JP2550890B2 - 光導波路の接続構造およびその製造方法 - Google Patents
光導波路の接続構造およびその製造方法Info
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- JP2550890B2 JP2550890B2 JP5271048A JP27104893A JP2550890B2 JP 2550890 B2 JP2550890 B2 JP 2550890B2 JP 5271048 A JP5271048 A JP 5271048A JP 27104893 A JP27104893 A JP 27104893A JP 2550890 B2 JP2550890 B2 JP 2550890B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、別々の基板に形成され
た光導波路どうしや、あるいは光導波路と別の基板に配
置された光ファイバとの接続構造と、この接続構造の製
造方法に関する。
た光導波路どうしや、あるいは光導波路と別の基板に配
置された光ファイバとの接続構造と、この接続構造の製
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光導波路は、基板上に光分岐・結合機能
や光合分波機能を集積したり、光半導体素子との結合が
容易であり、しかも量産性に優れているので小型化、低
価格化が可能である。
や光合分波機能を集積したり、光半導体素子との結合が
容易であり、しかも量産性に優れているので小型化、低
価格化が可能である。
【０００３】光導波路を光ファイバ通信用デバイスに適
用する場合、光導波路と光ファイバの接続は不可欠であ
り、上記光導波路の特長を活かすためにも簡易で信頼性
の高い光導波路と光ファイバの接続構造が必要になる。
また、大規模な光集積回路を構築するためには、個々の
基板に形成された光導波路どうしを互いに接続しなけれ
ばならない場合も生じる。
用する場合、光導波路と光ファイバの接続は不可欠であ
り、上記光導波路の特長を活かすためにも簡易で信頼性
の高い光導波路と光ファイバの接続構造が必要になる。
また、大規模な光集積回路を構築するためには、個々の
基板に形成された光導波路どうしを互いに接続しなけれ
ばならない場合も生じる。
【０００４】光導波路と光ファイバの接続構造の最も簡
易な構造として、端面が鏡面加工された光導波路基板
に、光ファイバが光軸調整され接着剤等で固着された構
造がある。この種の接続構造では、光ファイバのコアが
光導波路のコアの位置に合うように光出力をモニタしな
がら光軸調整する必要がある。このため、極めて生産性
が悪いこと、光ファイバを光導波路基板に突き合わせる
だけで、しかも接着剤で固着するので周囲の温度変化や
経時的劣化などで位置ずれが生じ信頼性がよくないこと
などの欠点を有する。
易な構造として、端面が鏡面加工された光導波路基板
に、光ファイバが光軸調整され接着剤等で固着された構
造がある。この種の接続構造では、光ファイバのコアが
光導波路のコアの位置に合うように光出力をモニタしな
がら光軸調整する必要がある。このため、極めて生産性
が悪いこと、光ファイバを光導波路基板に突き合わせる
だけで、しかも接着剤で固着するので周囲の温度変化や
経時的劣化などで位置ずれが生じ信頼性がよくないこと
などの欠点を有する。
【０００５】上述の欠点のうち、後者の欠点を除去する
構造として、例えば、１９９２年電子情報通信学会秋季
大会論文集所載の論文Ｃ−１８６（文献１）記載の構造
が知られている。この論文記載の光導波路と光ファイバ
の接続構造は、光ファイバを光導波路に対して光軸調整
した後、両者の接合部にＣＯ2 レーザを照射して融着接
続するものである。
構造として、例えば、１９９２年電子情報通信学会秋季
大会論文集所載の論文Ｃ−１８６（文献１）記載の構造
が知られている。この論文記載の光導波路と光ファイバ
の接続構造は、光ファイバを光導波路に対して光軸調整
した後、両者の接合部にＣＯ2 レーザを照射して融着接
続するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文献１
記載の構造は、光ファイバの光軸調整が不可欠であるだ
けでなく、光導波路基板は融着可能なガラスでなければ
ならないことや、融着部の領域を大きくすることができ
ないため強度が小さく信頼性に欠けるなどの問題があ
る。また、文献１の構造は光導波路と光ファイバの接続
にしか適用できず、光導波路どうしの接続には適用でき
ないという欠点もある。
記載の構造は、光ファイバの光軸調整が不可欠であるだ
けでなく、光導波路基板は融着可能なガラスでなければ
ならないことや、融着部の領域を大きくすることができ
ないため強度が小さく信頼性に欠けるなどの問題があ
る。また、文献１の構造は光導波路と光ファイバの接続
にしか適用できず、光導波路どうしの接続には適用でき
ないという欠点もある。
【０００７】本発明の目的は、上述の欠点に鑑みて、光
軸調整が不要で、しかも簡易で信頼性の高い光導波路ど
うし、あるいは光導波路と光ファイバの接続構造を提供
することにある。
軸調整が不要で、しかも簡易で信頼性の高い光導波路ど
うし、あるいは光導波路と光ファイバの接続構造を提供
することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の欠点を除去するた
めに、本発明の光導波路の接続構造は、第１の基板表面
に形成された光導波路と、第２の基板表面に形成された
光導波路が光学的に結合する光導波路の接続構造におい
て、第１の基板の端面から突出した突出部と、第２の基
板の端面近傍に形成された溝が勘合され、光導波路の端
面が互いに接合して接続されていることを特徴としてい
る。
めに、本発明の光導波路の接続構造は、第１の基板表面
に形成された光導波路と、第２の基板表面に形成された
光導波路が光学的に結合する光導波路の接続構造におい
て、第１の基板の端面から突出した突出部と、第２の基
板の端面近傍に形成された溝が勘合され、光導波路の端
面が互いに接合して接続されていることを特徴としてい
る。
【０００９】特に、第１の基板と第２の基板はともにシ
リコンからなり、突出部は第１の基板が化学的異方性エ
ッチングにより形成された、断面が三角形状であり、溝
は第２の基板が化学的異方性エッチングにより形成され
たＶ溝であることを特徴としている。
リコンからなり、突出部は第１の基板が化学的異方性エ
ッチングにより形成された、断面が三角形状であり、溝
は第２の基板が化学的異方性エッチングにより形成され
たＶ溝であることを特徴としている。
【００１０】また、第１の基板表面に形成された光導波
路と、第２の基板表面に配置された光ファイバが光学的
に結合する光導波路の接続構造において、第１の基板の
端面から突出した突出部と、第２の基板の端面近傍に形
成された溝が勘合され、光導波路と前記光ファイバの端
面が互いに接合して接続されていることを特徴としてい
る。
路と、第２の基板表面に配置された光ファイバが光学的
に結合する光導波路の接続構造において、第１の基板の
端面から突出した突出部と、第２の基板の端面近傍に形
成された溝が勘合され、光導波路と前記光ファイバの端
面が互いに接合して接続されていることを特徴としてい
る。
【００１１】
【作用】光導波路が形成された一方の基板には端面に突
出部を設け、他方の光導波路が形成された基板の端面近
傍には溝を設けておき、両者を勘合させることにより容
易に光導波路どうしを接続させることができる。また、
溝が形成された側に基板には光導波路を形成する代わり
に、溝に光ファイバを配置することにより光導波路と光
ファイバの接続も可能になる。
出部を設け、他方の光導波路が形成された基板の端面近
傍には溝を設けておき、両者を勘合させることにより容
易に光導波路どうしを接続させることができる。また、
溝が形成された側に基板には光導波路を形成する代わり
に、溝に光ファイバを配置することにより光導波路と光
ファイバの接続も可能になる。
【００１２】上記突出部は、基板に表面の結晶面方位が
（１００）面のシリコン基板を用いて、基板の裏面に、
突出部として残る部分にマスクパターンを形成し、化学
的異方性エッチングを施すことにより、量産性よくしか
も高精度に三角形の断面形状をもつ突出部を形成するこ
とができる。マスクパターンは半導体製造プロセスなど
で一般的に用いられているフォトリソグラフィ技術を利
用することにより高精度に行えるので、突出部および溝
の位置も高精度にできる。このため、光導波路どうし、
あるいは光導波路と光ファイバを光軸調整することなく
高精度に位置決めすることができる。
（１００）面のシリコン基板を用いて、基板の裏面に、
突出部として残る部分にマスクパターンを形成し、化学
的異方性エッチングを施すことにより、量産性よくしか
も高精度に三角形の断面形状をもつ突出部を形成するこ
とができる。マスクパターンは半導体製造プロセスなど
で一般的に用いられているフォトリソグラフィ技術を利
用することにより高精度に行えるので、突出部および溝
の位置も高精度にできる。このため、光導波路どうし、
あるいは光導波路と光ファイバを光軸調整することなく
高精度に位置決めすることができる。
【００１３】
【実施例】次に図面を参照して本発明の一実施例を詳細
に説明する。
に説明する。
【００１４】図１は本発明の光導波路の接続構造の一実
施例を示す斜視図である。第１および第２の基板はいず
れもシリコンであり、表面には光導波路３、４がそれぞ
れ形成されている。第１および第２の光導波路３、４
は、それぞれ第１および第２のシリコン基板１、２にＣ
ＶＤ法により堆積された二酸化シリコンで形成されてお
り、コアとなる部分にはゲルマニウムがドープされてい
る。
施例を示す斜視図である。第１および第２の基板はいず
れもシリコンであり、表面には光導波路３、４がそれぞ
れ形成されている。第１および第２の光導波路３、４
は、それぞれ第１および第２のシリコン基板１、２にＣ
ＶＤ法により堆積された二酸化シリコンで形成されてお
り、コアとなる部分にはゲルマニウムがドープされてい
る。
【００１５】第１のシリコン基板の端面には、光導波路
が形成された部分の下に三角形の断面形状の突出部５が
形成されている。一方、第２のシリコン基板の端面近傍
にはにはＶ溝６が形成されている。Ｖ溝６は第２の光導
波路とＶ溝の中心線が一致するように形成されており、
第２の光導波路のＶ溝が形成された部分との境界となる
端部はブレードソーにより表面だけ切断され鏡面加工さ
れている。
が形成された部分の下に三角形の断面形状の突出部５が
形成されている。一方、第２のシリコン基板の端面近傍
にはにはＶ溝６が形成されている。Ｖ溝６は第２の光導
波路とＶ溝の中心線が一致するように形成されており、
第２の光導波路のＶ溝が形成された部分との境界となる
端部はブレードソーにより表面だけ切断され鏡面加工さ
れている。
【００１６】図１（ａ）は上述の第１のシリコン基板１
の突出部５と第２のシリコン基板のＶ溝６が勘合される
前の状態を示している。突出部５とＶ溝６の断面形状は
ともに三角形状であり、寸法は同一に形成されている。
両者は図１（ａ）に示されるように勘合され、第１の光
導波路３の端面と第２の光導波路４の端面は直接接合さ
れ、この状態で勘合部は接着固定される。あらかじめ突
出部５の中心線は第１の光導波路３と一致し、Ｖ溝６の
中心線は第２の光導波路４と一致するように形成されて
いるので、勘合の際には両者を位置調整しなくても第１
の光導波路３と第２の光導波路４は光軸が一致する。
の突出部５と第２のシリコン基板のＶ溝６が勘合される
前の状態を示している。突出部５とＶ溝６の断面形状は
ともに三角形状であり、寸法は同一に形成されている。
両者は図１（ａ）に示されるように勘合され、第１の光
導波路３の端面と第２の光導波路４の端面は直接接合さ
れ、この状態で勘合部は接着固定される。あらかじめ突
出部５の中心線は第１の光導波路３と一致し、Ｖ溝６の
中心線は第２の光導波路４と一致するように形成されて
いるので、勘合の際には両者を位置調整しなくても第１
の光導波路３と第２の光導波路４は光軸が一致する。
【００１７】次に、光導波路と光ファイバの接続構造に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００１８】図２は、本発明の光導波路の接続構造を、
光導波路と光ファイバの接続に用いた実施例である。第
１のシリコン基板１１には、光導波路１３が先に述べた
のと同じ方法により形成されており、また、端面近傍に
は光導波路１３の下に突出部１５が形成されている。一
方、第２のシリコン基板１２の表面には、Ｖ溝１６が形
成され、Ｖ溝１６には端面が切断、鏡面加工された光フ
ァイバ７の素線が配置され、樹脂により固着されてい
る。
光導波路と光ファイバの接続に用いた実施例である。第
１のシリコン基板１１には、光導波路１３が先に述べた
のと同じ方法により形成されており、また、端面近傍に
は光導波路１３の下に突出部１５が形成されている。一
方、第２のシリコン基板１２の表面には、Ｖ溝１６が形
成され、Ｖ溝１６には端面が切断、鏡面加工された光フ
ァイバ７の素線が配置され、樹脂により固着されてい
る。
【００１９】図２（ａ）は、第１のシリコン基板１１と
第２のシリコン基板１２が接続される前の状態を示して
おり、第１のシリコン基板１１の突出部１５と第２の基
板のＶ溝１６（ｂ）は互いに側面を密着させた状態で光
軸調整を行うことなく勘合される。（ｂ）は接続された
状態を示しており、光導波路１３の端面と光ファイバ７
の端面が密着した状態で、第１のシリコン基板１１と第
２のシリコン基板１２は樹脂により固着される。
第２のシリコン基板１２が接続される前の状態を示して
おり、第１のシリコン基板１１の突出部１５と第２の基
板のＶ溝１６（ｂ）は互いに側面を密着させた状態で光
軸調整を行うことなく勘合される。（ｂ）は接続された
状態を示しており、光導波路１３の端面と光ファイバ７
の端面が密着した状態で、第１のシリコン基板１１と第
２のシリコン基板１２は樹脂により固着される。
【００２０】このように、本発明の光導波路の接続構造
によれば、光導波路どうし、あるいは光導波路と光ファ
イバを光軸調整することなく、簡易に接続させることが
できる。また、固着部は従来の接続構造のように光ファ
イバを光導波路基板の端面に固着するのではなく、基板
に設けた突出部と溝を基板表面上で勘合させて接続する
ので、固着面積も大きく確保でき、固着部の信頼性は高
くなる。
によれば、光導波路どうし、あるいは光導波路と光ファ
イバを光軸調整することなく、簡易に接続させることが
できる。また、固着部は従来の接続構造のように光ファ
イバを光導波路基板の端面に固着するのではなく、基板
に設けた突出部と溝を基板表面上で勘合させて接続する
ので、固着面積も大きく確保でき、固着部の信頼性は高
くなる。
【００２１】次に、図１および図２に示される第１のシ
リコン基板の突出部の製造方法について説明する。
リコン基板の突出部の製造方法について説明する。
【００２２】図３は、本発明の光導波路の接続構造で用
いられる第１のシリコン基板の突出部を形成するための
製造工程を示す図である。ここでは、基板には結晶面方
位（１００）面を表面にもつシリコン基板８が用いられ
る。図２（ａ）に示されるように、シリコン基板８の基
板裏面３０には、基板表面３１に光導波路３２が形成さ
れる前に熱酸化により酸化膜（ＳｉＯ2 ）が形成され、
フォトリソグラフィにより突出部として残す部分のレジ
ストパターンが形成されている。さらに、この状態でバ
ッファードふっ酸により酸化膜がエッチングされ、突出
部２５として残す部分の酸化膜マスクパターン９がシリ
コン基板８の端面近傍に形成されている。
いられる第１のシリコン基板の突出部を形成するための
製造工程を示す図である。ここでは、基板には結晶面方
位（１００）面を表面にもつシリコン基板８が用いられ
る。図２（ａ）に示されるように、シリコン基板８の基
板裏面３０には、基板表面３１に光導波路３２が形成さ
れる前に熱酸化により酸化膜（ＳｉＯ2 ）が形成され、
フォトリソグラフィにより突出部として残す部分のレジ
ストパターンが形成されている。さらに、この状態でバ
ッファードふっ酸により酸化膜がエッチングされ、突出
部２５として残す部分の酸化膜マスクパターン９がシリ
コン基板８の端面近傍に形成されている。
【００２３】シリコン基板８の基板表面３１に光導波路
３２が形成された後に、（ｂ）に示されるように、シリ
コン基板８はエッチング溶液に浸せきされる。ここでエ
ッチング溶液としては、水酸化カリウム溶液やヒドラジ
ンが一般的に用いられる。シリコン基板８は（１００）
面を結晶面方位としているので、異方性エッチングによ
り、５４．７４度傾斜した、結晶面方位（１１１）面の
斜め側面が形成される。このとき、シリコン基板８の基
板表面３１は全体が光導波路３２のクラッド層３３とし
て形成された酸化膜に覆われているので、基板表面３１
からはエッチングは進行しない。この状態でエッチング
がさらに継続されると、酸化膜マスクパターン９の下部
においてサイドエッチングが進行し、断面形状が三角形
状である突出部２５が形成される。この端面の高さが勘
合される別の基板のＶ溝の深さに等しくなった時点でエ
ッチングは終了される。以上の工程により、シリコン基
板８の端面に突出部２５を形成することができる。な
お、エッチングは溶液の温度と浸せき時間を管理するこ
とにより再現性よく行なえるので、断面形状の高さも高
精度に形成させることができる。また、熱酸化工程、パ
ターニング工程、エッチング工程はいずれも半導体プロ
セスと同様の工程を用いることができるので、量産も可
能である。
３２が形成された後に、（ｂ）に示されるように、シリ
コン基板８はエッチング溶液に浸せきされる。ここでエ
ッチング溶液としては、水酸化カリウム溶液やヒドラジ
ンが一般的に用いられる。シリコン基板８は（１００）
面を結晶面方位としているので、異方性エッチングによ
り、５４．７４度傾斜した、結晶面方位（１１１）面の
斜め側面が形成される。このとき、シリコン基板８の基
板表面３１は全体が光導波路３２のクラッド層３３とし
て形成された酸化膜に覆われているので、基板表面３１
からはエッチングは進行しない。この状態でエッチング
がさらに継続されると、酸化膜マスクパターン９の下部
においてサイドエッチングが進行し、断面形状が三角形
状である突出部２５が形成される。この端面の高さが勘
合される別の基板のＶ溝の深さに等しくなった時点でエ
ッチングは終了される。以上の工程により、シリコン基
板８の端面に突出部２５を形成することができる。な
お、エッチングは溶液の温度と浸せき時間を管理するこ
とにより再現性よく行なえるので、断面形状の高さも高
精度に形成させることができる。また、熱酸化工程、パ
ターニング工程、エッチング工程はいずれも半導体プロ
セスと同様の工程を用いることができるので、量産も可
能である。
【００２４】一方、第２の基板に形成されるＶ溝は、基
板表面にＶ溝となる部分が除去された酸化膜マスクパタ
ーンを形成し、上記と同様の方法でエッチングすればよ
い。
板表面にＶ溝となる部分が除去された酸化膜マスクパタ
ーンを形成し、上記と同様の方法でエッチングすればよ
い。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の光導波路の
接続構造は、光導波路が形成された一方の基板の端面に
突出部を設け、他方の基板の端面近傍に溝を設け、両者
を勘合させることにより接続が行なわれるので、光軸調
整が不要で、しかも簡易で高信頼な接続が実現できる。
基板の突出部と溝は、シリコンを基板材料として化学的
異方性エッチングを行うことにより、バッチ処理により
高精度で形成できるので量産性にも優れているという効
果も有している。
接続構造は、光導波路が形成された一方の基板の端面に
突出部を設け、他方の基板の端面近傍に溝を設け、両者
を勘合させることにより接続が行なわれるので、光軸調
整が不要で、しかも簡易で高信頼な接続が実現できる。
基板の突出部と溝は、シリコンを基板材料として化学的
異方性エッチングを行うことにより、バッチ処理により
高精度で形成できるので量産性にも優れているという効
果も有している。
【図１】本発明の一実施例の光導波路の接続構造を示す
斜視図（（ａ）は接続前の状態を示す図、（ｂ）は接続
状態を示す図）
斜視図（（ａ）は接続前の状態を示す図、（ｂ）は接続
状態を示す図）
【図２】本発明の他の実施例の光導波路と光ファイバの
接続構造を示す斜視図（（ａ）は接続前の状態を示す
図、（ｂ）は接続状態を示す図）
接続構造を示す斜視図（（ａ）は接続前の状態を示す
図、（ｂ）は接続状態を示す図）
【図３】本発明の光導波路の接続構造の基板の突出部の
製造工程を示す図
製造工程を示す図
１，１１ 第１のシリコン基板 ２，１２ 第２のシリコン基板 ３，１３ 第１の光導波路 ４ 第２の光導波路 ５，１５，２５ 突出部 ６，１６ Ｖ溝 ７ 光ファイバ ８ シリコン基板 ９ 酸化膜マスクパターン ３０ 基板裏面 ３１ 基板表面 ３２ 光導波路 ３３ クラッド層
Claims (6)
- 【請求項１】 第１の基板表面に形成された光導波路
と、第２の基板表面に形成された光導波路が光学的に結
合する光導波路の接続構造において、 前記第１の基板の端面から突出した突出部と、前記第２
の基板の端面近傍に形成された溝が勘合され前記光導波
路の端面が互いに接合して接続されていることを特徴と
する光導波路の接続構造。 - 【請求項２】 前記第１の基板と前記第２の基板はとも
にシリコンからなり、 前記突出部は、前記第１の基板が化学的異方性エッチン
グにより形成された、断面が三角形状であり、 前記溝は、前記第２の基板が化学的異方性エッチングに
より形成されたＶ溝であることを特徴とする「請求項
１」記載の光導波路の接続構造。 - 【請求項３】 第１の基板表面に形成された光導波路
と、第２の基板表面に配置された光ファイバが光学的に
結合する光導波路の接続構造において、 前記第１の基板の端面から突出した突出部と、前記第２
の基板の端面近傍に形成された溝が勘合され、 前記光導波路と前記光ファイバの端面が互いに接合して
接続されていることを特徴とする光導波路の接続構造。 - 【請求項４】 前記第１の基板と前記第２の基板はとも
にシリコンからなり、 前記突出部は、前記第１の基板が化学的異方性エッチン
グにより形成された、断面が三角形状であり、 前記溝は、前記第２の基板が化学的異方性エッチングに
より形成されたＶ溝であり、前記光ファイバは前記溝に
配置されていることを特徴とした「請求項３」記載の光
導波路の接続構造。 - 【請求項５】 光導波路が表面に形成された基板の裏面
の端面近傍に一定の幅の領域を有するマスクパターンを
形成する工程と、 前記基板をエッチング溶液に浸せきさせて、前記基板の
端面に、前記基板の表面を一部に含む突出部を形成する
工程を含むことを特徴とする光導波路の接続構造の製造
方法。 - 【請求項６】 「請求項５」記載の基板はシリコンから
なり、前記基板の表面の結晶面方位が（１００）面であ
ることを特徴とする光導波路の接続構造の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5271048A JP2550890B2 (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 光導波路の接続構造およびその製造方法 |
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| JP5271048A JP2550890B2 (ja) | 1993-10-28 | 1993-10-28 | 光導波路の接続構造およびその製造方法 |
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Family Applications (1)
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