JP2005221965A - Optical waveguide and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical waveguide in which signal light can be transferred at an arbitrary position in an optical circuit, and also to provide the manufacturing method. <P>SOLUTION: The optical waveguide 10 is composed of a core 12 and a clad 13 provided on a substrate 11. In the core 12, there are installed a reflection body 15 which is equipped with a slope 15a crossing the core 12 at an arbitrary angle and which is provided with a triangular or a trapezoidal cross section, and a light reflector 14 which is installed on the slope 15a of the reflection body 15 and which is provided with a light reflecting film 16 for reflecting signal light L1 propagating in the core 12. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光導波路を伝搬する信号光を面発光レーザや面型のフォトダイオードに効率良く結合させるための光導波路及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an optical waveguide for efficiently coupling signal light propagating through an optical waveguide to a surface emitting laser or a surface photodiode, and a method for manufacturing the same.

近年、様々な機能を集積化した平面光回路の信号光(光信号)を、光ファイバなどの伝送線を用いずに平面光回路の面と垂直な方向に取り出し、直接、電気回路と信号光をやり取りする光・電気複合実装技術の検討が進められている。   In recent years, signal light (optical signal) of a planar optical circuit that integrates various functions is taken out in a direction perpendicular to the plane of the planar optical circuit without using a transmission line such as an optical fiber, and is directly connected to an electric circuit and signal light. Optical / electrical composite mounting technology for exchanging data is being studied.

この光・電気複合実装技術を用いたものとしては、平面光回路の信号光(光導波路伝搬光)と面発光レーザ及び面型フォトダイオードとを光結合させた光導波路装置が知られている。例えば、図6に従来の光導波路装置60の一例を示すように、装置60は、基板61上に設けた所定の屈折率を有するコア62及びそのコア62よりも屈折率が低いクラッド63を有する光導波路65と、その光導波路65と光結合された面発光レーザ66及び面型フォトダイオード67とで構成される。光導波路65の両端面(図6中では左右両端面)65a,65bは、面発光レーザ66から出射されたレーザ光(光導波路伝搬光)L3を屈折させるべく、水平面に対して約45度の角度α傾いた斜面に形成されている。   An optical waveguide device in which signal light (optical waveguide propagation light) of a planar optical circuit, a surface emitting laser, and a planar photodiode are optically coupled is known as a device using this optical / electrical composite mounting technology. For example, as shown in FIG. 6 as an example of a conventional optical waveguide device 60, the device 60 includes a core 62 having a predetermined refractive index provided on a substrate 61 and a clad 63 having a refractive index lower than that of the core 62. The optical waveguide 65 includes a surface emitting laser 66 and a surface photodiode 67 optically coupled to the optical waveguide 65. Both end surfaces (left and right end surfaces in FIG. 6) 65a and 65b of the optical waveguide 65 are approximately 45 degrees with respect to the horizontal plane in order to refract the laser light (optical waveguide propagation light) L3 emitted from the surface emitting laser 66. It is formed on a slope with an angle α.

面発光レーザ66から垂直方向下向きに出射されたレーザ光(信号光)L3は、光導波路端面65aで直角に屈折して、コア62内に入射される。その後、レーザ光L3はコア62内を水平方向に伝搬し、反対側の光導波路端面65bで再び直角に屈折する。この屈折により、レーザ光L3は垂直方向上向きに出射され(取り出され)、面型フォトダイオード67に受光される(例えば、特許文献1参照)。   Laser light (signal light) L3 emitted vertically downward from the surface emitting laser 66 is refracted at right angles at the optical waveguide end face 65a and is incident on the core 62. Thereafter, the laser beam L3 propagates in the core 62 in the horizontal direction and is refracted at a right angle again at the opposite optical waveguide end face 65b. By this refraction, the laser beam L3 is emitted (taken out) upward in the vertical direction and received by the surface photodiode 67 (see, for example, Patent Document 1).

特開2000−235127号公報JP 2000-235127 A

しかしながら、従来の光導波路装置60は、光導波路65の端面65a,65bでレーザ光L3を屈折させているため、光回路の端部でだけ、つまりコア62の端部でだけしか信号光をやり取りできず、光回路の構成、設計に制限が生じるという問題があった。   However, since the conventional optical waveguide device 60 refracts the laser light L3 at the end faces 65a and 65b of the optical waveguide 65, signal light is exchanged only at the end of the optical circuit, that is, only at the end of the core 62. There is a problem that the configuration and design of the optical circuit are limited.

また、レーザ光L3を光導波路65の面と垂直な方向に屈折させる端面65a,65bは、研磨によって形成することが多いことから、光導波路65(光導波路装置60)を大量に製造するには不向きな製造方法であった。   Further, since the end faces 65a and 65b that refract the laser light L3 in the direction perpendicular to the surface of the optical waveguide 65 are often formed by polishing, a large amount of the optical waveguide 65 (optical waveguide device 60) is manufactured. It was an unsuitable manufacturing method.

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、光回路の任意の位置で信号光のやり取りが可能な光導波路及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention, which was created in view of the above circumstances, is to provide an optical waveguide capable of exchanging signal light at an arbitrary position of an optical circuit and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成すべく本発明に係る光導波路は、基板上に設けたコアとクラッドとで構成される光導波路において、上記コアと任意の角度で交差する斜面を備えた光反射部をコア内に設け、その光反射部の斜面の少なくとも表面部を金属材で構成したものである。   In order to achieve the above object, an optical waveguide according to the present invention is an optical waveguide composed of a core and a clad provided on a substrate, and includes a light reflecting portion having an inclined surface intersecting the core at an arbitrary angle. And at least the surface portion of the inclined surface of the light reflecting portion is made of a metal material.

ここで、金属材は、Ag、Au、Pt、Al、又はTaであることが好ましい。   Here, the metal material is preferably Ag, Au, Pt, Al, or Ta.

また、本発明に係る光導波路は、基板上に設けたコアとクラッドとで構成される光導波路において、上記コア内に、コアと任意の角度で交差する斜面を備えた断面が三角形状又は台形状の反射本体部と、その反射本体部の斜面に設けられ、コア内を伝搬する信号光を反射させる光反射膜とを有する光反射部を設けたものである。   Further, the optical waveguide according to the present invention is an optical waveguide composed of a core and a clad provided on a substrate, and the cross section provided with an inclined surface intersecting the core at an arbitrary angle in the core has a triangular shape or a base. A light reflecting portion having a shape of a reflecting main body portion and a light reflecting film provided on an inclined surface of the reflecting main body portion and reflecting signal light propagating in the core is provided.

ここで、光反射膜は、Ag、Au、Pt、Al、又はTaで構成されることが好ましい。また、クラッド側に反射した信号光が取り出される部分に、光を集光するレンズを設けてもよい。   Here, the light reflecting film is preferably composed of Ag, Au, Pt, Al, or Ta. In addition, a lens that collects the light may be provided in a portion where the signal light reflected on the clad side is extracted.

以上の構成によれば、光反射部をコア長手方向の任意の位置に設けることができ、その光反射部において、つまり光回路の任意の位置で、信号光のやり取りができるようになる。   According to the above configuration, the light reflecting portion can be provided at an arbitrary position in the longitudinal direction of the core, and signal light can be exchanged at the light reflecting portion, that is, at an arbitrary position of the optical circuit.

一方、本発明に係る光導波路装置は、上述した光導波路と、その光導波路と光学的に結合された面発光レーザ及び面型フォトダイオードとを備えたものである。   On the other hand, an optical waveguide device according to the present invention includes the above-described optical waveguide and a surface emitting laser and a surface photodiode optically coupled to the optical waveguide.

以上の構成によれば、光回路の任意の位置で信号光のやり取りができる光導波路を用いていることから、光回路の任意の位置に面発光レーザ及び面型フォトダイオードを設けることができる。よって、光導波路装置の構成に制限が無くなり、自由に光導波路装置を設計することができる。   According to the above configuration, since the optical waveguide capable of exchanging signal light at any position of the optical circuit is used, the surface emitting laser and the surface photodiode can be provided at any position of the optical circuit. Therefore, the configuration of the optical waveguide device is not limited, and the optical waveguide device can be freely designed.

一方、本発明に係る光導波路の製造方法は、基板上の下部クラッドの表面部にエッチングを施して断面矩形状のパターンを形成し、その矩形パターンにスパッタエッチング又は反応性イオンエッチングを施して、断面が三角形状又は台形状の反射本体部を形成し、その反射本体部の斜面に光反射膜を設けるものである。 ここで、下部クラッド上に、反射本体部と直交するようにコアを形成し、そのコア及び下部クラッドを覆うように上部クラッドを形成することが好ましい。   On the other hand, in the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention, the surface of the lower clad on the substrate is etched to form a pattern with a rectangular cross section, and the rectangular pattern is subjected to sputter etching or reactive ion etching, A reflection main body having a triangular or trapezoidal cross section is formed, and a light reflection film is provided on the slope of the reflection main body. Here, it is preferable that a core is formed on the lower clad so as to be orthogonal to the reflection main body, and an upper clad is formed so as to cover the core and the lower clad.

また、本発明に係る光導波路の製造方法は、基板上に設けた金属膜の表面部にエッチングを施して断面矩形状のパターンを形成し、その矩形パターンにスパッタエッチング又は反応性イオンエッチングを施して、断面が三角形状又は台形状の反射本体部を形成すると共に、その反射本体部の斜面を光反射膜に形成するものである。   Further, in the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention, a surface portion of a metal film provided on a substrate is etched to form a pattern having a rectangular cross section, and the rectangular pattern is subjected to sputter etching or reactive ion etching. Thus, the reflection main body having a triangular or trapezoidal cross section is formed, and the slope of the reflection main body is formed on the light reflection film.

ここで、基板上に、反射本体部と直交するようにコアを形成し、そのコア及び基板を覆うように上部クラッドを形成することが好ましい。   Here, it is preferable that a core is formed on the substrate so as to be orthogonal to the reflection main body, and an upper clad is formed so as to cover the core and the substrate.

以上の方法によれば、各種エッチングにより、コア長手方向の任意の位置に反射本体部を形成することができる。その結果、光反射部をコア長手方向の任意の位置に有する光導波路を容易に製造することができる。   According to the above method, a reflection main-body part can be formed in the arbitrary positions of a core longitudinal direction by various etching. As a result, an optical waveguide having a light reflecting portion at an arbitrary position in the core longitudinal direction can be easily manufactured.

本発明によれば、光回路の任意の位置で信号光のやり取りが可能な光導波路を得ることができるという優れた効果を発揮する。   According to the present invention, an excellent effect is obtained that an optical waveguide capable of exchanging signal light at an arbitrary position of an optical circuit can be obtained.

以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態)
本発明の好適な一実施形態に係る光導波路の断面図を図1に示す。
(First embodiment)
A cross-sectional view of an optical waveguide according to a preferred embodiment of the present invention is shown in FIG.

図1に示すように、本実施の形態に係る光導波路10は、平面基板11上に設けた所定の屈折率を有するコア12と、このコア12よりも屈折率が低いクラッド(上部クラッド)13とで構成され、コア12の途中に、コア12内を伝搬する信号光(光導波路伝搬光)L1をクラッド13側に反射させる光反射部14を設けたものである。ここで、図1においては、平面基板11、コア12、及び上部クラッド13の積層構造となっているが、平面基板11、下部クラッド(図示せず)、コア12、及び上部クラッド13の積層構造としてもよい。また、平面基板11を下部クラッドとしてもよい。   As shown in FIG. 1, an optical waveguide 10 according to the present embodiment includes a core 12 having a predetermined refractive index provided on a flat substrate 11 and a clad (upper clad) 13 having a refractive index lower than that of the core 12. In the middle of the core 12, a light reflecting portion 14 for reflecting the signal light (optical waveguide propagation light) L1 propagating in the core 12 to the clad 13 side is provided. Here, in FIG. 1, a laminated structure of the planar substrate 11, the core 12, and the upper cladding 13 is formed. However, a laminated structure of the planar substrate 11, the lower cladding (not shown), the core 12, and the upper cladding 13. It is good. Further, the planar substrate 11 may be a lower clad.

光反射部14は、コア12と任意の角度(例えば、約45度の角度)で交差する斜面15aを備えた反射本体部15と、その反射本体部15の斜面15aに設けられ、コア12内を伝搬する信号光L1を任意の角度でクラッド13側に反射させる光反射膜16とで構成される。反射本体部15は、断面が三角形状(又は台形状)に形成される。   The light reflecting portion 14 is provided on the reflecting body 15 having an inclined surface 15a intersecting with the core 12 at an arbitrary angle (for example, an angle of about 45 degrees), and the inclined surface 15a of the reflecting body 15 and And a light reflecting film 16 that reflects the signal light L1 propagating in the direction toward the clad 13 at an arbitrary angle. The reflection main body 15 is formed in a triangular (or trapezoidal) cross section.

光反射膜16の構成材としては、光を効率良く反射させることができる金属であれば特に限定するものではなく、例えば、Ag、Au、Pt、Al、又はTaが挙げられ、光の反射率を考慮するとAgが好ましく、耐熱性や低熱膨張性を考慮するとTaが好ましい。   The constituent material of the light reflecting film 16 is not particularly limited as long as it is a metal capable of efficiently reflecting light, and examples thereof include Ag, Au, Pt, Al, or Ta, and reflectivity of light. Ag is preferable, and Ta is preferable when considering heat resistance and low thermal expansion.

平面基板11、コア12、及びクラッド13の構成材としては、光回路を構成できるものであれば特に限定するものではなく、光回路の構成材として慣用的に使用されているものが全て適用可能である。   The constituent material of the planar substrate 11, the core 12, and the clad 13 is not particularly limited as long as it can constitute an optical circuit, and any material that is conventionally used as a constituent material of an optical circuit is applicable. It is.

ここで、本実施の形態に係る光導波路10においては、光反射部14を1個だけ形成する場合について説明を行ったが、複数個の光反射部14を一括形成するようにしてもよい。例えば、光反射部14を2個形成し、一方の光反射部14における反射本体部15の斜面上方位置に面発光レーザ(図6参照)を光学的に接続し、また、他方の光反射部14における反射本体部15の斜面上方位置に面型フォトダイオード(図6参照)を光学的に接続することで、光導波路装置を得ることができる。   Here, in the optical waveguide 10 according to the present embodiment, the case where only one light reflecting portion 14 is formed has been described. However, a plurality of light reflecting portions 14 may be collectively formed. For example, two light reflecting portions 14 are formed, and a surface emitting laser (see FIG. 6) is optically connected to a position above the inclined surface of the reflecting main body portion 15 in one light reflecting portion 14, and the other light reflecting portion is also connected. An optical waveguide device can be obtained by optically connecting a planar photodiode (see FIG. 6) to a position above the inclined surface of the reflection main body 15 in FIG.

次に、本実施の形態に係る光導波路10の製造方法の一例を説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the optical waveguide 10 according to the present embodiment will be described.

本実施の形態に係る光導波路の製造工程を、図2(a)〜図2(g)、図3(a)〜図3(g)に示す。   The manufacturing process of the optical waveguide according to the present embodiment is shown in FIGS. 2 (a) to 2 (g) and FIGS. 3 (a) to 3 (g).

先ず、図2(a)に示すように、平面基板21として石英ガラス基板を準備した。次に、図2(b)に示すように、基板21の表面に厚さが1μmのエッチングマスク用のWSi膜22を形成する。   First, as shown in FIG. 2A, a quartz glass substrate was prepared as the planar substrate 21. Next, as shown in FIG. 2B, an etching mask WSi film 22 having a thickness of 1 μm is formed on the surface of the substrate 21.

次に、図2(c)に示すように、感光性レジストを用いたフォトリソグラフィ技術を利用して、WSi膜22上に、幅6μm、厚さ1μmのレジストパターン23を形成する。このレジストパターン23をマスクとし、図2(d)に示すように、NF3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、WSi膜22の非マスク部分22aをエッチング除去する。その後、レジストパターン23を除去する。 Next, as shown in FIG. 2C, a resist pattern 23 having a width of 6 μm and a thickness of 1 μm is formed on the WSi film 22 by using a photolithography technique using a photosensitive resist. Using this resist pattern 23 as a mask, as shown in FIG. 2D, the non-mask portion 22a of the WSi film 22 is etched away by reactive ion etching using NF 3 gas. Thereafter, the resist pattern 23 is removed.

次に、図2(e)に示すように、WSi膜22のパターン部22bをマスクとし、CHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、石英ガラス基板21の非マスク部分21aをエッチング除去し、図2(f)に示すように、断面矩形状のパターン24を形成する。 Next, as shown in FIG. 2E, the non-mask portion 21a of the quartz glass substrate 21 is removed by reactive ion etching using CHF 3 gas using the pattern portion 22b of the WSi film 22 as a mask, As shown in FIG. 2F, a pattern 24 having a rectangular cross section is formed.

次に、パターン24が形成された平面基板21をArガスプラズマ中に配置した後、Arイオンによるスパッタエッチングにより、図2(g)に示すように、断面略矩形状のパターン24の一部24aをエッチング除去し、断面略三角形状のパターン(反射本体部)25に形成する。反射本体部25における三角形の底角は45度とした。ここで、三角形の底角の大きさは、Arイオンの圧力によって調整自在である。また、反射本体部25の形成は、Arガスによるスパッタエッチングだけに限定されるものではなく、反応性イオンエッチングを用いてもよい。反応性イオンエッチングの際に、イオンの効果を高める条件を選択することによって、スパッタエッチングの時と同様に、三角形の底角の大きさを調整自在とすることができる。   Next, after placing the planar substrate 21 on which the pattern 24 is formed in Ar gas plasma, as shown in FIG. 2G, a part 24a of the pattern 24 having a substantially rectangular cross section is obtained by sputtering with Ar ions. Is removed by etching to form a pattern (reflective body portion) 25 having a substantially triangular cross section. The base angle of the triangle in the reflection main body 25 was 45 degrees. Here, the size of the base angle of the triangle can be adjusted by the pressure of Ar ions. The formation of the reflection main body 25 is not limited to sputter etching with Ar gas, and reactive ion etching may be used. In reactive ion etching, by selecting conditions that enhance the effect of ions, the size of the base angle of the triangle can be adjusted as in the case of sputter etching.

次に、図3(a)に示すように、平面基板21の表面31に光反射膜として厚さ0.5μmのTa膜32をDCスパッタリング(直流スパッタリング)法により成膜する。ここで、光反射膜の構成材としては、Ag、Au、Pt、Alなどの金属も使用可能であるが、石英系ガラス導波路の作製プロセス温度は350度以上の高温となるため、本実施の形態にあっては、耐熱性や低熱膨張性を考慮してTa膜32を選択した。なお、石英以外の材料、例えばポリマなどからなる導波路であれば、その作製プロセス温度は350℃以下の低温となるため、光反射膜の構成材はいずれの金属材であってもよい。   Next, as shown in FIG. 3A, a Ta film 32 having a thickness of 0.5 μm is formed on the surface 31 of the flat substrate 21 as a light reflecting film by a DC sputtering (DC sputtering) method. Here, metals such as Ag, Au, Pt, and Al can be used as the constituent material of the light reflecting film. However, the manufacturing process temperature of the quartz glass waveguide is higher than 350 ° C. In this form, the Ta film 32 was selected in consideration of heat resistance and low thermal expansion. In the case of a waveguide made of a material other than quartz, for example, a polymer or the like, the manufacturing process temperature is as low as 350 ° C. or lower, so that the constituent material of the light reflecting film may be any metal material.

次に、図3(b)に示すように、フォトリソグラフィ技術を利用して、Ta膜32における反射本体部25の直上部32aに、レジストパターン33を形成する。このレジストパターン33をマスクとし、図3(c)に示すように、SF6ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、Ta膜32の非マスク部分32bをエッチング除去し、更にレジストパターン33も除去し、光反射膜36を形成する。これによって、反射本体部25の表面に光反射膜36を有する光反射部34が形成される。 Next, as shown in FIG. 3B, a resist pattern 33 is formed on the Ta film 32 immediately above the reflecting main body 25 using a photolithography technique. Using this resist pattern 33 as a mask, as shown in FIG. 3C, the non-mask portion 32b of the Ta film 32 is removed by reactive ion etching using SF 6 gas, and the resist pattern 33 is also removed. Then, the light reflecting film 36 is formed. As a result, the light reflecting portion 34 having the light reflecting film 36 is formed on the surface of the reflecting body portion 25.

次に、図3(d)に示すように、RFスパッタリング(高周波スパッタリング)法により、平面基板21の表面31に、GeO2濃度が10mol%のSiO2−GeO2からなるコアガラス膜37を形成する。 Next, as shown in FIG. 3D, a core glass film 37 made of SiO 2 —GeO 2 having a GeO 2 concentration of 10 mol% is formed on the surface 31 of the planar substrate 21 by RF sputtering (high frequency sputtering). To do.

次に、図3(e)に示すように、コアガラス膜37の表面にCMP(Chemical Mechanical Polishing)を施して凹凸37aを除去し、コアガラス膜37の表面を平滑にする。その後、反射本体部25と直交するように、フォトリソグラフィ技術を利用してコアパターン38を形成する。   Next, as shown in FIG. 3E, the surface of the core glass film 37 is subjected to CMP (Chemical Mechanical Polishing) to remove the irregularities 37a, and the surface of the core glass film 37 is smoothed. Thereafter, the core pattern 38 is formed by using a photolithography technique so as to be orthogonal to the reflection main body 25.

次に、コアパターン38をマスクとし、図3(f)に示すように、CHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、コアガラス膜37を、6μm×6μmの断面矩形状のコア39に形成する。 Next, using the core pattern 38 as a mask, a core glass film 37 is formed on a core 39 having a rectangular cross section of 6 μm × 6 μm by reactive ion etching using CHF 3 gas, as shown in FIG. To do.

最後に、シリカ原料であるTEOS(テトラエトキシシラン)とO2ガスとを用いたプラズマCVD法により、平面基板21、光反射部34、及びコア39を覆うようにガラス膜(上部クラッド)40を形成することで、図1に示した構成の光導波路10が得られる。 Finally, a glass film (upper clad) 40 is formed so as to cover the planar substrate 21, the light reflecting portion 34, and the core 39 by plasma CVD using TEOS (tetraethoxysilane) which is a silica raw material and O 2 gas. By forming, the optical waveguide 10 having the configuration shown in FIG. 1 is obtained.

得られた光導波路10の光反射部34の上方位置に、図1に示したように、フォトディテクタ(一点鎖線で図示)18を配置し、光導波路10に信号光L1を入射させて、反射損失(結合損も含む)を評価した。その結果、反射損失値は約1dBであり、図6に示した従来の光導波路65と比較して低損失であった。   As shown in FIG. 1, a photodetector (shown by a one-dot chain line) 18 is disposed above the light reflecting portion 34 of the obtained optical waveguide 10, and the signal light L <b> 1 is incident on the optical waveguide 10 to cause a reflection loss. (Including bond loss). As a result, the reflection loss value is about 1 dB, which is lower than that of the conventional optical waveguide 65 shown in FIG.

次に、本実施の形態に係る光導波路10の作用を説明する。   Next, the operation of the optical waveguide 10 according to the present embodiment will be described.

本実施の形態に係る光導波路10は、コア12の形成に先立って、先ず、光反射部14を形成している。このため、コア長手方向の任意の位置に光反射部14を形成することができる。よって、図6に示した従来の光導波路60のように、光回路の端部でだけ、つまりコア62の端部でだけしか信号光をやり取りできないということはなく、光回路の任意の位置で、容易に、かつ、低損失で信号光をやり取りすることができる。その結果、光回路の構成に制限がなくなり、光回路を自由に設計することができる。   Prior to the formation of the core 12, the optical waveguide 10 according to the present embodiment first forms the light reflecting portion 14. For this reason, the light reflection part 14 can be formed in the arbitrary positions of a core longitudinal direction. Therefore, unlike the conventional optical waveguide 60 shown in FIG. 6, the signal light can be exchanged only at the end of the optical circuit, that is, only at the end of the core 62, and at any position of the optical circuit. Signal light can be exchanged easily and with low loss. As a result, the configuration of the optical circuit is not limited, and the optical circuit can be freely designed.

また、本実施の形態に係る光導波路10の光反射部14は、各種のエッチング工程を経て形成されるものであって、図6に示した従来の光導波路60のように研磨を必要としないため、大量生産に適しており、容易に量産可能である。その結果、光導波路10、延いては光導波路装置のコストダウンを図ることができる。   Further, the light reflecting portion 14 of the optical waveguide 10 according to the present embodiment is formed through various etching processes, and does not require polishing unlike the conventional optical waveguide 60 shown in FIG. Therefore, it is suitable for mass production and can be easily mass produced. As a result, the cost of the optical waveguide 10, and thus the optical waveguide device, can be reduced.

また、本実施の形態に係る光導波路10を用いて光導波路装置を構成することで、光回路の任意の位置に面発光レーザ及び面型フォトダイオードを設けることができる。よって、光導波路装置の構成に制限が無くなり、自由に光導波路装置を設計することができる。その結果、光導波路装置の小型化が可能となり、レイアウトの自由度が増す。   Further, by constructing an optical waveguide device using the optical waveguide 10 according to the present embodiment, a surface emitting laser and a surface photodiode can be provided at an arbitrary position of the optical circuit. Therefore, the configuration of the optical waveguide device is not limited, and the optical waveguide device can be freely designed. As a result, the optical waveguide device can be reduced in size, and the degree of freedom in layout increases.

次に、本発明の他の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(第2の実施形態)
本発明の他の好適な一実施形態に係る光導波路の断面図を図4に示す。尚、図1と同様の部材については同様の符号を付しており、これらの部材については詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a cross-sectional view of an optical waveguide according to another preferred embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the member similar to FIG. 1, and detailed description is abbreviate | omitted about these members.

本実施の形態に係る光導波路50の基本的な構成は、前実施の形態に係る光導波路10と同様であり、光反射部14で反射した信号光L1をより効率良くフォトディテクタ(一点鎖線で図示)18に光結合させるべく、クラッド13側に反射した信号光L1が取り出される部分(クラッド13の表面で、かつ、反射本体部15における斜面15aの直上部分)に、光を集光するマイクロレンズ41を設けた点が異なっている。   The basic configuration of the optical waveguide 50 according to the present embodiment is the same as that of the optical waveguide 10 according to the previous embodiment, and the signal light L1 reflected by the light reflecting portion 14 is more efficiently detected by a photodetector (illustrated by a one-dot chain line). ) A microlens that collects light on a portion from which the signal light L1 reflected on the clad 13 side is extracted (on the surface of the clad 13 and directly above the inclined surface 15a of the reflection main body 15) to be optically coupled to the clad 13. The difference is that 41 is provided.

本実施の形態に係る光導波路50によれば、マイクロレンズ41を設けることで、光反射部14で反射した信号光L1をより効率良くフォトディテクタ18に光結合させることができるようになるため、前実施の形態に係る光導波路10よりも更に低損失な光導波路となる。また、本実施の形態に係る光導波路50は、前実施の形態に係る光導波路10と同様の作用効果を得ることができる。   According to the optical waveguide 50 according to the present embodiment, the provision of the microlens 41 enables the signal light L1 reflected by the light reflecting portion 14 to be optically coupled to the photodetector 18 more efficiently. The optical waveguide has a lower loss than the optical waveguide 10 according to the embodiment. In addition, the optical waveguide 50 according to the present embodiment can obtain the same effects as the optical waveguide 10 according to the previous embodiment.

次に、本実施の形態に係る光導波路50の製造方法の一例を説明する。   Next, an example of a method for manufacturing the optical waveguide 50 according to the present embodiment will be described.

図3(g)に示した光導波路10を作製した後、図5(a)に示すように、RFスパッタリング(高周波スパッタリング)法により、上部クラッド40の表面に、P25濃度が50mol%、厚さが8μmのSiO2−GeO2からなるコアガラス膜51を形成する。 After producing the optical waveguide 10 shown in FIG. 3G, as shown in FIG. 5A, the P 2 O 5 concentration is 50 mol% on the surface of the upper cladding 40 by RF sputtering (high frequency sputtering). Then, a core glass film 51 made of SiO 2 —GeO 2 having a thickness of 8 μm is formed.

次に、フォトリソグラフィ技術を利用して、図5(b)に示すように、コアガラス膜51上に直径16μmの円盤パターン52を形成する。   Next, using a photolithography technique, a disk pattern 52 having a diameter of 16 μm is formed on the core glass film 51 as shown in FIG.

次に、円盤パターン52をマスクとし、図5(c)に示すように、CHF3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、コアガラス膜51の非マスク部分51aをエッチング除去し、高さ8μm、直径15μmの円柱パターン53を形成する。その後、円盤パターン52を除去し、図5(d)に示す光導波路55が得られる。 Next, using the disk pattern 52 as a mask, as shown in FIG. 5C, the non-masked portion 51a of the core glass film 51 is removed by reactive ion etching using CHF 3 gas, and the height is 8 μm. A cylindrical pattern 53 having a diameter of 15 μm is formed. Thereafter, the disk pattern 52 is removed, and an optical waveguide 55 shown in FIG. 5D is obtained.

次に、この光導波路55全体に対して、酸素雰囲気中、500℃〜600℃×3時間の熱処理を施した。この熱処理によって円柱パターン53は軟化し、図5(e)に示すように、上部クラッド40の表面に、半径7.5μmで表面が滑らかな半球状のマイクロレンズ56が形成され、図4に示した構成の光導波路50が得られる。このマイクロレンズ56に、波長1.55μmの光を通過させた時の損失は、0.1dB以下と低損失であった。   Next, the entire optical waveguide 55 was subjected to heat treatment at 500 ° C. to 600 ° C. for 3 hours in an oxygen atmosphere. By this heat treatment, the cylindrical pattern 53 is softened, and as shown in FIG. 5E, a hemispherical microlens 56 having a radius of 7.5 μm and a smooth surface is formed on the surface of the upper cladding 40, as shown in FIG. The optical waveguide 50 having the above-described configuration is obtained. The loss when light having a wavelength of 1.55 μm was passed through the microlens 56 was as low as 0.1 dB or less.

得られた光導波路50のマイクロレンズ56の上方に、図4に示したように、フォトディテクタ(一点鎖線で図示)18を配置し、光導波路50に信号光L1を入射させて、反射損失(結合損を含む)を評価した。その結果、反射損失値は約0.6dBであり、図1に示した前実施の形態に係る光導波路10よりも更に低損失であった。   As shown in FIG. 4, a photodetector (shown by a one-dot chain line) 18 is disposed above the microlens 56 of the obtained optical waveguide 50, and the signal light L <b> 1 is incident on the optical waveguide 50 to cause reflection loss (coupling) Loss included). As a result, the reflection loss value is about 0.6 dB, which is lower than that of the optical waveguide 10 according to the previous embodiment shown in FIG.

(第3の実施形態)
第1の実施の形態に係る光導波路10及び第2の実施の形態に係る光導波路50は、反射本体部15の斜面15aに光反射膜16が設けられ、光反射部14の表面のみが金属材で構成されたものであった。
(Third embodiment)
In the optical waveguide 10 according to the first embodiment and the optical waveguide 50 according to the second embodiment, the light reflecting film 16 is provided on the inclined surface 15a of the reflecting main body portion 15, and only the surface of the light reflecting portion 14 is made of metal. It was composed of wood.

本実施の形態に係る光導波路の基本的な構成は、前実施の形態に係る光導波路10(又は光導波路50)と同様であり、反射本体部の全体を金属材で構成した点が異なっている。つまり、本実施の形態に係る光導波路においては、反射本体部だけで光反射部を構成している。反射本体部を構成する金属材としては、前実施の形態に係る光導波路10における光反射膜16の構成材と同じ金属材を用いる。   The basic configuration of the optical waveguide according to the present embodiment is the same as that of the optical waveguide 10 (or the optical waveguide 50) according to the previous embodiment, except that the entire reflection main body is made of a metal material. Yes. That is, in the optical waveguide according to the present embodiment, the light reflecting portion is configured only by the reflecting main body portion. As the metal material constituting the reflection main body portion, the same metal material as that of the light reflection film 16 in the optical waveguide 10 according to the previous embodiment is used.

本実施の形態に係る光導波路は、第1の実施の形態に係る光導波路10(又は第2の実施の形態に係る光導波路50)と同様の作用効果を得ることができる。   The optical waveguide according to the present embodiment can obtain the same effects as the optical waveguide 10 according to the first embodiment (or the optical waveguide 50 according to the second embodiment).

次に、本実施の形態に係る光導波路の製造方法の一例を説明する。   Next, an example of a method for manufacturing an optical waveguide according to the present embodiment will be described.

先ず、平面基板として石英ガラス基板を準備した。次に、基板の表面にTa膜を形成する。更に、このTa膜の表面に、エッチングマスク用のWSi膜を形成する。   First, a quartz glass substrate was prepared as a flat substrate. Next, a Ta film is formed on the surface of the substrate. Further, an etching mask WSi film is formed on the surface of the Ta film.

次に、感光性レジストを用いたフォトリソグラフィ技術を利用して、WSi膜上に、レジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとし、NF3ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、WSi膜の非マスク部分をエッチング除去する。その後、レジストパターンを除去する。 Next, a resist pattern is formed on the WSi film using a photolithography technique using a photosensitive resist. Using this resist pattern as a mask, the non-mask portion of the WSi film is removed by reactive ion etching using NF 3 gas. Thereafter, the resist pattern is removed.

次に、このWSi膜のパターン部をマスクとし、SF6ガスを用いた反応性イオンエッチングにより、Ta膜の非マスク部分をエッチング除去し、断面矩形状のパターンを形成する。 Next, using the pattern portion of the WSi film as a mask, the non-mask portion of the Ta film is removed by reactive ion etching using SF 6 gas to form a pattern having a rectangular cross section.

次に、パターンが形成された平面基板をArガスプラズマ中に配置した後、Arイオンによるスパッタエッチングにより、断面略矩形状のパターンの一部をエッチング除去し、断面略三角形状の反射本体部に形成する。反射本体部における三角形の底角は45度とした。ここで、三角形の底角の大きさは、Arイオンの圧力によって調整自在である。また、反射本体部の形成は、Arガスによるスパッタエッチングだけに限定されるものではなく、反応性イオンエッチングを用いてもよい。反応性イオンエッチングの際に、イオンの効果を高める条件を選択することによって、スパッタエッチングの時と同様に、三角形の底角の大きさを調整自在とすることができる。   Next, after placing the planar substrate on which the pattern is formed in Ar gas plasma, a part of the pattern having a substantially rectangular cross section is removed by etching by sputter etching using Ar ions, so that the reflection main body having a substantially triangular cross section is formed. Form. The base angle of the triangle in the reflection main body was 45 degrees. Here, the size of the base angle of the triangle can be adjusted by the pressure of Ar ions. Further, the formation of the reflection main body is not limited to the sputter etching using Ar gas, and reactive ion etching may be used. In reactive ion etching, by selecting conditions that enhance the effect of ions, the size of the base angle of the triangle can be adjusted as in the case of sputter etching.

その後は、図3(d)〜図3(g)(又は図3(d)〜図3(g)及び図5(a)〜(e))に示した工程を経て、図1に示した光導波路10(又は図4に示した光導波路50)と同様の構成を有する本実施の形態に係る光導波路が得られる。   Thereafter, the process shown in FIG. 3 is performed through the steps shown in FIGS. 3D to 3G (or FIGS. 3D to 3G and 5A to 5E). The optical waveguide according to the present embodiment having the same configuration as that of the optical waveguide 10 (or the optical waveguide 50 shown in FIG. 4) is obtained.

本実施の形態に係る光導波路によれば、反射本体部を形成するだけで、光反射部を構成することができることから、第1の実施の形態に係る光導波路10のように、光反射膜16の形成工程(図3(a)〜図3(c)参照)を必要としない。このため、本実施の形態に係る光導波路は、第1の実施の形態に係る光導波路10と比較して製造が更に簡単、容易となる。   According to the optical waveguide according to the present embodiment, it is possible to form the light reflecting portion only by forming the reflection main body portion. Therefore, like the optical waveguide 10 according to the first embodiment, the light reflecting film is formed. 16 is not required (see FIGS. 3A to 3C). For this reason, the optical waveguide according to the present embodiment is easier and easier to manufacture than the optical waveguide 10 according to the first embodiment.

以上、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。   As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various other things are assumed.

本発明の好適な一実施形態に係る光導波路の断面図である。1 is a cross-sectional view of an optical waveguide according to a preferred embodiment of the present invention. 図1に示した光導波路の製造工程の内、反射本体部を形成するまでの工程を説明した断面図である。It is sectional drawing explaining the process until it forms a reflection main-body part among the manufacturing processes of the optical waveguide shown in FIG. 図1に示した光導波路の製造工程の内、反射本体部を形成した後の工程を説明した断面図である。It is sectional drawing explaining the process after forming a reflection main-body part among the manufacturing processes of the optical waveguide shown in FIG. 本発明の他の好適な一実施形態に係る光導波路の断面図である。It is sectional drawing of the optical waveguide which concerns on other suitable one Embodiment of this invention. 図4の光導波路の製造工程を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of the optical waveguide of FIG. 従来の光導波路装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional optical waveguide apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 光導波路
11 平面基板(基板)
12 コア
13 クラッド
14 光反射部
15 反射本体部
15a 斜面
16 光反射膜
L1 信号光


10 Optical waveguide 11 Planar substrate (substrate)
12 Core 13 Cladding 14 Light reflecting portion 15 Reflecting main body portion 15a Slope 16 Light reflecting film L1 Signal light


Claims (10)

基板上に設けたコアとクラッドとで構成される光導波路において、上記コアと任意の角度で交差する斜面を備えた光反射部をコア内に設け、その光反射部の斜面の少なくとも表面部を金属材で構成したことを特徴とする光導波路。   In an optical waveguide composed of a core and a clad provided on a substrate, a light reflecting portion having a slope intersecting with the core at an arbitrary angle is provided in the core, and at least a surface portion of the slope of the light reflecting portion is provided. An optical waveguide comprising a metal material. 上記金属材は、Ag、Au、Pt、Al、又はTaである請求項1記載の光導波路。   The optical waveguide according to claim 1, wherein the metal material is Ag, Au, Pt, Al, or Ta. 基板上に設けたコアとクラッドとで構成される光導波路において、上記コア内に、コアと任意の角度で交差する斜面を備えた断面が三角形状又は台形状の反射本体部と、その反射本体部の斜面に設けられ、コア内を伝搬する信号光を反射させる光反射膜とを有する光反射部を設けたことを特徴とする光導波路。   In an optical waveguide composed of a core and a clad provided on a substrate, a reflection main body having a triangular or trapezoidal cross section with a slope intersecting with the core at an arbitrary angle in the core, and the reflection main body An optical waveguide comprising a light reflecting portion provided on a slope of the portion and having a light reflecting film for reflecting signal light propagating in the core. 上記光反射膜は、Ag、Au、Pt、Al、又はTaで構成される請求項3記載の光導波路。   The optical waveguide according to claim 3, wherein the light reflecting film is made of Ag, Au, Pt, Al, or Ta. 上記クラッド側に反射した上記信号光が取り出される部分に、光を集光するレンズを設けた請求項1から4いずれかに記載の光導波路。   The optical waveguide according to claim 1, wherein a lens for condensing light is provided at a portion where the signal light reflected on the clad side is extracted. 請求項1から5いずれかに記載の光導波路と、その光導波路と光学的に結合された面発光レーザ及び面型フォトダイオードとを備えたことを特徴とする光導波路装置。   6. An optical waveguide device comprising: the optical waveguide according to claim 1; and a surface emitting laser and a planar photodiode optically coupled to the optical waveguide. 基板上の下部クラッドの表面部にエッチングを施して断面矩形状のパターンを形成し、その矩形パターンにスパッタエッチング又は反応性イオンエッチングを施して、断面が三角形状又は台形状の反射本体部を形成し、その反射本体部の斜面に光反射膜を設けることを特徴とする光導波路の製造方法。   Etching is performed on the surface of the lower clad on the substrate to form a pattern with a rectangular cross section, and the rectangular pattern is subjected to sputter etching or reactive ion etching to form a reflective main body having a triangular or trapezoidal cross section. And a method of manufacturing an optical waveguide, comprising providing a light reflecting film on the inclined surface of the reflecting main body. 上記下部クラッド上に、上記反射本体部と直交するようにコアを形成し、そのコア及び下部クラッドを覆うように上部クラッドを形成する請求項7記載の光導波路の製造方法。   8. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 7, wherein a core is formed on the lower clad so as to be orthogonal to the reflection main body, and an upper clad is formed so as to cover the core and the lower clad. 基板上に設けた金属膜の表面部にエッチングを施して断面矩形状のパターンを形成し、その矩形パターンにスパッタエッチング又は反応性イオンエッチングを施して、断面が三角形状又は台形状の反射本体部を形成すると共に、その反射本体部の斜面を光反射膜に形成することを特徴とする光導波路の製造方法。   Etching is performed on the surface portion of the metal film provided on the substrate to form a pattern having a rectangular cross section, and the rectangular pattern is subjected to sputter etching or reactive ion etching to form a reflective main body having a triangular or trapezoidal cross section. And a slope of the reflecting body portion is formed on the light reflecting film. 上記基板上に、上記反射本体部と直交するようにコアを形成し、そのコア及び基板を覆うように上部クラッドを形成する請求項9記載の光導波路の製造方法。


10. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 9, wherein a core is formed on the substrate so as to be orthogonal to the reflection main body, and an upper clad is formed so as to cover the core and the substrate.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102914820A (en) * 2011-08-03 2013-02-06 富士康(昆山)电脑接插件有限公司 Manufacturing method for light path board

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