JP2006337853A

JP2006337853A - 光学部品

Info

Publication number: JP2006337853A
Application number: JP2005164473A
Authority: JP
Inventors: Masaki Kamitoku; 正樹神徳; Hiroshi Watanabe; 啓渡邊; Yoshinobu Hirota; 栄伸廣田; Yasuaki Hashizume; 泰彰橋詰
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2005-06-03
Filing date: 2005-06-03
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2025-06-03
Also published as: JP4299267B2

Abstract

【課題】光素子が設けられた基板と導波路回路素子との実装において、光素子と導波路回路素子との結合を高精度に行うことが可能な光学部品を提供すること
【解決手段】Ｖ溝４９が形成され、半導体レーザ４８が設けられた基板４６と、Ｖ溝４９と嵌合するノッチ構造４４が形成された、導波路コア４３を含む導波路回路素子４１とを備える。ノッチ構造４４およびＶ溝４９の長手方向は、導波路コア４３の長手方向に対して略垂直方向であり、ノッチ構造４４とＶ溝４９とを嵌合することにより、半導体レーザ４８と導波路コア４３とを結合するように導波路回路素子４１を基板４６に実装する。
【選択図】図４

Description

本発明は、光学部品に関し、より詳細には、光素子が設けられた基板と導波路回路素子とを正確に実装させる光学部品に関する。

近年、高度情報化に伴い大容量の情報を伝達したいという要望から、高速で大容量の情報が伝達可能な光通信システムが注目されている。このような光通信システムにおいて、高速で大容量な通信網を構築する伝送媒体として光ファイバが用いられており、この光ファイバを大容量化するための技術として、ＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）技術が注目されている。

このＷＤＭでは、例えば半導体レーザや光ファイバ等の光素子と導波路回路素子とを光モジュール上に実装する場合がある。特許文献１では、導波路が形成された基板と、光ファイバ嵌合溝が形成された支持基板とをパッシブ実装することが記載されている。特許文献１に代表される従来技術では、基板に形成された、パッシブ実装時の位置決めノッチ構造としての突起部を、支持基板に形成された突起嵌合部とを嵌合することにより、パッシブ実装を行っている。

また、光軸方向に沿って凸部の高さが変わる形状の凸部と、凹部とを嵌合することにより、光モジュール基板と光導波路とをパッシブ実装することがある。図１は、上述のような従来の光モジュールの側面図である。

図１において、光モジュール１には、半導体レーザ２が設けられており、また、光モジュールの長手方向に半導体レーザ２から所定の距離離れてＶ溝３が形成されている。このＶ溝３には光ファイバ４が嵌め込み実装されている。光モジュール上の、半導体レーザ２とＶ溝３との間の領域には、光モジュールの長手方向に平行な凹部５が形成されている。

光導波路６の一方の面には、導波路６の長手方向の両端から中央に向かうに従い徐々にその高さが高くなる、ロッキングチェアのような構造である、凸部７（位置決めノッチ構造）が形成されている。図１では、凹部７を凹部５に嵌め合わせることで、光モジュールに導波路が実装する際の厚み（高さ）方向の調整を行っている。

特許第３２２１５４１号公報

上述のように、光素子を搭載した基板上に、導波路回路素子を実装する場合、光素子と導波路回路素子との結合を考慮すると、高精度な位置合わせが必要となる場合がる。例えば、スポットサイズの特に小さい半導体レーザと、ＰＬＣ（ＰｌａｎｅｒＬｉｇｈｔｗａｖｅＣｉｒｃｕｉｔ）や光ファイバなどを高効率結合させる場合には、ＰＬＣなどもスポットサイズの小さいものを用いるため、高さ方向のトレランスが厳しい。

特許文献１の位置決めノッチ構造は、高さの微調整機構がないので、製造誤差等が生じた場合、素子毎に精度のばらつきを生じてしまう。よって、このようなノッチ構造は、構造的な精度を必要とする構造である。実際に、上記高さ方向の要求を満足させるように作製すると、パターン作製誤差が生じることがあり、全てのモジュールにおいて、上記実装を高精度に行うためには、高コスト化が懸念される。

また、特許文献２では、ロッキングチェア上の凸部７により、高さ方向の調整を行うことが可能であるが、このような厚み方向に楕円形状となるような構造を作製するのは困難である。

また、従来は、光素子として半導体レーザを用いる場合、半導体レーザにスポットサイズ変換構造を集積することにより、上記高さ方向のトレランスを拡大していた。しかしながら、スポットサイズ変換構造の集積は、レーザ特性を劣化させる傾向にあり、求められている高温での高出力特性との両立が困難となっていた。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光素子が設けられた基板と導波路回路素子との実装において、光素子と導波路回路素子との結合を高精度に行うことが可能な光学部品を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方が形成され、光素子が設けられた基板と、前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の他方が形成された、導波路コアを含む導波路回路素子とを備え、前記ノッチ構造と前記Ｖ溝構造とを嵌合することにより、前記光素子と前記導波路コアとを結合するように前記導波路回路素子を前記基板に実装し、前記嵌合において、少なくとも前記光素子に最も近い嵌合に関わる前記Ｖ溝構造の長手方向は、前記導波路コアの光軸方向に対して略垂直方向であり、前記光軸方向に対して略垂直方向の長手方向を有するＶ溝構造と前記ノッチ構造との嵌合において、前記基板面に対して垂直方向に前記導波路回路素子を回転することにより、前記導波路コアの、前記光素子と結合する端部の高さの調整を行うことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ノッチ構造は、前記Ｖ溝構造に嵌合するように配列された、複数の突起部であることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記光素子は複数個あり、前記導波路コアと結合する光素子は、前記複数個の光素子のうち、最もスポットサイズが小さい光素子であることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記基板において、該基板に形成された、前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方に対して、前記光素子とは反対側に、嵌合溝または該嵌合溝と嵌合するノッチ構造の一方が形成されており、前記導波路回路素子には、前記嵌合溝または該嵌合溝と嵌合するノッチ構造の他方が形成されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方が形成され、光素子が設けられた基板と、前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の他方が形成された、導波路コアを含む導波路回路素子とを備え、前記ノッチ構造および前記Ｖ溝構造の長手方向は、前記導波路コアの長手方向に対して略平行方向であり、前記ノッチ構造は、該ノッチ構造の中央部付近の幅が最も大きく、該中央部付近から端に向かって前記ノッチ構造の幅が徐々に小さくなっており、前記ノッチ構造と前記Ｖ溝構造とを嵌合することにより、前記光素子と前記導波路コアとを結合するように前記導波路回路素子を前記基板に実装し、前記嵌合時に、前記Ｖ溝構造は少なくとも前記ノッチ構造の中央付近と接していることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記ノッチ構造は、前記中央部付近において、前記ノッチ構造よりも短い長さを有する第２のノッチ構造をさらに有し、前記第２のノッチ構造の長手方向は、前記導波路コアの長手方向に対して略垂直方向であり、前記Ｖ溝構造は、前記第２のノッチ構造と嵌合する嵌合溝をさらに有することを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の発明において、前記ノッチ構造の中央部付近の幅が最も大きい部分から、前記ノッチ構造の幅が小さくなる部分に向かって、前記中央部付近の幅が最も大きい部分をゼロとした距離の変数をｘとし、該ｘにおける前記ノッチ構造の幅をＷ（ｘ）とし、前記ｘ＝０における前記ノッチ構造の幅をＷ_０とし、前記ノッチ構造の終端での幅に応じて決められる定数をａとすると、前記ｘにおけるノッチ構造の幅は、Ｗ（ｘ）＝Ｗ_０−ａｘ^２で表されることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、その長手方向が、導波路コアの長手方向と略垂直方向であるノッチ構造およびＶ溝構造により嵌合させることにより、高さ方向の調整を行うことが可能となり、光素子と導波路回路素子との結合を高精度に行うことが可能となる。

また、その長手方向が導波路コアの長手方向と略平行であり、中央部付近の幅が最も大きく、該中央部付近から端に向かって幅が徐々に小さくなるノッチ構造と、その長手方向が導波路コアの長手方向と略平行であるＶ溝構造とにより嵌合させることにより、高さ方向の調整を行うことが可能となり、光素子と導波路回路素子との結合を高精度に行うことが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本発明の一実施形態では、光素子としての半導体レーザが設けられた基板に対して、導波路回路素子を実装する際に、高さ方向（厚さ方向）の微調整を可能にする。そのために、基板にはＶ溝を設け、導波路回路素子には、方形形状または台形形状のノッチ構造（凸部）を設けている。このＶ溝とノッチ構造とを嵌合することにより、光素子が設けられた基板と導波路回路素子との実装を行う。

図２（ａ）は、本発明の一実施形態に係る、光素子が設けられた基板に導波路回路素子を実装した光モジュールの上面を示す模式図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した光モジュールの側面を示す模式図である。

図２（ａ）において、導波路回路素子２２は、クラッド２３と、クラッド２３に埋め込まれた導波路コア２４とを備えている。また、導波路回路素子２２は、その長手方向が、導波路コア２４の長手方向（光軸方向）に対して略垂直方向であるノッチ構造２５が４つ形成されている。これらノッチ構造２５は方形形状である。ノッチ構造２５の個数は４つに限定されるものではなく、いずれの個数であっても良いが、導波路コア２４の両側に、少なくとも１つずつ配置するのが好ましい。光素子としての半導体レーザ２１は、該半導体レーザ２１の光軸と導波路コア２４の光軸とがほぼ一致するように設けられている。

図２（ｂ）において、シリコン等の基板２６には、半導体レーザ２１と導波路コア２４の光軸とを合わせるための段差２７が形成されており、段差２７上には、半導体レーザ２１が設けられている。また、基板２６には、導波路回路素子２２をノッチ構造２５が形成されている面をひっくり返して基板２６に実装する際に、ノッチ構造２５が嵌合するように、Ｖ溝２８が形成されている。Ｖ溝２８の長手方向（溝が形成される方向）は、導波路コア２４の長手方向に対して略垂直である。

このように、Ｖ溝２８に方形形状のノッチ構造２５を嵌合させると、ノッチ構造２５およびＶ溝２８の長手方向と略垂直方向（図２（ｂ）では矢印方向Ｐ）には比較的簡単に回転するという特性を有している。本発明の一実施形態では、この回転を利用することで、高さ方向の位置決めを行うことができる。すなわち、上記形状のノッチ構造とＶ溝とを用いて、高さの微調整を行っている。

なお、本明細書において、「高さ方向」とは、基板および導波路回路素子の上面（光素子等が形成される面）に対して略垂直方向を指す。

また、「Ｖ溝」とは、該溝の長手方向に対して垂直な断面の形状が、略Ｖ字となる形状の溝を指す。

本発明の一実施形態では、光素子として半導体レーザに限定されず、例えば、受光素子や光ファイバなど、通常の光モジュールに用いられ、導波路回路素子と結合させるものであればいずれの光素子であっても良い。

なお、本発明の一実施形態では、導波路回路素子に形成されたノッチ構造と、基板に形成されたＶ溝とを嵌合させているが、ここでの目的は、上記嵌合の際に生じる回転を利用して高さ方向の微調整を行うことである。ノッチ構造が基板に形成された溝に嵌合する際に、溝の壁のうち、ノッチ構造と接する壁面が斜面状になっていれば上記回転は起こる。すなわち、上記溝のうち、ノッチ構造と接する範囲内の壁面は、斜面状であればよく、ノッチ構造と接しない壁面や底面部はいずれの形状であっても良い。例えば、図２（ｂ）に示すようなＶ溝の代わりに、図３（ａ）に示すように、斜面３２と平面状の底面３３とを有する溝３１としても良い。この斜面３２の範囲内で、嵌合時にノッチ構造３４と接するように設定されている。また、図３（ｂ）に示すように、嵌合時にノッチ構造３４と接する範囲外は、垂直壁３５としても良い。すなわち、嵌合時にノッチ構造と接する溝の壁は、斜面であることが重要である。

なお、上記斜面は、溝が形成された基板の平面と、溝の壁面との内角θ（図２（ｂ）、図３（ａ）、（ｂ）において角度θ）が９０°より大きく１８０°未満である、溝の壁面である。

本明細書において、「Ｖ溝構造」とは、ノッチ構造と嵌合する溝であって、該溝の長手方向に略垂直な断面において、ノッチ構造との嵌合時に、該ノッチ構造と接する壁面が斜面である溝構造を指す。よって、図２（ｂ）に示すＶ溝を含み、図３（ａ）、（ｂ）に示す溝も含む。

このように、本発明の一実施形態では、回転させたい方向と略垂直方向に、ノッチ構造とＶ溝構造との長手方向が一致するようにノッチ構造とＶ溝構造とを形成する。このとき、斜面の設定、すなわち、内角θの設定は、光モジュールの実装時の設計に応じて設定すればよい。すなわち、高さ方向の微調整を大幅に行いたい場合は、内角θを大きく設定すればよく、また、高さ方向の微調整をほとんど行わなくても良い場合は、内角θを小さく設定すればよい。

半導体レーザ２１と導波路回路素子２２との高さ方向の位置合わせは、例えば、パワーメータを用いて行えば良い。パワーメータを用いる場合は、パワーメータを、導波路回路素子２２の、半導体レーザ２１と結合する面と対向する面に配置させ、導波路回路素子２２を矢印方向Ｐに回転させながら、半導体レーザ２１からの光パワーをモニタする。該モニタされた光パワーが最大になるところで、上記回転を止めればよい。このとき、上記実装時の高さ方向の調整は最適なものとなる。

なお、本発明の一実施形態では、基板２６上に複数個の光素子が設けられている場合、導波路コア２４と結合させる光素子のうち、最もスポットサイズが小さい光素子の近傍に、Ｖ溝２８を形成するのが好ましい。

すなわち、対象となる光素子の最も近い嵌合構造において、その嵌合に関わる溝を、Ｖ溝２８とするのである。

（第１の実施形態）
図４は、本実施形態に係る、光素子が設けられた基板に導波路回路素子を実装する様子を示す図である。
図４において、導波路回路素子４１は、クラッド４２と、クラッド４２に埋め込まれた導波路コア４３とを備えている。また、導波路回路素子４１は、その長手方向が、導波路コア４３の長手方向（光軸方向）に対して略垂直方向であるノッチ構造４４が２つ形成されている。さらに、導波路回路素子４１には、その長手方向が、導波路コア４３の長手方向（光軸方向）に対して略平行方向であるノッチ構造４５が２つ形成されている。このようなノッチ構造において、後述するように、ノッチ構造４４は、高さ方向の微調整を行う役割を有しており、一方、ノッチ構造４５は、導波路回路素子の基板への実装時の、半導体レーザと導波路コアとの位置ずれを調整する役割（水平方向の位置決めの役割）を有している。

なお、図４では導波路コア４３は３つ形成されているが、これに限定されるものではなく、導波路コアの数は、基板４６に設けられている半導体レーザの数に応じて決めればよい。

一方、シリコン等の基板４６には、半導体レーザ４８の光軸と導波路コア４３の光軸とを合わせるための段差４７が形成されており、段差４７には、光素子としての半導体レーザ４８が形成されている。また、基板４６には、導波路回路素子４１をノッチ構４４、４５が形成されている面をひっくり返して基板４６に実装する際に、ノッチ構造４４、４５が嵌合するように、Ｖ溝４９およびＶ溝５０が形成されている。Ｖ溝４９の長手方向は、導波路コア４３の長手方向に対して略垂直である。また、Ｖ溝５０の長手方向は、導波路コア４３の長手方向に対して略平行である。

上記ノッチ構造４４および４５は、ポリマーなどによりクラッド４２に別個に形成しても良いし、クラッドを加工して作製しても良い。

上記Ｖ溝４９および５０は、シリコン基板４６の異方性ウェットエッチングにより、簡単にＶ溝を形成することができる。

このような構成の導波路回路素子４１について、ノッチ構造４４がＶ溝４９に、またノッチ構造４５がＶ溝５０にそれぞれ嵌合させて、導波路回路素子４１を基板４６に実装する。このような実装の場合、導波路コアと半導体レーザとの結合を良好なものとするためには、導波路回路素子４１において、半導体レーザ４８側の高さを微調整する必要がある。よって、本実施形態では、スポットサイズの最も小さい光素子である半導体レーザ４８に最も近いノッチ構造に高さ微調整機構の役割を持たせるため、上記最も近いノッチ構造４４を、その長手方向を導波路コア４３の長手方向に対して略垂直方向とし、ノッチ構造４４と嵌合するＶ溝４９の長手方向も導波路コア４３の長手方向に対して略垂直方向としている。

また、導波路コア４３に対して略平行に形成された、ノッチ構造４５とＶ溝５０とによって、半導体レーザ４８と導波路コア４３との位置のずれを抑制することができる。本実施形態では、Ｖ溝５０の形状をＶ溝としているがこれに限定されない。すなわち、Ｖ溝５０の形状は、方形形状、半円筒形状など、ノッチ構造４５と嵌合できる形状であればいずれであっても良い。本実施形態では、半導体レーザ等の光素子と導波路回路素子との結合を低損失で良好なものとするためには、回転による高さ調整機構、すなわち、Ｖ溝構造が必要であるが、光素子と導波路コアとの位置ずれを調整するためには、導波路回路素子に形成されたノッチ構造と基板に形成された溝とが嵌合できればよいのである。ただし、ノッチ構造４５と嵌合する溝を、Ｖ溝構造とすることにより、より高精度に位置ずれを調整できるので好ましい。

以上のように、本実施形態では、高さ方向にも、面内方向にも高精度に、導波路回路素子４１の位置決めを行うことができる。

また、ノッチ構造４４に嵌合する溝を従来のように方形形状にすると、しっかりと嵌合させるために、ノッチ構造４４の幅よりも上記溝の幅の方を若干大きくする必要があり、嵌合時にノッチ構造４４と方形形状の溝との間に遊びが生じる。この遊びは、嵌合を行う際に必要な要素であるが、この遊びのために、せっかく位置合わせを行ったノッチ構造と溝との間でずれが生じることがある。しかしながら、本実施形態のように、Ｖ溝構造とノッチ構造とを用いることによって、ノッチ構造の角部は、Ｖ溝構造の斜面に接することになり、一度位置合わせが決まると、その位置に固定することが可能となる。よって、高さ調整の精度は失われないので、再現性良く高さ調整を行うことができる。

このように、高さ微調整機構として、ノッチ構造とＶ溝構造とを用いることにより、その回転を利用して高さ微調整を行うことができ、また、調整された位置にノッチ構造を固定することが可能となる。

図５（ａ）〜（ｄ）、および図６（ａ）および（ｂ）は、本実施形態に係る、ノッチ構造を有する導波路回路素子を示す図であり、図５（ｅ）は、図５（ａ）〜（ｄ）に示す導波路回路素子に対応する、Ｖ溝を有するシリコンベンチを示す図であり、図６（ｃ）は、図６（ａ）および（ｂ）に示す導波路回路素子に対応する、Ｖ溝を有するシリコンベンチを示す図である。

図５（ａ）〜（ｄ）において、導波路回路素子は、クラッド５１と、クラッド５１に埋め込まれた導波路コア５２を３つ備えている。図５（ａ）では、その長手方向が、導波路コア５２の長手方向（光軸方向）に対して略垂直方向であるノッチ構造５３が２つ形成されており、また、その長手方向が、導波路コア５２の長手方向（光軸方向）に対して略平行方向であるノッチ構造５４が２つ形成されている。図５（ｂ）では、ノッチ構造５３の他に、十字状に形成されたノッチ構造５５が２つ形成されている。

図５（ｃ）では、導波路コア５２の長手方向に対して略垂直方向に所定の間隔離れて形成された略正方形状のノッチ構造５６ａおよび５６ｂが形成されており、また、導波路コア５２の長手方向に対して略平行方向に所定の間隔離れて形成された略正方形状のノッチ構造５７ａおよび５７ｂが形成されている。図５（ｄ）では、ノッチ構造５６ａおよび５６ｂの他に、５つの略正方形状の突起部が十字状に並んだノッチ構造５８ａおよび５８ｂが形成されている。

図５（ｅ）において、シリコンベンチ５９には、半導体レーザ６１の光軸と導波路コア５２の光軸とを合わせるための段差６０が形成されており、段差６０には、光素子としての半導体レーザ６１が３つ形成されている。また、シリコンベンチ５９には、導波路回路素子を実装する際に、それぞれのノッチ構造が嵌合するように、Ｖ溝６２およびＶ溝６３が形成されている。Ｖ溝６２の長手方向は、導波路コア５２の長手方向に対して略垂直である。また、Ｖ溝６３は十字状であり、溝が延びる方向にＶ溝が形成されている。

このような構成において、ノッチ構造５３、５６ａおよび５６ｂは、Ｖ溝６２に嵌合し、また、ノッチ構造５４、５５、５７ａ、５７ｂ、５８ａおよび５８ｂは、Ｖ溝６３に嵌合する。

図６（ａ）および（ｂ）において、導波路回路素子は、クラッド６４と、クラッド６４に埋め込まれた導波路コア６５を３つ備えている。図６（ａ）では、その長手方向が、導波路コア６５の長手方向（光軸方向）に対して略垂直方向であるノッチ構造６６、６７がそれぞれ２つずつ形成されている。また、ノッチ構造６６とノッチ構造６７との間には、その長手方向が、導波路コア６５の長手方向（光軸方向）に対して略平行方向であるノッチ構造６８が２つ形成されている。

図６（ｂ）では、導波路コア６５の長手方向に対して略垂直方向に所定の間隔離れて形成された略正方形状のノッチ構造６９ａ、６９ｂ、７０ａおよび７０ｂが形成されている。また、ノッチ構造６９ａとノッチ構造７０ａとの間、およびノッチ構造６９ａとノッチ構造７０ａとの間には、それぞれ、導波路コア６５の長手方向に対して略平行方向に所定の間隔離れて形成された略正方形状のノッチ構造７１ａおよび７１ｂが形成されている。

図６（ｃ）において、シリコンベンチ７３には、半導体レーザ７５の光軸と導波路コア６５の光軸とを合わせるための段差７４が形成されており、段差６０には、光素子としての半導体レーザ７５が３つ形成されている。また、シリコンベンチ７３には、導波路回路素子を実装する際に、それぞれのノッチ構造が嵌合するように、Ｖ溝７６〜Ｖ溝７８が形成されている。Ｖ溝７６および７７の長手方向は、導波路コア６５の長手方向に対して略垂直である。また、Ｖ溝７８の長手方向は、導波路コア６５の長手方向に対して略平行である。

このような構成において、ノッチ構造６６、６９ａおよび６９ｂは、Ｖ溝７６に嵌合し、ノッチ構造６７、７０ａおよび７０ｂは、Ｖ溝７７に嵌合し、ノッチ構造６８、７１ａおよび７１ｂは、Ｖ溝７８に嵌合する。

なお、凸部が略正方形状のノッチ構造５６ａ、５６ｂ、５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂ、６９ａ、６９ｂ、７０ａ、７０ｂ、７１ａ、７１ｂの個数および形状に本質があるのではない。例えば、ノッチ構造５３のように、一続きのノッチ構造ではなくても、対応するＶ溝に全て含まれ、適切に高さに調整や位置ずれの調整が行えればよいのである。よって、凸部が略正方形状のノッチ構造は、上記条件を満たすように配置すれば良い。

図５（ａ）〜（ｄ）、および図６（ａ）、（ｂ）において、各ノッチ構造は、それぞれ対応するクラッド上に、ポリマー等によりクラッドとは別個に形成している。

図５（ａ）〜（ｄ）、および図６（ａ）、（ｂ）において、各ノッチ構造には上述のようにそれぞれ役割が異なる。すなわち、ノッチ構造５３、５６ａ、５６ｂ、６６、６７、６９ａ、６９ｂはそれぞれ、光軸方向の位置決め、すなわち、高さ方向の調整を行う。一方、ノッチ構造５４、５５、５７ａ、５７ｂ、５８ａ、５８ｂ、６８、７１ａ、７１ｂはそれぞれ、水平方向の位置決めを行う。

上記水平方向の位置決めを行うノッチ構造（ノッチ構造６８、７１ａ、７１ｂ）は、基板の中央付近に設けた方が、基板の反りなどによる、Ｖ溝との衝突が生じにくいので、より望ましい構造である。

なお、図５（ａ）〜（ｄ）、および図６（ａ）、（ｂ）において、各ノッチ構造を、それぞれ対応するクラッド上に、ポリマー等によりクラッドとは別個に形成しているが、対応するクラッド（クラッドガラス）を加工して作製しても良い。

導波路の伝搬損失を生じにくくするために、導波路コア上部のクラッド厚を、比較的厚くすることが考えられる。よって、導波路コア上部のクラッド厚を厚くすることが好ましい。このとき、図７（ａ）のように、導波路回路素子を構成するクラッドを加工してノッチ構造を作製することは有効である。

図７（ａ）において、導波路回路素子は、クラッド７１と、クラッド７１に埋め込まれた導波路コア７２を備えている。クラッド７１上には、領域７３ａ〜７３ｄをそれぞれウェットエッチング等により加工して、ノッチ構造７４および７５が形成されている。ノッチ構造７４は、その長手方向が、導波路コア７２の長手方向（光軸方向）に対して略垂直方向であり、ノッチ構造７５は、その長手方向が、導波路コア７２の長手方向（光軸方向）に対して略平行方向である。

このようにノッチ構造７４および７５を加工することで、ノッチ構造とクラッドとを含めた厚さについて、ノッチ構造を別個にクラッド上に設けた場合の厚さと、上記加工によってノッチ構造を形成した場合の厚さを同じにした場合、上記加工によってノッチ構造を形成する方が、導波路コア７２上部のクラッドの厚さを厚くすることができる。

また、図７（ｂ）に示すように、導波路回路素子の幅Ｗは、導波路損失を与えない程度の幅とすることが好ましい。

なお、本実施形態では、Ｖ溝を形成するために、シリコン等の基板の異方性エッチングを用いることが望ましいため、図８（ａ）に示すように、シリコンベンチ８１側にＶ溝構造８２を形成し、導波路回路素子８３上に方形形状または台形形状のノッチ構造８４を形成しているがこれに限定されない。すなわち、図８（ｂ）に示すように、シリコンベンチ８５側に方形形状または台形形状のノッチ構造８６を形成し、導波路回路素子８７側にＶ溝構造８８を形成しても良い。この場合、導波路回路素子８７はシリコン基板上に堆積した石英系ガラス（クラッド、導波路コア）で形成されているため、導波路回路素子基板のシリコン基板を加工してＶ溝構造を形成すればよい。また、シリコン基板上に堆積した石英系ガラス（クラッド部）そのものにエッチングを施して、Ｖ溝構造に加工しても良い。このように、導波路回路素子側にＶ溝構造を形成すると、導波路回路側の加工を少なくすることができる。

また、図９（ａ）に示すように、シリコンベンチ９１にＶ溝構造９２と、底面が平面状の凹部９３とを形成するようにしても良い。導波路回路素子９４に形成された、ノッチ構造９５および９６は、それぞれ、Ｖ溝構造９２および凹部９３に嵌合している。このとき、ノッチ構造９５とＶ溝構造９２とで高さ調整を行うので、シリコンベンチ９１において、Ｖ溝構造９２側に光素子が設けられている。

図９（ａ）の構造では、ノッチ構造９６と凹部９３とにより高さの基準が明確になるという効果がある。なお、図９（ａ）では、シリコンベンチ９１側にＶ溝構造を形成し、導波路回路素子９４側にノッチ構造を形成しているが、シリコンベンチ９１側にノッチ構造を形成し、導波路回路素子９４側にＶ溝構造を形成しても良いことは言うまでもない。

さらに、シリコンベンチおよび導波路回路素子それぞれに、Ｖ溝構造およびノッチ構造を組み合わせて形成しても良い。すなわち、図１０に示すように、シリコンベンチ１０１にＶ溝構造１０２およびノッチ構造１０３を形成し、かつ導波路回路素子１０４にＶ溝構造１０５およびノッチ構造１０６を形成して、Ｖ溝構造１０２とノッチ構造１０６とを嵌合させ、Ｖ溝構造１０５とノッチ構造１０３とを嵌合させるようにしても良い。

なお、導波路回路素子にＶ溝構造を形成する場合は、深さが導波路コアに達しないようにＶ溝構造を形成する。

（第２の実施形態）
本実施形態では、高さ方向の微調整を行うために、導波路回路素子またはシリコンベンチのいずれか一方に設けられるノッチ構造を、その長手方向を導波路コアの長手方向と略平行方向とし、長手方向に沿ってその幅（太さ）を変化させている。具体的には、上記高さ調整を行うためのノッチ構造の中央部付近の幅を最も大きくし（太くし）、その最も幅が大きい中央部付近から両端に向かってその幅を徐々に狭くなるようにノッチ構造の幅を変化させている。

図１１（ａ）は、本実施形態に係るノッチ構造を有する導波路回路素子の上面を示す模式図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示す導波路回路素子に対応する、Ｖ溝を有するシリコンベンチを示す図である。

図１１（ａ）において、導波路回路素子は、クラッド１１１と、クラッド１１１に埋め込まれた導波路コア１１２とを備えている。また、導波路回路素子は、その長手方向が、導波路コア１１２の長手方向（光軸方向）に対して略平行方向であるノッチ構造１１３が２つ形成されている。ノッチ構造１１３は、その中央部付近の幅が最も大きく、その両端に向かって幅が徐々に小さくなっている。すなわち、ノッチ構造１１３の上面は楕円形である。よって、ノッチ構造１１３は、楕円型の円柱状になっている。なお、図１１（ａ）では、ノッチ構造１１３を楕円状に形成しているが、これに限定されず、中奥部付近の幅が最も大きく、両端に向かって徐々にその幅が小さくなるような構造であればいずれの構造であっても良い。

特にノッチ構造１１３の幅が、Ｗ（ｘ）＝Ｗ_０−ａｘ^２（ａ＞０）で表されるノッチ形状とした場合には、ロッキング構造のロッキング角度の変化に対して、ノッチ構造の上端の溝構造との接触位置が滑らかに変化する為、滑らかにロッキング角度を変えることが出来るため望ましい。また、作製には、エッチングマスク形状を変えるだけで容易に作製を行う事ができる。ここで、変数ｘは、傾きがゼロとなる部分、すなわち、ノッチ構造１１３の中央部（ｘ＝０）からの、導波路コア１１２の長手方向に沿った距離の変数である。また、Ｗ_０は、中央部（ｘ＝０）でのノッチ構造１１３の幅である。また、定数ａは、ノッチ構造１１３の終端での幅に応じて決められる定数である。

また、ノッチ構造１１３の中奥部付近には、その長手方向が導波路コア１１２の長手方向に対して略垂直方向であり、ノッチ構造１１３よりも短い長さを有するノッチ構造１１４が形成されている。このノッチ構造１１４により、水平方向の傾きを抑制することができる。

図１１（ｂ）において、シリコンベンチ１１５には、半導体レーザ１１７の光軸と導波路コア１１２の光軸とを合わせるための段差１１６が形成されており、段差１１６には、光素子としての半導体レーザ７が形成されている。また、シリコンベンチ１１５には、導波路回路素子を実装する際に、それぞれのノッチ構造が嵌合するように、Ｖ溝１１８およびＶ溝１１９が形成されている。Ｖ溝１１８の長手方向は、導波路コア１１２の長手方向に対して略平行である。このＶ溝１１８の幅は、ほぼ一定である。また、Ｖ溝１１９の長手方向は、導波路コア１１２の長手方向に対して略垂直であり、Ｖ溝１１８の中央部付近に形成されている。なお、Ｖ溝１１８は、高さ調整に関する溝であるので、Ｖ溝構造である必要があるが、Ｖ溝１１９は、水平方向の傾きの抑制に関する溝であるので、必ずしもＶ溝形状でなくても良く、ノッチ構造１１４と嵌合できればよい。

このような構成において、ノッチ構造１１３は、Ｖ溝１１８に嵌合し、また、ノッチ構造１１４は、Ｖ溝１１９に嵌合する。

上述のように、ノッチ構造１１３の幅を光軸方向（導波路コア１１２の長手方向）で楕円形状に変化させているので、光軸方向に自由度を持たせることが可能となり、高さ方向の微調整を行うことができる。

以下で、中央部付近で幅が最も太く、その両端に向かって幅が徐々に小さくなる構造のノッチ構造と、Ｖ溝構造とにより、高さ方向の調整を行うことについて説明する。
図１２は、本実施形態に係る、高さ方向の調整を説明するための図である。図１３（ａ）は、図１２のノッチ構造の端付近におけるＡ−Ａ’線切断断面図であり、図１３（ｂ）は、図１２のノッチ構造の中央部付近におけるＢ−Ｂ’線切断断面図であり、図１３（ｃ）は、図１２のノッチ構造の端付近におけるＣ−Ｃ’線切断断面図である。

図１２において、ノッチ構造１２１は、中央部付近で幅が最も太く、その両端に向かって幅が徐々に小さくなる構造のノッチ構造である。また、Ｖ溝構造１２２は、その長手方向において幅がほぼ一定である。このようなノッチ構造１２１をＶ溝構造１２２に嵌合させると、ノッチ構造１２１の中央部付近では、図１３（ｂ）に示すように、ノッチ構造１２１はＶ溝構造の壁面（斜面）に接している。一方、ノッチ構造１２１の端付近では、図１３（ａ）および（ｃ）に示すように、ノッチ構造１２１は、Ｖ溝構造１２２の壁面に接していない。

よって、Ｖ溝構造１２２と接していないノッチ構造１２１の一方の端部において、該一方の端部がＶ溝構造１２２に接する場合から、他方の端部がＶ溝構造１２２に接する場合まで、矢印方向Ｑに自由度を持つことができる。すなわち、高さ方向（矢印方向Ｑ）の微調整を行うことができるのである。

なお、本実施形態では、中央部付近で幅が最も太く、その両端に向かって幅が徐々に小さくなる構造のノッチ構造と、Ｖ溝構造とを嵌合した際に、ノッチ構造の中央部付近では、ノッチ構造とＶ溝構造とが接しており、ノッチ構造の端部では、ノッチ構造とＶ溝構造とが接しないようにすることが重要である。このような状況を達成できるのであれば、Ｖ溝構造の幅は一定でなくても良い。例えば、Ｖ溝構造の幅を、ノッチ構造の中央部付近と接する領域からその両端に向かって幅を徐々に大きくするようにしても良い。

（第３の実施形態）
本実施形態では、第１および第２の実施形態で説明した、ノッチ構造を有する導波路回路素子を、Ｖ溝構造を有するシリコンベンチに実装する方法の一例を説明する。
図１４（ａ）は、本実施形態に係る、ノッチ構造を有する導波路回路素子をＶ溝構造を有するシリコンベンチに実装する様子を示す図である。

図１４（ａ）において、反りを有する導波路回路素子１４１は、クラッド１４２と、クラッド１４２に埋め込まれた導波路コア１４３とを備えている。また、導波路回路素子１４１は、その長手方向が、導波路コア１４３の長手方向（光軸方向）に対して略平行方向であるノッチ構造１４４が形成されている。ノッチ構造１４４は、その中央部付近の幅が最も大きく、その両端に向かって幅が徐々に小さくなっている。このノッチ構造１４４は方形形状である。

図１４（ａ）において、シリコンベンチ１４５には、半導体レーザ１４７と導波路コア１４３の光軸とを合わせるための段差１４６が形成されており、段差１４６上には、半導体レーザ１４７が設けられている。また、シリコンベンチ１４５には、導波路回路素子１４１をノッチ構造１４４が形成されている面をひっくり返してシリコンベンチ１４５に実装する際に、ノッチ構造１４４が嵌合するように、Ｖ溝構造１４８が形成されている。Ｖ溝１４８の長手方向（溝が形成される方向）は、導波路コア１４３の長手方向に対して略平行である。

このように、Ｖ溝構造１４８に方形形状のノッチ構造１４４を嵌合させると、ノッチ構造１４４およびＶ溝構造１４８の長手方向と略垂直方向（図１４（ａ）では矢印方向Ｓ）には比較的簡単に回転する。図１４（ａ）では、押さえ治具１４９の傾きを調整することにより、上記回転を制御して、高さ調整を行う。所望の高さに調整が終わると、押さえ治具１４９の傾きを固定する。以後は、この傾きで押さえ治具１４９を用いることにより、微調整を行わなくても、再現性良く所望の高さ調整を行うことができる。

なお、図１４（ａ）では、導波路回路素子１４１が反りを有しているため、上記回転を行うと、導波路回路素子１４１とＶ溝構造１４８の壁面とは、接触点Ｕでのみ接することになる。図１４（ｂ）は、接触点Ｕにおける接触の様子を示す、ノッチ構造の長手方向に対する垂直断面図である。

すなわち、図１４（ａ）に示すようなチップを大量生産する場合には、最初の１チップのみに上記押さえ治具１４９の傾きの調整を行えば、他のチップにおいて、押さえ治具１４９の微調整を行わなくても精度良く高さ調整を行うことができる。よって、個々のチップでの調整を行う必要がないため、低コストでチップを製造することが可能となる。

従来の光モジュールの側面図である。（ａ）は、本発明の一実施形態に係る、光素子が設けられた基板に導波路回路素子を実装した光モジュールの上面を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した光もジュールの側面を示す模式図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、Ｖ溝構造の断面を示す図である。本発明の一実施形態に係る、光素子が設けられた基板に導波路回路素子を実装する様子を示す図である。（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る、ノッチ構造を有する導波路回路素子を示す図であり、（ｅ）は、（ａ）〜（ｄ）に示す導波路回路素子に対応する、Ｖ溝を有するシリコンベンチを示す図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、ノッチ構造を有する導波路回路素子を示す図であり、（ｃ）は、（ａ）および（ｂ）に示す導波路回路素子に対応する、Ｖ溝を有するシリコンベンチを示す図である。（ａ）は、本発明の一実施形態に係る、導波路回路素子の鳥瞰図であり、（ｂ）は、（ａ）に示した導波路回路素子の上面図である。（ａ）および（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、ノッチ構造とＶ溝構造とによる嵌合の様子を示す図である。本発明の一実施形態に係る、ノッチ構造とＶ溝構造とによる嵌合の様子を示す図である。本発明の一実施形態に係る、ノッチ構造とＶ溝構造とによる嵌合の様子を示す図である。（ａ）は、本発明の一実施形態に係るノッチ構造を有する導波路回路素子の上面を示す模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す導波路回路素子に対応する、Ｖ溝を有するシリコンベンチを示す図である。本発明の一実施形態に係る、高さ方向の調整を説明するための図である。（ａ）は、図１２のノッチ構造の端付近におけるＡ−Ａ’線切断断面図であり、（ｂ）は、図１２のノッチ構造の中央部付近におけるＢ−Ｂ’線切断断面図であり、（ｃ）は、図１２のノッチ構造の端付近におけるＣ−Ｃ’線切断断面図である。（ａ）は、本発明の一実施形態に係る、ノッチ構造を有する導波路回路素子をＶ溝構造を有するシリコンベンチに実装する様子を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の接触点における接触の様子を示す、ノッチ構造の長手方向に対する垂直断面図である。

符号の説明

２１、４８半導体レーザ
２２、４１導波路回路素子
２３、４２、１１１クラッド
２４、４３、１１２導波路コア
２５、４４、４５、１１４ノッチ構造
２６、４６基板
２７、４７、段差段差
２８、４９、５０、１１８、１１９Ｖ溝
１１３中央部付近が最も幅が大きいノッチ構造
１１５シリコンベンチ

Claims

Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方が形成され、光素子が設けられた基板と、
前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の他方が形成された、導波路コアを含む導波路回路素子とを備え、
前記ノッチ構造と前記Ｖ溝構造とを嵌合することにより、前記光素子と前記導波路コアとを結合するように前記導波路回路素子を前記基板に実装し、
前記嵌合において、少なくとも前記光素子に最も近い嵌合に関わる前記Ｖ溝構造の長手方向は、前記導波路コアの光軸方向に対して略垂直方向であり、
前記光軸方向に対して略垂直方向の長手方向を有するＶ溝構造と前記ノッチ構造との嵌合において、前記基板面に対して垂直方向に前記導波路回路素子を回転することにより、前記導波路コアの、前記光素子と結合する端部の高さの調整を行うことを特徴とする光学部品。
前記ノッチ構造は、前記Ｖ溝構造に嵌合するように配列された、複数の突起部であることを特徴とする請求項１記載の光学部品。
前記光素子は複数個あり、
前記導波路コアと結合する光素子は、前記複数個の光素子のうち、最もスポットサイズが小さい光素子であることを特徴とする請求項１または２記載の光学部品。
前記基板において、該基板に形成された、前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方に対して、前記光素子とは反対側に、嵌合溝または該嵌合溝と嵌合するノッチ構造の一方が形成されており、
前記導波路回路素子には、前記嵌合溝または該嵌合溝と嵌合するノッチ構造の他方が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光学部品。
Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の一方が形成され、光素子が設けられた基板と、
前記Ｖ溝構造または該Ｖ溝構造と嵌合するノッチ構造の他方が形成された、導波路コアを含む導波路回路素子とを備え、
前記ノッチ構造および前記Ｖ溝構造の長手方向は、前記導波路コアの長手方向に対して略平行方向であり、
前記ノッチ構造は、該ノッチ構造の中央部付近の幅が最も大きく、該中央部付近から端に向かって前記ノッチ構造の幅が徐々に小さくなっており、
前記ノッチ構造と前記Ｖ溝構造とを嵌合することにより、前記光素子と前記導波路コアとを結合するように前記導波路回路素子を前記基板に実装し、
前記嵌合時に、前記Ｖ溝構造は少なくとも前記ノッチ構造の中央付近と接していることを特徴とする光学部品。
前記ノッチ構造は、前記中央部付近において、前記ノッチ構造よりも短い長さを有する第２のノッチ構造をさらに有し、
前記第２のノッチ構造の長手方向は、前記導波路コアの長手方向に対して略垂直方向であり、
前記Ｖ溝構造は、前記第２のノッチ構造と嵌合する嵌合溝をさらに有することを特徴とする請求項５記載の光学部品。
前記ノッチ構造の中央部付近の幅が最も大きい部分から、前記ノッチ構造の幅が小さくなる部分に向かって、前記中央部付近の幅が最も大きい部分をゼロとした距離の変数をｘとし、該ｘにおける前記ノッチ構造の幅をＷ（ｘ）とし、前記ｘ＝０における前記ノッチ構造の幅をＷ_０とし、前記ノッチ構造の終端での幅に応じて決められる定数をａとすると、前記ｘにおけるノッチ構造の幅は、Ｗ（ｘ）＝Ｗ_０−ａｘ^２で表されることを特徴とする請求項５または６記載の光学部品。