ₆を含んだＴＥＯＳのガス供給を停止し、残留ガ
スを真空引きした後、ノンドープＳｉＯ₂膜を、Ｃ₂Ｆ₆
を混合しないＴＥＯＳにより以下の成膜条件で、約３μ
ｍの厚さに形成するものである。

【００２４】ＲＦパワー：４００ｗ成膜温度：４００℃ ＴＥＯＳ：１２ｓｃｃｍＯ₂ ：４００ｓｃｃｍガス圧力：５３Ｐａ

【００２５】さらに、同図（ｃ）に示すように、コア層
１３上面に、マスク材料としてスパッタ法によりアモル
ファスシリコン膜１４を０．６μｍ形成する。そして、
同図（ｄ）に示すように、アモルファスシリコン膜１４
上面にレジストを０．２μｍ塗布し、フォトリソグラフ
ィーにより、光導波路のコア形状となるようにパターニ
ングを行い、レジスト１５を形成する。

【００２６】（ｄ）の状態で、ＳＦ₆ガスを用いた反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）
により、アモルファスシリコン膜１４をパターニング
し、レジスト１５をアッシングにより除去すると、同図
（ｅ）に示すように、残った部分がアモルファスシリコ
ンによるマスク１４ａとなる。続いて（ｅ）の状態で、
ＣＨＦ₃ガスを用いたＲＩＥにより、コア層１３をパタ
ーニングすると、同図（ｆ）に示すように、残った部分
がコア１３ａとなる。

【００２７】さらに（ｆ）の状態で、下部クラッド層１
２ａ上面に、コア１３ａも覆うように、上部クラッド層
１２ｂを形成する。これは、ＦドープＳｉＯ₂膜を、上
述した下部クラッド層１２ａと同じ成膜条件で、１０μ
ｍの厚さに形成するものである。この結果、同図（ｇ）
に示すように、下部クラッド層１２ａと上部クラッド層
１２ｂとが一体化し、コア１３ａを取り囲むクラッド１
２が形成され、光導波路が作製される。

【００２８】《実施例》上述したような要領で、図４に
示すように、ウェハＷ上に複数の光導波路デバイス２の
チップを作製した。ここでは導波路３の射出端３ｂ同士
が向かい合わせとなるように、チップが３枚ずつ計６枚
配列されている。作製された光導波路デバイスのコアの
高さ，幅は共に３μｍであり、導波路の間隔は３μｍと
している。これに基づき、以下に示す各実施例におい
て、本発明の光導波路デバイスの作製を行った。

【００２９】〈実施例１〉上記図４で示したような光導
波路デバイス２のチップそれぞれをダイサーで切り離し
た後、図５に示すように、導波路３の射出端３ｂ側の端
面を、矢印Ａで示す方向より、容器２０に溜めてあるポ
ジフォトレジストＰに浸し、ポジフォトレジストＰを導
波路端面に付着させる。図６は、導波路端面にポジフォ
トレジストが付着した様子を模式的に示す縦断面図であ
る。但し、導波路の途中部分は図示を省略している。

【００３０】同図（ａ）に示すように、導波路３の射出
端３ｂ側の端面にポジフォトレジストＰが付着した状態
で、同図（ｂ）に示すように、導波路３の入射端３ａ側
より、矢印Ｂで示すように、コア２１にポジフォトレジ
ストが感光する波長４０５ｎｍの光を入射させる。そし
て、射出端３ｂ側より光を射出させ、その射出部分に付
着していたポジフォトレジストＰを露光する。この状態
で、ポジフォトレジストＰを現像すると、同図（ｃ）に
示すように、導波路３の射出端３ｂ側の端面でコア２１
が配置された部分（つまり露光されて感光した部分）の
ポジフォトレジストＰが除去される。

【００３１】なお、本実施例では、導波路の入射端側か
ら光をコアに入射させているが、これには限定されな
い。即ち、図７に斜視図で模式的に示すように、導波路
３上部にプリズム２２を配置し、光源２３からの光を矢
印Ｃで示すようにプリズム２２に入射させ、これを導波
路３のコアに入射させる等の方法を行っても良い。

【００３２】本実施例で作製した光導波路デバイス２に
おいて、導波路３の入射端３ａ側より、コア２１に波長
７８０ｎｍのレーザーダイオードからの光を入射したと
ころ、射出端３ｂ側のコア２１部分とその周囲とで消光
比２０ｄＢを達成した。

【００３３】〈実施例２〉図８は、実施例２における光
導波路デバイス作製の工程を説明する縦断面図である。
上記図４で示したような、ウェハＷ上に複数の光導波路
デバイス２のチップが形成された状態で、図８（ａ）に
示すように、導波路３の向かい合った射出端３ｂ間に、
ダイサーで切り込みＫを入れる。そして、同図（ｂ）に
示すように、切り込みＫにポジフォトレジストＰを流し
込む。

【００３４】さらに、プリベイクした後、同図（ｃ）に
示すように、ダイサーのブレード２４により、向かい合
った射出端３ｂ間でポジフォトレジストＰと共にウェハ
Ｗを切断する。このとき、基板であるウェハＷがシリコ
ン等の結晶である場合は、劈開により切断しても良い。

【００３５】続いて、同図（ｄ）に示すように、導波路
３の入射端３ａ側より、矢印Ｄで示すように、コア２１
にポジフォトレジストが感光する波長４０５ｎｍの光を
入射させる。そして、射出端３ｂ側より光を射出させ、
その射出部分に付着していたポジフォトレジストＰを露
光する。但し、導波路の途中部分は図示を省略してい
る。この状態で、ポジフォトレジストＰを現像すると、
同図（ｅ）に示すように、導波路３の射出端３ｂ側の端
面でコア２１が配置された部分（つまり露光されて感光
した部分）のポジフォトレジストＰが除去される。

【００３６】本実施例で作製した光導波路デバイス２に
おいて、導波路３の入射端３ａ側より、コア２１に波長
７８０ｎｍのレーザーダイオードからの光を入射したと
ころ、実施例１の場合と同様にして、射出端３ｂ側のコ
ア２１部分とその周囲とで消光比２０ｄＢを達成した。
実施例２の方法は、実施例１の方法と比較して工程は多
くなるが、フォトレジストを基板で保持する事ができる
ので、安定した製品を作る事ができる。

【００３７】〈実施例３〉上記図４で示したような光導
波路デバイス２のチップそれぞれをダイサーで切り離し
た後、図９に示すように、導波路３の射出端３ｂ側の端
面を揃えて光導波路デバイス２を束ね、ネガフォトレジ
ストを導波路端面に塗布する。図１０は、導波路端面に
ネガフォトレジストが塗布された様子及びそれに基づく
遮光材形成の手順を模式的に示す縦断面図である。但
し、導波路の途中部分は図示を省略している。

【００３８】同図（ａ）に示すように、導波路３の射出
端３ｂ側の端面にネガフォトレジストＮが付着した状態
で、同図（ｂ）に示すように、導波路３の入射端３ａ側
より、矢印Ｅで示すように、コア２１にネガフォトレジ
ストが感光する波長の光を入射させる。そして、射出端
３ｂ側より光を射出させ、その射出部分に塗布されてい
たネガフォトレジストＮを露光する。この状態で、ネガ
フォトレジストＮを現像すると、同図（ｃ）に示すよう
に、導波路３の射出端３ｂ側の端面でコア２１が配置さ
れた部分（つまり露光されて感光した部分）以外のネガ
フォトレジストＮが除去される。

【００３９】続いて再び図９に示すように、導波路３の
射出端３ｂ側の端面を揃えて光導波路デバイス２を束
ね、図１０（ｄ）に示すように、導波路端面に遮光材２
５としてアルミを蒸着する。そして、残ったネガフォト
レジストＮをリフトオフ法などにより除去すると、同図
（ｅ）に示すように、導波路３の射出端３ｂ側の端面で
コア２１が配置された部分以外に、遮光材２５として蒸
着されたアルミが残る。ここでは遮光材としてアルミを
使用したが、遮光性のある材料であれば特にアルミには
限定されない。他の金属を蒸着しても良いし、遮光性の
ある塗料を塗布しても良い。

【００４０】〈実施例４〉図１１は、１個の光源からの
光を導波路に入射してから射出させる光導波路デバイス
の模式図である。ここではＳｉ基板２６の上に光導波路
デバイス２を形成し、レーザーダイオードＬＤ設置部分
の導波路をエッチングで除去して、レーザーダイオード
ＬＤをその光軸が導波路コア部と一致するようにＳｉ基
板２６上に搭載している。同図（ａ）は導波路３で光を
直線状に導き、また同図（ｂ）は導波路３で光を曲線状
に導き、射出端３ｂから光２７を射出させる。両図とも
実施例１と同様の方法で、光導波路デバイス２の端面２
ａ及びＳｉ基板２６の端面２６ａに斜線で示したポジフ
ォトレジストＰを設けて、射出端３ｂのコア部のみ除去
した構成により、不要光を除去している。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単な構成で、コアからの漏洩による不要光を効果的に
除去する事ができる光導波路デバイスを提供し、またこ
れを簡便に製造するための方法を提供する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路デバイスによる導波路型マル
チビーム光源の一般的な構成を模式的に示す斜視図。

【図２】Ｆのドープ量に対する屈折率の変化の様子の一
例を示すグラフ。

【図３】光導波路の具体的な作製プロセスの一例を示す
模式図。

【図４】ウェハ上に複数の光導波路デバイスのチップを
作製した様子を示す図。

【図５】導波路端面にフォトレジストを付着させる様子
を示す図。

【図６】導波路端面にポジフォトレジストが付着した様
子を模式的に示す縦断面図。

【図７】プリズムから導波路コアに光を入射させる方法
を模式的に示す斜視図。

【図８】実施例２における光導波路デバイス作製の工程
を説明する縦断面図。

【図９】光導波路デバイス２を束ねた様子を模式的に示
す斜視図。

【図１０】導波路端面における遮光材形成の手順を模式
的に示す縦断面図。

【図１１】１個の光源からの光を導波路に入射してから
射出させる光導波路デバイスの模式図。

【符号の説明】

１導波路型マルチビーム光源２光導波路デバイス３導波路２０容器２１コア２２プリズム２３光源２４ブレード２５遮光材２６Ｓｉ基板２７光ＬＤレーザーダイオードＭマルチビームＷウェハＰポジフォトレジストＮネガフォトレジスト

フロントページの続きＦターム(参考） 2C362 AA10 AA13 AA15 AA43 BA25 BA58 DA27 DA28 2H047 KA03 KA12 MA07 PA03 PA22 PA24 QA00 QA07 RA00 TA26 5F073 AB21 BA07 FA13 FA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源からの光を導波路に入射し射出させ
る光導波路デバイスにおいて、前記光が通過する導波路
の、そのコアを除く射出側端面に遮光材を設けた事を特
徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】光源からの複数の光を所定の間隔に密接
させる光導波路デバイスにおいて、前記複数の光がそれ
ぞれ通過する導波路の、そのコアを除く射出側端面に遮
光材を設けた事を特徴とする光導波路デバイス。
【請求項３】前記遮光材がポジフォトレジストより成
る事を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光導波
路デバイス。
【請求項４】前記遮光材が蒸着された金属より成る事
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光導波路デ
バイス。
【請求項５】前記導波路の射出端で前記光源の副次的
光源を形成する事を特徴とする請求項１〜請求項４のい
ずれかに記載の光導波路デバイス。
【請求項６】導波路の射出側端面にポジフォトレジス
トを設け、該導波路のコアより光を射出させて該ポジフ
ォトレジストを露光し、該ポジフォトレジストの感光し
た部分を現像により除去する事を特徴とする光導波路デ
バイスの製造方法。
【請求項７】導波路の射出側端面にネガフォトレジス
トを設け、該導波路のコアより光を射出させて該ネガフ
ォトレジストを露光し、該ネガフォトレジストの感光し
た部分以外を現像により除去し、この状態で前記導波路
の射出側端面に遮光材を設け、前記残りのネガフォトレ
ジストを除去する事を特徴とする光導波路デバイスの製
造方法。