JP2016014842A - 光導波路部品およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導波路との間における光結合を低損失にするように、光素子が表面集積された光導波路部品を提供する。
【解決手段】アンダークラッド２０２ａ、コア２０１およびオーバークラッド２０２ｂからなる光導波路を備えた基板２０３と、オーバークラッドの表面に形成されたマイクロレンズ２０６と、コアにおける信号光の伝搬方向と交わり基板の垂直方向に対して傾斜した傾斜面に設けられたミラー２０４であって、信号光の光路を、コアからマイクロレンズへ変換するまたはマイクロレンズからコアへ変換するミラーとを備えた。マイクロレンズは、オーバークラッド上に、オーバークラッドの屈折率より大きい柱状の突起を形成し、アニール処理することにより形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、光導波路部品およびその製造方法に関し、より詳細には、フォトダイオードやレーザーダイオードなどの光素子を実装する際に用いる反射ミラー構造を有する光導波路部品およびその作製方法に関する。

近年、光ファイバ伝送の普及に伴い、多数の光機能素子を高密度に集積する技術が求められており、その一つとして、石英系平面光波回路（石英系Planar Lightwave Circuit、以下、ＰＬＣ）が知られている。ＰＬＣは低損失、高信頼性、高い設計自由度といった優れた特徴を有する導波路型光デバイスであり、実際に光通信伝送端における伝送装置には合分波器、分岐・結合器等の機能を集積したＰＬＣが搭載されている。また、伝送装置内にはＰＬＣ以外の光デバイスとして、光と電気の信号を変換するフォトダイオード（Photodiode、以下ＰＤ）や、レーザーダイオード（Laser Diode、以下ＬＤ）などの光素子も搭載されている。さらなる通信容量の拡大に向けて、光信号処理を行うＰＬＣ等の光導波路と光電変換を行うＰＤ等の光デバイスを集積した高機能な光電子集積型デバイスが求められている。

このような集積型光デバイスのプラットフォームとしてＰＬＣは有望であり、ＰＤチップとＰＬＣチップをハイブリッドに集積した光電子集積型デバイスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この例では、導波路の一部の領域に４５度ミラーを設け、その導波路上にＰＤを実装することで、光導波路を伝搬する光をミラーで垂直に光路変換し、ＰＤとの光結合を行う方法が採用されている。このようなＰＬＣ上に光結合用の光路変換ミラー、およびＰＤ等の光素子を実装するデバイス構造は、デバイスの小型化、および光回路の設計自由度の面で利点がある。

特開２００５−７０３６５号公報 特許第５３７３７１７号公報

図１は、集積型光デバイスのプラットフォームとしてＰＬＣチップ（光路変換部）の概略構成を示す図である。図１（ａ）は、上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面線における断面図を示す。ＰＬＣは、導波路基板１０３上に形成された下部クラッド１０２ａ、コア（導波路）１０１、上部クラッド１０２ｂを備える。また、導波路の一部の領域には、導波路基板１０３に対して傾斜したミラー１０４が設けられている。ミラー１０４の傾斜角１０５は４５度である。導波路１０１上のオーバークラッド１０２の表面にＰＤを実装することで、導波路を伝搬する光をミラー１０４で垂直に光路変換し、ＰＤとの光結合を行う方法が採用されている。ＰＬＣから光路変換で光を出射することを想定した場合、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、ビームは導波路から出射されるときに回折されて大きく拡がっていく。したがって、高速なＰＤ（〜数十ＧＨｚ）を集積し、その小口径なＰＤ受光部に対して低損失な光結合を実現するためにはレンズ等の光結合素子を別途実装して集光する必要があるため、小型化が困難となっていた。その結果、レンズ等の光結合素子を用いない実用的な集積型光デバイスの用途は、拡がったビームと低損失に光結合できるような大口径の低速ＰＤ（〜数ＧＨｚ）を集積した光強度モニタに限られていた。また、ＰＬＣに対して光路変換で光を入射することを想定し、例えばＬＤから垂直にビームを入射しミラー１０４で光路変換して、光導波路１０１に光結合することを想定すると、レンズが無い限りビームが拡がってしまうため、低損失な光結合が困難であることがわかる。このようにＰＬＣをプラットフォームとした光素子とのミラーを用いたハイブリッド集積において、小型化と高速化、または低損失化は相反する事項であり、これらを両立することでより高機能化が可能な光電子集積型デバイスの実現が課題であった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、ＰＤやＬＤ等の光素子の表面集積において、ミラーによる光路変換で光導波路素子と光素子との間を光信号入出力する際に、低損失で光結合できる構造を備えた光導波路部品、およびその製造方法を提供することにある。

このような目的を達成するために、本願発明の第１の態様は、光導波路部品である。光導波路部品は、アンダークラッド、コアおよびオーバークラッドからなる光導波路を備えた基板と、端部に設けられたコアへ信号光を入出力するポートと、オーバークラッドの表面に形成された集光手段と、コアにおける信号光の伝搬方向と交わり基板の垂直方向に対して傾斜した傾斜面に設けられた反射手段を備える。また、光導波路部品は、オーバークラッドの表面に形成された集光手段を備え、反射手段は、信号光の光路を、コアから集光手段へ変換するまたは集光手段からコアへ変換する。

一実施形態では、集光手段は、オーバークラッドの屈折率より大きい屈折率を有する凸レンズである。一実施形態では、集光手段は、楕円形状の凸レンズである。凸レンズは、オーバークラッドの屈折率より大きい屈折率の第２のオーバークラッドを形成して、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより第２のオーバークラッドを柱状の突起に加工した後に、アニール処理して形成されたものである。

本願発明の第２の態様は、上記第１の態様の光導波路部品の製造方法である。光導波路部品の製造方法は、オーバークラッド上に、当該オーバークラッドの屈折率と異なる屈折率を有する第２のオーバークラッドを生成するステップと、反射手段により光路を変換された信号光が透過する位置で、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより第２のオーバークラッドを柱状の突起に加工するステップと、高温でアニールすることで柱状の突起を溶融し、集合手段としての凸レンズを作製するステップと
を備える。

一実施形態では、第２のオーバークラッドの屈折率は、前記オーバークラッドの屈折率より大きい。一実施形態では、柱状の突起の断面は、楕円形である。一実施形態では、光導波路部品の製造方法は、凸レンズを作製した後に、コアにおける信号光の伝搬方向と交わり、基板の垂直方向に対して傾斜した傾斜面を形成するステップと、形成した傾斜面に金属を被着させるステップと備える。

以上説明したように、本願発明によれば、ミラーによる光路変換で光導波路素子と光素子間を光信号入出力する際に、低損失で光結合できる構造を備えた光導波路部品、およびその製造方法を提供するが可能となる。

集積型光デバイスのプラットフォームとしてＰＬＣチップ（光路変換部）の概略構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面線における断面図である。 本発明の一実施形態にかかる光導波路部品の概略構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面線における断面図である。 本発明の一実施形態にかかる光導波路部品の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施形態にかかる光導波路部品にＰＤを集積した光電子集積型デバイスの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる光導波路部品にＰＤを集積した光電子集積型デバイスの概略構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面線における断面図である。 本発明の一実施形態にかかる光導波路部品にＬＤを集積した光電子集積型デバイスの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態にかかる光導波路部品にＬＤを集積した光電子集積型デバイスの概略構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面線における断面図である。 本発明の一実施形態にかかる光導波路部品の上面から見たＬＤ出射部のスポットサイズとレンズ形状を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。以下の説明中の具体的な数値は、例示であり、本発明をこの数値例に限定するものではない。本発明は、一般性を失うことなく他の数値で実施することができることは言うまでもない。

図２は、本発明の一実施形態にかかる光導波路部品（光路変換部）の概略構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面線における断面図である。

図２に示す光導波路部品は、導波路基板２０３上に形成された下部クラッド２０２ａ、コア（導波路）２０１、上部クラッド２０２ｂを備えたＰＬＣである。導波路の一部の領域には、導波路基板２０３に対して傾斜したミラー２０４が設けられている。また、導波路２０１上のオーバークラッド１０２ｂの表面には、マイクロレンズ２０６が生成されている。

例えば、光導波路基板２０３は、Ｓｉ基板とすることができる。ミラー２０４は、Ｓｉ基板２０３の上面（導波路作製面）を基準として、３０〜６０度のミラー角度２０５を有してＰＬＣ面内に形成されている。ミラー２０４は、導波路２０１を導波してミラー側に出射した光信号がオーバークラッド１０２の表面のマイクロレンズ２０６へ入射するように、あるいは、オーバークラッド１０２の表面のマイクロレンズ２０６を介して入射した光信号が導波路２０１へ光結合するように、光信号を光路変換する。図２に示す光導波路部品では、上部クラッド２０２ｂの表面の端部２０９から、導波路基板２０３と下部クラッド２０２ａとの境界までの領域にミラー２０４を形成しているが、少なくとも導波路２０１を含む領域にミラーが形成されれば良く、例えば、上部クラッド２０２ｂの表面の端部２０９から下部クラッド２０２ａの一部を含む領域をミラー２０４としても良い。すなわち、導波路基板２０３の垂直方向に対して傾斜した傾斜面を、オーバークラッド２０２ｂの表面から導波路（コア）２０１よりも深い位置まで形成しミラーとすれば良い。

マイクロレンズ２０６は、オーバークラッド２０２ｂ上に設けられ、その屈折率は、オーバークラッドの屈折率より大きい。マイクロレンズ２０６は、オーバークラッド２０２ｂの表面に、オーバークラッドの屈折率より大きい屈折率の材料で円柱状の突起を形成し、アニールすることで溶融させて形成したものである。アニールする前の突起の形状は、円柱状に限られず、アニール後に所望のレンズ形状が得られるような形状にすることができる。例えば、突起の形状を楕円柱状とすることで、アニール後に楕円形状のマイクロレンズを得ることができる。マイクロレンズ２０６は、光信号を、ミラー２０４を介して導波路２０１へ入力する際にまたは導波路２０１からミラー２０４を介して出力する際に拡がったビームをレンズにより集光することで、光結合効率を改善する。

以上説明したように、本発明は、光路変換用ミラー２０４と、オーバークラッド２０２ｂの表面に該オーバークラッドより大きい屈折率のレンズ２０６が形成されていることを最大の特長としている。一般的にＰＬＣの断面構造はＳｉやＳｉＯ_２の基板２０３の表面上に、ＳｉＯ_２の薄膜が、アンダークラッド２０２ａとして約２０μｍ、導波路（コア）２０１として３〜１０μｍ、オーバークラッド２０２ｂとして約２０μｍ堆積されている。ＳｉＯ_２膜の堆積は、火炎堆積法を用いるが、スパッタ法や化学気相成長法でも良く、本発明の効果を限定するものではない。このようなＰＬＣに、ＰＬＣの基板に対して垂直方向に光路変換する角度４５°のミラー２０４を形成し、導波路２０１を伝搬する光を跳ね上げたと想定すると、オーバークラッド２０２ｂの表面におけるビーム中心２０８とミラー端２０９との距離はちょうど２０μｍとなる。このとき、そのビーム中心２０８をレンズ２０６の中心として円形の平凸レンズ形成することを想定すると、その際のビーム径（ガウシアンビームを想定した際に、ビーム強度分布の１／ｅ^２の強度となる全幅）に依存するものの、サイズとして半径２０〜３０μｍのレンズが最大と考えられる。

このようなレンズ付きミラーに対しＰＤやＬＤ等の光素子を集積する際に、低損失に光結合するためには、レンズの曲率半径を変えることで焦点距離やビームのスポットサイズを光素子やその実装形態に合わせることが求められる。

しかしながら、小型化や実装の簡便化のため、オーバークラッドを加工してレンズを形成することが望ましい一方で、ある程度のビーム幅を想定した際に上記に示した構造的な制約から、焦点距離を短くするためにレンズの曲率半径を大きくすることが構造および製造上困難であることがわかる。

そこで、本発明の実施形態では、オーバークラッド２０２ｂの屈折率よりも大きい屈折率の材料をレンズ２０６用に使用することで、このような問題を解決し、より低損失な光結合を実現する。例えば、平凸レンズの曲率半径といったレンズ構造自体が同じであっても屈折率の大きい材料を用いることで、より焦点距離を短くすることが可能であり、結果として、光結合距離が短くなるため、小型な集積を実現することができる。

本願発明においてマイクロレンズの屈折率は、オーバーラッド２０２ｂの屈折率と同じあるいは小さくてもよいが、上述したように、オーバークラッド２０２ｂの屈折率よりも大きい方が望ましい。

ここで、図３を参照して、オーバークラッドの表面にレンズを作製する方法を説明する。図３（ｅ）は、完成した光導波路部品を示す。図３（ｅ）において、光導波路部品（ＰＬＣ）は、導波路基板３０３上に形成された下部クラッド３０２ａ、導波路（コア）３０１、上部クラッド２０２ｂ、オーバークラッド３０２ｂの表面に作製されたマイクロレンズ３０６を備え、導波路基板３０３に対して傾斜したミラー３０４が設けられている。本実施形態では、マイクロレンズ３０６は、ミラー３０４を形成する前の段階で、以下に説明する工程で作製される。

はじめに、ＰＬＣを生成する。より具体的には、導波路基板３０３上に順次、下部クラッド３０２ａ、導波路（コア）３０１、および上部クラッド２０２ｂを積層する（図３（ａ））。

次いで、生成したＰＬＣのオーバークラッド３０２ｂの表面に該オーバークラッド３０２ｂの屈折率よりも大きい屈折率の第２のオーバークラッド３０８を形成する（図３（ｂ））。第２のオーバークラッド３０８は、加工されて最終的にマイクロレンズ３０６となる。

次いで、ミラー３０４により光路変換されたビームが通過すると見積もられる位置で、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより、第２のオーバークラッドを柱状の突起に加工する（図３（ｃ））。

その後、柱状の突起を有するＰＬＣを、アニール処理する。アニール処理によって柱状の突起が溶融し、角が流れることで滑らかな面を形成し、凸レンズ形状が得られる（図３（ｄ））。

最後に、深さが導波路より深くなるように傾斜面を形成してミラー３０４を作製する。例えば、傾斜面は、ドライエッチングにより形成することができ（例えば、特許文献２参照）、形成した傾斜面に金やアルミ等の金属を蒸着またはスパッタなどにより被着させることで、ミラー３０４を作製することができる。

第２のオーバークラッドは、光通信波長である１．３μｍや１．５５μｍ付近の赤外線が透過する材料であれば良いが、光素子の実装で３００℃程度の温度になり得ることを考慮すると、Ｇｅ等をドーピングして屈折率を変えた石英系のガラスやＭｇＦ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ、ポリイミドといった材料であることが望ましい。また、柱状の突起を形成するためのエッチング深さは、導波路（コア）３０１を伝搬する光に影響しないよう、コアに達しない深さであることが望ましい。さらに安定的にレンズ形状を形成するためには突起の高さは１０μｍ以下であることが望ましく、したがって、第２のオーバークラッド膜厚も１０μｍ以下であることが望ましい。

このように、光路変換ミラー３０４を備えた光導波路部品と、光素子とのハイブリッド集積において、オーバークラッド３０２ｂの屈折率よりも大きい屈折率のレンズ３０６を形成することにより、光電子集積型デバイスのより一層の低損失化と小型化に貢献する光導波路部品を提供することが可能となる。以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。

図４および５を参照して、実施例１にかかる受光デバイスを説明する。図４は、本発明の一実施形態にかかる光導波路部品にＰＤを集積した光電子集積型デバイス一例である受光デバイスの概略構成を示す図であり、受光デバイスの上面図を示す。

受光デバイスは、光入力部４０９を有する入力用光導波路、光路変換を構成するミラー４０４、およびマイクロレンズ４０６を含む光路変換部を備えた光導波路部品と、光導波路部品の上面に実装される面型の高速ＰＤ４１０で構成される。受光デバイスの光導波路部品は、図２および３を参照して説明したような、導波路がシリコン基板上に形成された石英系ＰＬＣを用いて構成されている。光入力部４０９に接続されたファイバから入力用光導波路に入力された光信号は、ミラーで跳ね上げられたのち、レンズで集光され、ＰＤに入射される。上記の受光デバイスを用い、ＰＤの受光感度を測定し、ＰＬＣ−ＰＤ間の光結合効率を求めた。

図４に示す本実施例の受光デバイスの光導波路部品（ＰＬＣチップ）のサイズは、縦５ｍｍ、横１０ｍｍであり、光入力部４０９から入力された光信号が導波する入力用光導波路の径（コア径）は３．５μｍであり、コアを覆うオーバークラッドの膜厚は１６．５μｍ、クラッドの屈折率は１．４４であり、コアとクラッドの比屈折率差は２．５％である。光入力は、ＰＬＣチップの短辺側の導波路の端部（光入力部４０９）から行い、ミラー４０４を有する光路変換部はチップの中央に形成している。

図５は、本発明の一実施形態にかかる光導波路部品にＰＤを集積した光電子集積型デバイス（受光デバイス）の概略構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面線における断面図である。

図５に示す受光デバイスは、光導波路部品とＰＤ５１０とを備える。光導波路部品は、導波路基板５０３上に形成された下部クラッド５０２ａ、コア（導波路）５０１、上部クラッド５０２ｂを備えたＰＬＣである。導波路の一部の領域には、導波路基板５０３に対して傾斜したミラー５０４が設けられている。また、導波路５０１上のオーバークラッド５０２ｂの表面には、マイクロレンズ５０６が生成されている。ＰＤ５１０は、ＰＤ受光部５１１を備える。

導波路基板５０３に対して傾斜した傾斜面には反射膜としてアルミが蒸着されており、コア５０１の傾斜面側から出射されたビームを光路変換するためのミラー５０４として機能する。このとき、導波路基板５０３に対する傾斜面の角度をミラー角度５０５とし、ここでは角度４５°のミラーを形成した。マイクロレンズ５０６は、曲率半径１１μｍで、その中心位置は光路変換されたビーム中心と一致するように形成されている。レンズ形成は、第２のオーバークラッドとして屈折率１．６のＳｉＯ_２−Ｔａ_２Ｏ_５を８μｍ堆積し、フォトリソグラフィーとドライエッチングで直径１８μｍ、高さ７μｍの円柱に加工した後、５時間、９００℃でアニール処理することで作製した。第２のオーバークラッド膜の堆積は、火炎堆積法を用いるが、スパッタ法や化学気相成長法でも良く、本発明の効果を限定するものではない。作製したレンズ形状は、円柱が溶融されることで直径２０μｍ、高さ７μｍの凸形状であり、曲率半径は約１１μｍとなる。続いてミラー形成を行う。ドライエッチングにより深さが導波路５０１より深くなるように傾斜面を形成する（例えば、特許文献２参照）。なお、傾斜面の作製方法は、発明の効果を限定するものではないが、ドライエッチングにより作製することで高精度かつ自由度の高いミラーレイアウトが可能となる。続いて傾斜面に対し、蒸着またはスパッタなどによりアルミを被着させ反射膜とし、ミラーを形成する。アルミ以外の金等の金属を用いても良い。このとき、蒸着源、またはスパッタリングターゲットに対して基板表面を傾斜させることで、傾斜面に反射膜が成膜される。ミラーはレンズに対して反射ビームが入射するよう設計した位置に配置する。ＰＤは、ＰＤは受光径１９μｍの表面入射型ＰＤで、レンズ５０８の中心とＰＤの受光面５１１の中心が一致するようにレンズ上方に実装した。このときオーバークラッド５０２ｂの表面を基準として２０μｍの高さにＰＤ受光面５１１が位置している。

このような受光デバイスに波長１．５５μｍの光（強度５００μＷ）を光ファイバで入力したとき、ＰＤで測定した受光感度は０．４２Ａ／Ｗであった。ここでミラー面での損失０．３ｄＢ、レンズ表面におけるフレネル損失０．３ｄＢ、および光入力部におけるファイバ結合損失３ｄＢを除くと、受光感度１．０Ａ／Ｗから算出したＰＤへの結合損失は０．１ｄＢであった。比較のため、第２のオーバークラッド層をオーバークラッドと同じ組成の膜（屈折率１．４４）として、上記と同じレンズ形状の光導波路部品を作製し、ＰＤを同じ構造で実装した。波長１．５５μの光（強度５００μＷ）を光ファイバで入力したとき、ＰＤで測定した受光感度は０．３７Ａ／Ｗであった。ここでミラー面での損失０．３ｄＢ、レンズ表面におけるフレネル損失０．２５ｄＢ、およびファイバ結合損失３ｄＢを除くと、受光感度０．９Ａ／Ｗから算出したＰＤへの結合損失は０．８ｄＢであった。これらの結果から、レンズをオーバークラッドより大きい屈折率の材料で形成し、焦点距離を短くすることで、より高い光結合効率が得られることを確認できた。以上のように本発明のレンズ付きミラーを備えた光導波路部品を用いることで、より低損失で良好な特性を持つ光電子集積型デバイスを提供できる。

図６および７を参照して、実施例２にかかる光源デバイスを説明する。図６は、本発明の一実施形態にかかる光導波路部品にＬＤを集積した光電子集積型デバイス一例である光源デバイスの概略構成を示す図であり、光源デバイスの上面図を示す。

光源デバイスは、光出力部６０９を有する出力用光導波路、光路変換を構成するミラー６０４、およびマイクロレンズ６０６を含む光路変換部を備えた光導波路部品と、光導波路部品の上面に実装されるＬＤ６１０で構成される。光源デバイスの光導波路部品は、図２および３を参照して説明したような、導波路がシリコン基板上に形成された石英系ＰＬＣを用いて構成されている。ＬＤ６１０から出射された光信号は、レンズ６０６で集光され、ミラー６０４で光路変換されて導波路に結合し、出力用光導波路を伝播し光出力部６０９に接続されたファイバからへ入射する。上記の光源デバイスを用い、ＬＤ−ＰＬＣ間の光結合効率を求めた。

図６に示す本実施例の光源デバイスの光導波路部品（ＰＬＣチップ）のサイズは、縦５ｍｍ、横１０ｍｍであり、光出力部６０９まで光信号が導波する出力用光導波路の径（コア径）３．５μｍであり、コアを覆うオーバークラッドの膜厚１６．５μｍ、クラッドの屈折率は１．４４であり、コアとクラッドの比屈折率差は２．５％である。光出力は、ＰＬＣチップの短辺側の導波路の晩部（光出力部６０９）から行い、ミラー６０４を有する光路変換部はチップの中央に形成している。

図７は、本発明の一実施形態にかかる光導波路部品にＬＤを集積した光電子集積型デバイス（光源デバイス）の概略構成を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）はＢ−Ｂ断面線における断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ断面線における断面図である。

図７に示す光源デバイスは、光導波路部品とＬＤ７１０とを備える。光導波路部品は、導波路基板７０３上に形成された下部クラッド７０２ａ、コア（導波路）７０１、上部クラッド７０２ｂを備えたＰＬＣである。導波路の一部の領域には、導波路基板５０３に対して傾斜したミラー７０４が設けられている。また、導波路７０１上のオーバークラッド７０２ｂの表面には、マイクロレンズ７０６が生成されている。ＬＤ７１０は、ＬＤ基板７１２上に作製されたＬＤ出射部７１１を備える。

導波路基板７０３に対して傾斜した傾斜面には反射膜としてアルミが蒸着されており、コア７０１の傾斜面側から出射されたビームを光路変換するためのミラー７０４として機能する。このとき、導波路基板７０３に対する傾斜面の角度をミラー角度７０５とし、ここでは角度４５°のミラーを形成した。マイクロレンズ７０６は、オーバークラッド７０２ｂの表面の上方から見て短軸が１４μｍ、長軸が２０μｍの楕円状のレンズ形状となっており、その中心位置は光路変換されたビーム中心と一致するように形成されている。レンズ形成は、第２のオーバークラッドとして屈折率１．６のＳｉＯ_２−Ｔａ_２Ｏ_５を８μｍ堆積し、フォトリソグラフィーとドライエッチングで高さ７μｍ、短軸１２μｍ、長軸１８μの楕円の柱に加工した後、５時間、９００℃でアニール処理することで作製した。第１の実施例と同様に、第２のオーバークラッド膜の堆積は、火炎堆積法を用いるが、スパッタ法や化学気相成長法でも良く、本発明の効果を限定するものではない。作製したレンズ形状は、柱が溶融されることで高さ７μｍの凸形状となっており、オーバークラッド７０２ｂの表面の上方から見て短軸１４μｍ長軸２０μｍの楕円状のレンズ形状となる。続いてミラー形成を行う。ドライエッチングにより深さが導波路より深くなるように傾斜面を形成する（例えば、特許文献２参照）。なお、傾斜面の作製方法は、発明の効果を限定するものではないが、ドライエッチングにより作製することで高精度かつ自由度の高いミラーレイアウトが可能となる。続いて傾斜面に対し、蒸着またはスパッタなどによりアルミを被着させ反射膜とし、ミラーを形成する。アルミ以外の金等の金属を用いても良い。このとき、蒸着源、またはスパッタリングターゲットに対して基板表面を傾斜させることで、傾斜面に反射膜が成膜される。ミラーの位置は、設計したレンズ位置に対応するように、エッチングシフト等を考慮して設定する。

図８は、光導波路部品の上面から見たＬＤ出射部７１１のスポットサイズ８１３とレンズ７０６の形状８０６を示す図である。ＬＤ７１０は、端面出射型ＬＤである。図８に示すように、ＬＤチップの基板７１２の面に平行な方向を長軸とし、垂直な方向を短軸とすると、ＬＤ７１０のスポットサイズは、水平方向が３μｍ、垂直方向が２μｍの楕円状ビームとなる。ＬＤ７１０は、レンズ７０６の中心とＬＤ７１０のスポットの中心が一致するようにレンズ上方に実装した。このときオーバークラッド７０２ｂの面からＬＤ７１０の出射面までの高さ（距離）は２０μｍであり、レンズ７０６の短軸および長軸とＬＤスポットサイズの短軸および長軸をそれぞれ一致させている。

このような光源デバイスにおいて、ＬＤ７１０を駆動し、波長１．５５μの光（強度３００μＷ）を出力し、出力光導波路に調芯した光ファイバで外部のパワーメータへ接続し、光強度を測定した。このとき、測定した光強度は１２６μＷであった。ミラー７０４の面での損失０．３ｄＢ、レンズ７０６の表面におけるフレネル損失０．３ｄＢ、および出力光導波路の光出力部におけるファイバの結合損失３ｄＢを除くと、ＬＤ７１０からＰＬＣへの結合損失は０．１ｄＢであった。

比較のため、第２のオーバークラッド層の組成は同様にして、レンズ形状が直径２０μｍの円形となる光導波路部品を作製し、ＬＤを同じ構造で実装した。波長１．５５μの光（強度３００μＷ）出力したとき、測定した光強度は１１２μＷであった。ここでミラー面での損失０．３ｄＢ、レンズ表面におけるフレネル損失０．２５ｄＢ、およびファイバ結合損失３ｄＢを除くと、ＬＤからＰＬＣへの結合損失は０．７ｄＢであった。これらの結果から、レンズをオーバークラッドより大きい屈折率の材料で形成し、焦点距離を短くし、かつそのレンズの形状を光素子のスポットサイズ形状に合わせた構造にすることで、より高い光結合効率が得られることを確認できた。以上のように本発明のレンズ付きミラーを備えた光導波路部品を用いることで、より低損失で良好な特性を持つ光電子集積型デバイスを提供できる。

１０１，２０１，３０１，５０１，７０１ 導波路（コア）
１０２ａ，２０２ａ，３０２ａ，５０２ａ，７０２ａ オーバークラッド
１０２ｂ，２０２ｂ，３０２ｂ，５０２ｂ，７０２ｂ アンダークラッド
１０３，２０３，３０３，５０３，７０３ Ｓｉ基板
１０４，２０４，３０４，４０４，５０４，６０４，７０４ ミラー
１０５，２０５，５０５，７０５ ミラー傾斜角（ミラー角度）
２０６，３０６，４０６，５０６，６０６，７０６，８０６ マイクロレンズ
２０７，５０７，７０７ 反射ビームの集光方向
２０８，５０８，７０８ 反射ビーム中心
２０９，５０９，７０９ ミラー端
３０８ 第２オーバークラッド
４０９ 光入力部
４１０，５１０ フォトダイオード（ＰＤ）
５１１ ＰＤ受光部
６０９ 光出力部
６１０，７１０ レーザーダイオード（ＬＤ）
７１１ ＬＤ出射部
７１２ 基板
８１３ ＬＤ出射部のスポットサイズ

Claims (7)

1. 基板上に順次積層されたアンダークラッド、コアおよびオーバークラッドからなる光導波路を備えた光導波路部品であって、
   端部に設けられた前記コアへ信号光を入出力するポートと、
   前記オーバークラッドの表面に形成された集光手段と、
   前記コアにおける信号光の伝搬方向と交わる傾斜面であり前記基板の垂直方向に対して傾斜した前記傾斜面に設けられた反射手段であって、前記信号光の光路を、前記コアから前記集光手段へ変換するまたは前記集光手段から前記コアへ変換する前記反射手段と
   を備えた光導波路部品。
2. 前記集光手段は、前記オーバークラッドの屈折率より大きい屈折率を有する凸レンズである、請求項１に記載の光導波路部品。
3. 前記集光手段は、楕円形状の凸レンズであることを特徴とする請求項２に記載の光導波路部品。
4. アンダークラッド、コアおよびオーバークラッドからなる光導波路を備えた基板と、前記オーバークラッドの表面に形成された集光手段と、前記コアにおける信号光の伝搬方向と交わる傾斜面であり前記基板の垂直方向に対して傾斜した前記傾斜面に設けられた反射手段であって、前記信号光の光路を、前記コアから前記集光手段へ変換するまたは前記集光手段から前記コアへ変換する前記反射手段とを備えた光導波路部品の製造方法であって、
   前記オーバークラッド上に、前記オーバークラッドの屈折率と異なる屈折率を有する第２のオーバークラッドを生成するステップと、
   前記反射手段により光路を変換された前記信号光が透過する位置で、フォトリソグラフィーおよびエッチングにより前記第２のオーバークラッドを柱状の突起に加工するステップと、
   高温でアニールすることで前記柱状の突起を溶融し、前記集光手段としての凸レンズを作製するステップと
   を備える、光導波路部品の製造方法。
5. 前記凸レンズを作製した後に、前記コアにおける信号光の伝搬方向と交わり、前記基板の垂直方向に対して傾斜した傾斜面を形成するステップと、
   前記傾斜面に金属を被着させるステップと
   をさらに備える、請求項４に記載の光導波路部品の製造方法。
6. 前記第２のオーバークラッドの屈折率は、前記オーバークラッドの屈折率より大きい、請求項４または５に記載の光導波路部品の製造方法。
7. 前記柱状の突起の断面は、楕円形である、請求項４乃至６のいずれかに記載の光導波路部品の製造方法。

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