JP2982861B2

JP2982861B2 - 光結合器及びその製造方法

Info

Publication number: JP2982861B2
Application number: JP11670196A
Authority: JP
Inventors: 聡水田
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-05-10
Filing date: 1996-05-10
Publication date: 1999-11-29
Anticipated expiration: 2016-05-10
Also published as: JPH09304651A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光結合器及びその
製造方法に関し、特に、光ファイバが無調整実装により
結合される光導波路を有する光結合器とその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の光ファイバ通信ネットワークの発
展に伴い、光信号の処理を行うネットワークノードの基
本構成要素の１つである光導波路デバイスとこれら光導
波路デバイス間を結ぶ光ファイバとの高効率の光結合は
ますます重要になってきている。

【０００３】光導波路と光ファイバの最も一般的な結合
方法としては、結合効率をモニターしながら微動治具に
よって光ファイバ光軸の調芯を行い、接着剤によって固
定する方法がある。これに対して、光軸調整作業の除
去、一括処理による量産性、外力等による光軸精度の時
間経過に対する信頼性向上等を目的として、従来より、
光ファイバの光導波路への無調整実装方法が研究開発さ
れてきた。例えば、特開平４−５２６０６号公報や特開
平６−３４７６５５号公報などに示されるように、（０
０１）Ｓｉ基板などの上に光導波路を形成し、基板の異
方性エッチングを行うことによって同一基板上に光ファ
イバガイド用の所望の深さのＶ溝を形成する方法であ
る。この溝を構成する（１１１）面による光ファイバの
支持及びこの後の工程である光ファイバの接着を行うこ
とによって光ファイバの調芯作業無しで光ファイバが光
導波路に対して最適な位置で固定される。

【０００４】この技術では、通常、Ｓｉからなる基板１
の面方位としては〈００１〉を用いる。このとき、図２
３（ａ）及び（ｂ）のように角度が〈１１０〉方向に目
合わせされた溝形成用マスクを用いて異方性エッチング
によって形成されるＶ溝８０４は２つの（１１１）面８
０２ａ，８０２ｂにより構成され、さらに光導波路に相
対する溝の終端にも（１１１）面８０３ａ，８０３ｂか
らなる溝が形成されている。光導波路が形成された同一
基板に光導波路と位置合わせ形成された前記Ｖ溝の（１
１１）面８０２ａ，８０２ｂによって光ファイバは支持
されるため、煩雑な光軸調整（調芯）作業の必要がな
く、かつ安定に光導波路と結合される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】光導波路形成（００
１）Ｓｉ基板の異方性エッチングによるＶ溝を用いた光
ファイバと光導波路の結合方法は上記のいくつかの利点
と同時に、以下に述べるような問題を有する。光導波路
を形成する基板１としてＳｉ（００１）基板を用い、こ
れの異方性エッチングによって光ファイバ実装用のＶ溝
を形成する場合、光導波路に相対するＶ溝の終端にも図
２３のように光導波路終端面１３ａに（１１１）面８０
３ａが形成される。この結果、この（１１１）面８０３
ａが障害となって光ファイバ終端面１２を光導波路終端
面１３ａに接近させることができないため、光導波路と
光ファイバの完全な突き合わせによる高効率な光結合を
行うことができない問題が発生する。これを防ぐための
１つの方法として、図２３（ｂ）のようにＶ溝形成部
７′と光導波路形成部６の間にダイシングソーなどを用
いて機械的に切断溝８０１を設けて、上記の（１１１）
面のＳｉを除去する必要があった。

【０００６】本発明の目的は、調芯作業なしに光ファイ
バを光導波路に高効率にかつ信頼性良く光結合できる光
結合器を提供し、光ファイバ通信ネットワークにおける
低コストな光デバイスを実現することにある。

【０００７】本発明のもう一つの目的は、上述の光結合
器を機械的な方法を用いることなくウェハプロセスによ
る一括処理のみによって製造する方法を提供し、光ファ
イバ通信ネットワークにおける低コストな光デバイスを
実現することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、主面を
有する基板と、前記主面の第１の所定の領域上に形成さ
れた光導波路と、前記主面の第２の所定の領域に形成さ
れ、前記光導波路の光軸に平行な方向に延在し、光ファ
イバの一端を前記光導波路の一端に、前記光ファイバの
光軸が前記光導波路の光軸に一致した状態に結合させる
ように、前記光ファイバをガイドする光ファイバガイド
溝とを有する光結合器において、前記第１及び前記第２
の所定の領域に挟まれた前記主面の第３の所定の領域に
形成され、前記光導波路の前記一端の下方で前記光ファ
イバガイド溝の延在方向と交差する一つの内側面を有す
る溝を有し、前記内側面には、前記主面に対する斜めの
傾きを有する複数の平面からなる光導波路方向へのくぼ
みが形成されており、前記溝の残りの面も前記主面に対
する斜めの傾きを有する複数の平面からなることを特徴
とする光結合器が得られる。

【０００９】

【００１０】また本発明によれば、主面を有する基板
と、前記主面の第１の所定の領域上に形成された光導波
路と、前記主面の第２の所定の領域に形成され、前記光
導波路の光軸に平行な方向に延在し、光ファイバの一端
を前記光導波路の一端に、前記光ファイバの光軸が前記
光導波路の光軸に一致した状態に結合させるように、前
記光ファイバをガイドする光ファイバガイド溝とを有す
る光結合器を製造する方法において、前記第１の所定の
領域上に前記光導波路を形成する工程と、前記第１及び
前記第２の所定の領域に挟まれた前記主面の第３の所定
の領域に、前記光ファイバガイド溝の延在方向と交差す
る凹型の予備溝を形成する工程と、前記凹型の予備溝を
形成した後に、前記第２の所定の領域に前記光ファイバ
ガイド溝を形成するのと同一のエッチング工程にて、前
記凹型の予備溝に、前記光導波路の前記一端の下方で前
記光ファイバガイド溝の延在方向と交差する一つの内側
面を有する溝を新たに形成する工程とを含み、前記新た
に形成する溝は前記主面に対する斜めの傾きを有する複
数の平面からなる光導波路方向へのくぼみが前記内側面
に形成された状態になるように形成されることを特徴と
する光結合器の製造方法が得られる。

【００１１】

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施例について図面
を参照して説明する。

【００１３】図１及び図２を参照すると、本発明の第１
の実施例による光結合器は、主面を有する基板（１）
と、前記主面の第１の所定の領域上に形成された光導波
路（２、３、１５等）と、前記主面の第２の所定の領域
に形成され、光導波路（２、３、１５等）の光軸に平行
な方向（１４）に延在し、光ファイバ（１１）の一端を
光導波路（２、３、１５等）の一端に、光ファイバ（１
１）の光軸が光導波路（２、３、１５等）の光軸に一致
した状態に結合させるように、光ファイバ（１１）をガ
イドする光ファイバガイド溝（５）とを有する光結合器
において、前記第１及び前記第２の所定の領域に挟まれ
た主面の第３の所定の領域に形成され、光導波路（２、
３、１５等）の前記一端の下方で光ファイバガイド溝
（５）の延在方向と交差する一つの内側面を有する溝
（８）を有している。前記内側面には、前記主面に対す
る斜めの傾きを有する複数の平面（１０ａ及び１０ｂ）
からなるくぼみが形成されている。

【００１４】この光結合器の製造方法は、後に詳述する
ように、基板（１）の主面の前記第１の所定の領域上に
光導波路（２、３、１５等）を形成する工程（図９）
と、前記第１及び前記第２の所定の領域に挟まれた前記
主面の第３の所定の領域に、光ファイバガイド溝（５）
の延在方向と交差する凹型の溝（図２（ａ）及び図１０
の１００）を形成する工程（図１０）と、前記第２の所
定の領域に光ファイバガイド溝（５）を形成すると共
に、前記凹型の溝（１００）に、光導波路（２、３、１
５等）の前記一端の下方で光ファイバガイド溝（５）の
延在方向と交差する一つの内側面を有する溝（８）を、
前記内側面に、前記主面に対する斜めの傾きを有する複
数の平面（１０ａ及び１０ｂ）からなるくぼみが形成さ
れた状態に、形成する工程（図１２）とを含んでいる。

【００１５】図３を参照すると、本発明の第２の実施例
による光結合器は、図１の溝（８）の代りに、へこみ
（３１）が形成されている。即ち、この光結合器は、主
面を有する基板（１）と、前記主面の第１の所定の領域
上に形成された光導波路（１５等）と、前記主面の第２
の所定の領域に形成され、光導波路（１５等）の光軸に
平行な方向（１４）に延在し、光ファイバ（１１）の一
端を光導波路（１５等）の一端に、光ファイバ（１１）
の光軸が光導波路（１５等）の光軸に一致した状態に結
合させるように、光ファイバ（１１）をガイドする光フ
ァイバガイド溝（５）とを有する光結合器において、前
記第１及び前記第２の所定の領域に挟まれた主面の第３
の所定の領域に形成され、光導波路（１５等）の前記一
端の下方で光ファイバガイド溝（５）の延在方向と交差
する一つの内側面を有するへこみ（３１）を有してい
る。前記内側面には、前記主面に対する斜めの傾きを有
する複数の平面（３３ａ及び３３ｂ）からなるくぼみが
形成されている。

【００１６】この光結合器の製造方法は、前記第１及び
前記第２の所定の領域に挟まれた前記主面の第３の所定
の領域に、光ファイバガイド溝（５）の延在方向と交差
する凹型のへこみ（図３（ｂ）の１００´）を、凹型の
溝（図２（ａ）及び図１０の１００）の代りに、形成す
る工程と、前記第２の所定の領域に光ファイバガイド溝
（５）を形成すると共に、前記凹型のへこみ（図３
（ｂ）の１００´）に、光導波路（１５等）の前記一端
の下方で光ファイバガイド溝（５）の延在方向と交差す
る一つの内側面を有するへこみ（３１）を、前記内側面
に、前記主面に対する斜めの傾きを有する複数の平面
（３３ａ及び３３ｂ）からなるくぼみが形成された状態
に、形成する工程とを含んでいる点を除けば、図１の光
結合器の製造方法と同じである。

【００１７】図１及び図３の光結合器においては、後に
詳述するように、基板１はＳｉであり、主面が（００
１）面であり、くぼみの前記複数の平面がそれぞれ（１
１１）面である。また、光導波路は例えば石英系ガラス
材料からなる。

【００１８】次に図１の光結合器を詳細に説明する。

【００１９】（００１）Ｓｉなどの基板１の上にコア２
及びクラッド３からなる光導波路が形成されており、光
導波路コア終端面４が露出している。さらに基板１上に
光ファイバガイド溝５が形成され、光導波路形成部６と
光ファイバガイド溝形成部７の間に光導波路終端溝８が
設けられている。光ファイバガイド溝５は２つのＳｉ
（１１１）面９ａ，９ｂから構成され、また光導波路終
端溝８は４つのＳｉ（１１１）面１０ａ，１０ｂ，１０
ｃ，１０ｄから構成され光軸方向１４にくびれた形状で
ある。

【００２０】図２は、図１の光結合器において光ファイ
バと光導波路の結合時における位置関係、及び光ファイ
バ、光導波路や溝の寸法などの関係を説明するための図
（図２（ａ）は光ファイバ光軸長手方向での断面図、図
２（ｂ）は光ファイバ光軸直交方向での断面図）であ
る。（Ｓｉ）基板１の上に形成されたＶ字状の光ファイ
バガイド溝５の（１１１）面９ａ，９ｂで支持される光
ファイバ１１の終端面１２は光導波路終端側の（１１
１）面１０ｂにぶつからないため、光導波路の終端面１
３ａに接近させることができる。点線は、製造方法の１
つとして、Ｓｉ基板の異方性エッチングの前に、光導波
路形成部６と光ファイバガイド溝形成部７の間にドライ
エッチング等の方法によってトレンチ状の予備溝（凹型
の溝）１００を設ける場合のその予備溝１００の形状・
深さを示している。この予備溝１００の深さｄ₁は、光
ファイバ１１の外径を２Ｒ，光導波路コア光軸の高さを
ｈ，異方性エッチングによって〈００１〉方向にエッチ
ングの行われる最大深さをｄ，（１１１）面と（１０
０）面の成す角度をθ、（１１１）面と（１００）面１
５のエッチング速度比を１：ｐとしたときに、ｄ₁≧Ｒ
−ｈ−ｄ／ｐ／ｃｏｓθを満たす必要がある。

【００２１】次に図３の光結合器を詳細に説明する。

【００２２】図３（ａ）はこの光結合器の斜視図、図３
（ｂ）はこの光結合器に光ファイバ１１を実装し光導波
路に突き合わせ結合させた状態における光軸を含む面で
の断面図、図３（ｃ）はこの光結合器に光ファイバ１１
を実装し光導波路に突き合わせ結合させた状態おいて光
導波路方向から見た断面図である。図３において、光フ
ァイバガイド溝５と光導波路終端３２の間に光導波路終
端へこみ３１が位置している。光導波路終端へこみ３１
は図１の光結合器の光導波路終端溝８に対応し、８枚の
（１１１）面３３ａ〜３３ｈによって構成され、光軸方
向１４，及び光軸に垂直かつ基板に平行な方向に共にく
びれた形状である。この光結合器は図１の光結合器とは
光導波路終端溝８が光導波路終端へこみ３１に変更され
ている点のみが異なっており、他の形状は同じである。
図３（ｂ）において、（１１１）面３３ｂは光導波路側
に後退しているため、光ファイバ１１の終端面１２はこ
の（１１１）面３３ｂにぶつからなく光導波路の終端面
１３ａに接近させることができる。

【００２３】図４〜図１２は、図１の光結合器の製造方
法を示す工程図である。（００１）Ｓｉなどの基板１の
上に光ファイバガイド溝形成異方性エッチング用マスク
層４１を形成する（図４）。この上層にフォトリソグラ
フィ法等により形成したレジストパターンを用いてウェ
ットまたはＡｒイオンプラズマを使ったＥＣＲプラズマ
エッチング等のドライエッチングにより、光ファイバガ
イド溝形成異方性エッチング用マスク４１ａを形成する
（図５）。なお、図４及び図５の工程でのエッチングに
よる方法の代わりにリフトオフ法を用いて前記マスクを
形成しても構わない。

【００２４】上記マスク層の材料としては、基板の溝形
成異方性エッチングに用いるエッチャントに対して耐久
性を持つものを用いる。すなわち、例えば基板の溝形成
異方性エッチングのエッチャントとしてＫＯＨ等のアル
カリ溶液を用いる場合、ＳｉＯ₂などを主成分とする石
英系ガラスを用いる。上記ＳｉＯ₂膜の形成方法として
はＣＶＤ法やスパッタ法やＳｉ基板をＨ₂Ｏ雰囲気中で
アニールすることなどによる表面熱酸化法などがある。
中でも表面熱酸化法による熱酸化ＳｉＯ₂膜は前記の他
の方法により形成するＳｉＯ₂膜よりも前記エッチャン
トに対するエッチレートが低いため、膜厚を薄くでき、
かつ異方性エッチング用マスクとして機能する際の形状
変化も少ない。故に、熱酸化ＳｉＯ₂膜を前記マスクと
して用いれば光ファイバガイド溝の形成精度が高くな
る。光ファイバガイド溝の深さは通常５０〜１００μｍ
程度必要であるため、異方性エッチャントとしてＫＯＨ
水溶液を用いる場合、ＳｉＯ₂とＳｉの選択比により熱
酸化ＳｉＯ₂膜の厚さは通常５００〜１０００オングス
トローム程度で充分である。なお、上記ＳｉＯ₂膜の代
わりに、スパッタ法や蒸着法によって形成したＡｕ，
Ｗ，Ｗ_XＳｉ_1-x（ｘ＝０〜１）などの金属膜を光ファ
イバガイド溝形成異方性エッチングマスク層として用い
ることも可能である。

【００２５】次に、図６のように光ファイバガイド溝形
成部７を覆うように光導波路終端形成用マスク４２を形
成する。Ｓｉ基板の光導波路終端部に溝を設けるための
１つの方法としてＲＩＥドライエッチング法を用いる場
合には、Ｏ₂を添加したＣＦＣｌ₃等の反応性ガスを用
いたＳｉのドライエッチングにおいてＳｉに対するエッ
チレートの低い（選択比の高い）材料を、光導波路終端
溝形成用マスク４２に用いる。具体的には例えばＣＶＤ
法、スパッタ法や蒸着法等によって成膜した数μｍ〜数
十μｍのＳｉ₃Ｎ₄等を用いる。そして、前記光ファイ
バガイド溝形成用マスクの形成方法と同様の方法でフォ
トリソグラフィ法やリフトオフ法等を用いることによっ
て図６のように所望の形にパターン形成する。

【００２６】そして、前記光導波路終端溝形成用マスク
４２及びＳｉの基板面１ａの上にコア２とクラッド３か
ら成る光導波路を形成する（図７）。図８においてコア
２は光ファイバガイド溝形成部７に跨らないように終端
されているが、後の工程で光ファイバガイド溝形成部７
の光導波路層１５は除去されるので、コアは光ファイバ
ガイド溝形成部７の方まで伸びて形成されていても構わ
ない。この光導波路の形成は、例えばＰ，Ｇｅ，Ｂなど
を含有する石英系ガラスからなる光導波路層クラッド層
及び光導波路コア層のＣＶＤ法や火炎堆積法などを用い
た成膜と、ＲＩＥドライエッチング法などによる光導波
路コア層のエッチングを組み合わせることにより行う。
この光導波路層は、通常は図７及び図８のように光導波
路下層クラッド３ａの上の光導波路コア２が光導波路上
層クラッド３ｂで埋め込まれた構成にする。具体的な光
導波路の寸法は、例えば光導波路下層クラッドの厚さを
１０〜２０μｍ程度、コア断面を５×５μｍ程度の方形
状、光導波路上層クラッド層の厚さを１０μｍ程度にす
る。また、比屈折率差Δｎが例えば５％程度になるよう
にコアの屈折率はクラッドに対してわずかに高く設定し
て、シングルモード光導波路にする。

【００２７】次に、形成した光導波路層１５の上に光導
波路終端面形成用マスク４３を形成する。このマスク４
３は、例えば、厚さ数百〜数千オングストロームのＣ
ｒ，Ｔｉなどの金属とその上に厚さ数μｍ〜数十μｍ程
度のフォトレジストを積層し、これをフォトリソグラフ
ィなどによって所望のマスクパターンの形に残すことに
よって形成する。また、このマスクの形成位置は、光フ
ァイバガイド溝形成部７を避けて、図８のように光導波
路層のうち残したい部分の上部を覆うようにすればよ
い。

【００２８】この後で、前記の光導波路終端面形成用マ
スク４３に覆われていない部分について、光導波路層１
５をエッチングする。このエッチングは基板面１ａ及び
前記光導波路終端溝形成用マスク４２が露出するまで行
い、光導波路の終端面１３ａを形成する（図９）。な
お、石英系ガラスの導波路層を例にとると、上記のエッ
チングはサイドエッチを少なくするために通常は例えば
Ｃ_xＦ_y系やＣ_xＣｌ_y系の反応性ガスのイオン，ラジ
カルや中性分子を用いたドライエッチングで行う。この
時、前記光導波路終端溝形成用マスク４２は光導波路層
１５と比較して前記反応性ガスによるドライエッチング
のエッチレートが十分に低い（選択比の高い）材料から
成るので、エッチングを殆どされずに光導波路終端溝形
成用マスク４２のパターンのままの形にＳｉ基板１のド
ライエッチング用のマスクとして残る。

【００２９】また、上記ドライエッチングの工程の一部
をウェットエッチングに置き換える方法を用いることも
可能である。すなわち、例えば石英系ガラス光導波路を
エッチングする場合は、まずバッファード弗酸（弗化ア
ンモニウムと弗化水素の混合水溶液）を用いたウェット
エッチングなどによって、図１３のようにある程度の深
さまで光導波路層１５のエッチングを行う。ただし、こ
こでいうある程度の深さとは、前記光導波路終端溝形成
用マスク４２が露出しない程度の深さを意味する。具体
的には、光導波路層の厚さやエッチング速度のばらつき
を考慮して光導波路層１５ａを通常数百オングストロー
ム〜１μｍ程度残しておく。上記ウェットエッチングの
後に光導波路層１５ａのドライエッチングを行う。この
結果、光導波路終端溝形成用マスク４２がＳｉ基板１の
ドライエッチング用のマスクとして残る。

【００３０】この光導波路終端溝形成用マスク４２は例
えば数μｍ〜数十μｍのＳｉ₃Ｎ₄からなり、このマス
クを用いて、例えばＯ₂を添加したＣＦＣｌ₃をエッチ
ングガスに用いて露出したＳｉ基板１の露出した基板面
１ａのＲＩＥドライエッチングを行い、基板垂直方向に
掘り下げる。これによって図１０のように光導波路部６
と光ファイバガイド溝形７との間にトレンチ状の予備溝
１００をＳｉ基板１に設ける。

【００３１】そして、前記光導波路終端溝形成用マスク
４２を図１１のように除去した後に、露出した光ファイ
バガイド溝形成用マスク４１ａを用いた異方性エッチン
グを行うことによって、図１２のように光ファイバガイ
ド溝５及び光導波路終端溝８が形成される。Ｓｉ基板の
異方性エッチングをする場合、エッチャントにはＫＯ
Ｈ，ＮａＯＨ，ＣｓＯＨ水溶液やエチレンジアミン・ピ
ロカテコール混合水溶液やヒドラジン等を用いればよ
い。

【００３２】最後に、得られた光ファイバガイド溝５に
光ファイバを実装することによって光導波路と光ファイ
バが結合される。

【００３３】以上のような製造方法をとることで、本発
明の特徴として、Ｓｉ（１１１）面に光ファイバ端が斜
めにぶつかることによって接近が妨害されることなく光
ファイバと光導波路を完全に突き合わせて結合させるこ
とのできる光結合器を、図２３の光結合器のように光導
波路部６と光ファイバガイド溝部７との間にダイシング
ソー等の機械的手段によって切断溝８０１を設けること
をせずに全行程にウェハプロセスによる一括処理のみを
用いることによって得ることができる。

【００３４】なお、本発明において、光導波路終端面形
成用マスク４３及び光導波路終端溝形成用マスク４２の
形成位置精度はさほど必要ではない。すなわち、光ファ
イバ１１の終端が光導波路終端部のＳｉ（１１１）面１
０ｂにぶつからないように光導波路部６と光ファイバガ
イド溝部７との間に光導波路終端溝８が形成されるよう
な位置に前記マスク４２，４３を形成すればよい。

【００３５】本発明の実施例として、Ｈ₂Ｏ雰囲気中で
８５０℃近辺の温度でアニールすることによって形成し
たＳｉ熱酸化膜からなる光ファイバガイド溝形成用マス
ク、及びこの上部にＣＶＤ法によって形成したＳｉ₃Ｎ
₄からなる光導波路終端溝形成用マスクを形成したＳｉ
基板上に、ＴＥＯＳ−ＡＰ−ＣＶＤ法を用いてＰＳＧ膜
からなる下層クラッド層，ＧＰＳＧ膜からなるコア層の
堆積と、ＲＩＥドライエッチングによるコアリッジ形
成、及びＰＳＧ膜堆積によるコアの埋め込みによって石
英系光導波路を形成した。この後でＣｒ及びフォトレジ
ストからなる光導波路保護マスクを用いてウェット・及
びＲＩＥドライエッチングによって光導波路層を除去
し、さらにドライエッチングによって光導波路部と光フ
ァイバガイド溝形成部の間のＳｉ基板に深さ約５０〜６
０μｍ，幅約１００μｍのトレンチ状の予備溝を形成
し、Ｓｉ₃Ｎ₄からなる光導波路終端溝形成用マスクの
除去後に異方性エッチングによって、光ファイバガイド
溝を形成した。異方性エッチングの結果、光ファイバガ
イド溝の形成と同時に、光導波路部と光ファイバガイド
部の間には図１のように４つの（１１１）面１０ａ〜ｄ
によって構成された光軸方向にくびれた形状の光導波路
終端溝８が形成された。上記光ファイバガイド溝に光フ
ァイバを石英系光導波路と無調整実装した結果、光ファ
イバ終端は光導波路終端に完全に突き合わって光学的に
結合され、図１の光ファイバガイド溝形成マスク開口幅
５１の最適な値１２６．５μｍ付近において結合損失
は、図１４に示すように、０．２〜０．３ｄＢであっ
た。このように本発明の構造及び・製造方法を用いた光
結合器により、光ファイバガイド溝形成後にダイシング
ソーによって光導波路部と光ファイバガイド部の間に切
断溝を設けた場合と同様の高効率の結合が得られた。

【００３６】図１５、図１６、及び図１７は、本発明の
第３の実施例による光結合器を示している。この光結合
器は、図１の光結合器を複数個用いた場合の例である。
図１５はこの光結合器の斜視図，図１６は図１５におい
て光ファイバガイド溝５に光ファイバ１１を実装した状
態での第２の光結合器６２の光ファイバ光軸を含む面に
よる断面図である。光ファイバ１１は第１〜第３の光結
合器６１〜６３におけるファイバガイド溝にそれぞれ実
装され、第１〜第３の光結合器においてそれぞれ光導波
路６４，光導波路６５，光導波路６６と光学的に結合さ
れる。さらに、第１の光結合器６１には（Ｓｉ）基板面
１ａをプラットフォームとしてレーザーダイオード６
７、フォトダイオード６８が形成または固定実装され、
基板１上に形成した光導波路６４がフォトダイオード６
８と結合し、第２の光結合器６２には第１の光導波路６
５、及びこれと立体的に交差する第２の光導波路６９が
基板上に形成され、第３の光結合器６３には第２の光結
合器６２のそれとは異なる形態の光導波路６６が基板１
上に形成されている。そして、光導波路終端溝８の底部
に一本の円柱形状などのピン７０が着座させて橋渡しさ
れたそれぞれの光結合器６１，６２，６３が共通ベース
板７１上に配置されいてる。この円柱形状のピン７０に
よる光結合器間の連結により、それぞれの光結合器の光
ファイバ１１の光軸と平行な方向の相互の位置合わせが
高精度に行われる。この結果、第１の光結合器６１上の
レーザーダイオード６７と第２の光結合器６２上の第２
の光導波路６９、及び第２の光結合器６２上の第２の光
導波路６９と第３の光結合器６３上の光導波路６６とが
低損失で光学的に結合される。なお、図１６に示すよう
にピン７０には光導波路終端溝８の大きさに比べて充分
外径の細いものを用いることで、光ファイバ１１の光導
波路への接近が阻害されないようにできる。

【００３７】図１５の光結合器と同様にピンを用いて光
結合器相互の連結位置合わせする方法として、図１７に
示すように光導波路終端溝８の代わりにダイシングソー
などによる矩形の切断溝８０１の底面に円柱状のピン７
０を着座させる方法も考えられる。しかし、この場合に
は図において矩形の切断溝８０１の幅８０１ａと円柱状
のピン７０の外径７０ａに差異があるとピンの位置の変
動があるため、光結合器相互の位置が安定に定まらな
い。これに対して、図１５の光結合器における光導波路
終端溝８の断面形状はＶ字状のため、ピンの長手方向に
垂直な方向のずれが生じなく光結合器相互の光ファイバ
１１の光軸と平行な方向の位置も変動しない。

【００３８】以上のように適宜別々の条件によって光導
波路を形成した光結合器同志を選んで組み合わせて相互
の光結合を行うことで、基板面内のみならず基板高さ方
向にも立体的に集積化された光回路を構成できる。

【００３９】図１８及び図１９は、図１の光結合器に偏
波保存光ファイバ７０１を結合する例を示している。図
１８は斜視図であり、図１９は光ファイバを光ファイバ
ガイド溝に実装した状態での光軸を含み基板方向に垂直
な面での断面図及び光導波路７０３の方向から光ファイ
バ終端面７０２の方向を見た図である。図１８及び図１
９において、光結合器の光ファイバガイド溝５に偏波保
存光ファイバ７０１が実装される。偏波保存光ファイバ
の終端面７０２は図のように偏波保存方向７０４に垂直
或いは平行な方向と一致するように面が作られたバリ７
０５が残るように適宜加工されていて、このバリ７０５
が光導波路終端溝８の光導波路方向へのくぼみ７０６に
引っかかることによって偏波保存光ファイバの光軸周り
の回転を抑えられるため、偏波保存光ファイバの偏波保
存方向７０４の向きが所望の角度に定められる。この実
施例で用いる偏波保存光ファイバの終端面７０２の加工
形状の光ファイバ光軸方向の断面形状は図２０に限らず
図２１及び図２２のような形状でも構わない。

【００４０】なお、本発明の光導波路がシングルモード
のみである必要はなく、マルチモード光導波路であって
もよいことは言うまでもない。また、光導波路の材料
は、石英系ガラスに何ら限定されることはなく、例えば
ＰＭＭＡなどやフッ素化ポリイミドなどを用いることも
あり得る。

【００４１】さらに、本発明に用いられる基板の材料は
Ｓｉに限定されることはない。適切なエッチャントを選
ぶことにより、例えばＩｎＰやＧａＡｓ結晶などの基板
を用いる場合においても適用できる。エッチャントとし
ては例えばＨ₂ＳＯ₄＋Ｈ₂Ｏ₂＋Ｈ₂，ＨＣｌ，ＨＢ
ｒ等の水溶液を用いればよい。

【００４２】また、本発明においてファイバガイド溝及
び光導波路終端溝の断面形状は完全Ｖ字になっている必
要は勿論ない。断面形状が台形になっている場合にも適
用される。

【００４３】また、光ファイバと結合させるのは、光導
波路に限ることはなく、Ｓｉ基板やＩｎＰやＧａＡｓな
どの上に成長したレーザーダイオードやフォトダイオー
ドである場合においても本発明を適用できる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光結合器
を用いれば、光導波路と光ファイバの高効率結合を調芯
作業なしで行うことができる。また、本発明の製造方法
によって、ダイシングソー等の機械的手段による切断溝
を設けることをせずに全行程をウェハプロセスによる一
括処理のみによって前記の光結合器が得られる。

【００４５】さらに、本発明の光結合器は、目的に合わ
せて適宜別々の条件によって光導波路を形成した光結合
器同士を選択・組み合わせ、相互の光結合を高効率に行
うことが可能であたるめ、基板面内のみならず基板高さ
方向にも立体的に集積化された必要回路を構成できる。

【００４６】また、本発明の光結合器は実装に際する光
軸回りの回転角度の精度が必要とされる偏波保存光ファ
イバなどの特殊光ファイバを、簡単な作業により精度良
く実装できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による光結合器の斜視図
である。

【図２】図１の光結合器を説明するための図で、（ａ）
は光ファイバ光軸長手方向での断面図、（ｂ）は光ファ
イバ光軸直交方向での断面図である。

【図３】本発明の第２の実施例による光結合器を説明す
るための図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は光ファイバを
実装した状態における光軸を含む面での断面図、（ｃ）
は光ファイバを実装した状態における光導波路方向から
見た断面図である。

【図４】図１の光結合器の製造方法を説明するための斜
視図である。

【図５】図１の光結合器の製造方法を説明するための斜
視図である。

【図６】図１の光結合器の製造方法を説明するための斜
視図である。

【図７】図１の光結合器の製造方法を説明するための斜
視図である。

【図８】図１の光結合器の製造方法を説明するための斜
視図である。

【図９】図１の光結合器の製造方法を説明するための斜
視図である。

【図１０】図１の光結合器の製造方法を説明するための
斜視図である。

【図１１】図１の光結合器の製造方法を説明するための
斜視図である。

【図１２】図１の光結合器の製造方法を説明するための
斜視図である。

【図１３】図１の光結合器の製造方法を説明するための
斜視図である。

【図１４】図１の光結合器における光ファイバと光導波
路の結合損失の測定結果を示す図である。

【図１５】本発明の第３の実施例による光結合器の斜視
図である。

【図１６】図１５の光結合器に光ファイバを実装した状
態における光ファイバ光軸を含む面による断面図であ
る。

【図１７】従来の光結合器によって本発明の第３の実施
例の効果を得ようとする場合の問題点を説明するための
図である。

【図１８】図１の光結合器に偏波保存光ファイバを結合
する例を説明するための斜視図である。

【図１９】図１の光結合器に偏波保存光ファイバを実装
した状態における光ファイバ光軸を含む面による断面図
及び光ファイバ光軸直交方向での断面図である。

【図２０】図１８及び図１９に使用され得る偏光保存光
ファイバの一例を示す光軸を含む面による断面図であ
る。

【図２１】図１８及び図１９に使用され得る偏光保存光
ファイバのもう一つの例を示す光軸を含む面による断面
図である。

【図２２】図１８及び図１９に使用され得る偏光保存光
ファイバの更にもう一つの例を示す光軸を含む面による
断面図である。

【図２３】従来の光結合器を説明するための図で、
（ａ）は斜視図、（ｂ）は光ファイバを実装した状態に
おける光ファイバ光軸を含む面による断面図である。

【符号の説明】

１基板１ａ基板面２コア３クラッド３ａ下層クラッド３ｂ上層クラッド４光導波路コア終端面５光ファイバガイド溝６光導波路形成部７光ファイバガイド溝形成部７′ Ｖ溝形成部８光導波路終端溝９ａ，９ｂＳｉ（１１１）面１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄＳｉ（１１１）面１１光ファイバ１１ａ光ファイバコア１２光ファイバ終端面１３光導波路終端部１３ａ光導波路終端部１４光軸方向１５光導波路層１５ａ光導波路層３１光導波路終端へこみ３２光導波路終端３３ａ〜３３ｈ（１１１）面３４（００１）面４１光ファイバガイド溝形成異方性エッチング用マ
スク層４１ａ光ファイバガイド溝形成異方性エッチング用
マスク層４２光導波路終端溝形成用マスク４３光導波路終端面形成用マスク５１光ファイバガイド溝形成マスク開口幅６１第１の光結合器６２第２の光結合器６３第３の光結合器６４光導波路６５第１の光導波路６６光導波路６７レーザーダイオード６８フォトダイオード６９第２の光導波路７０ピン７０ａピン外径７１共通ベース板１００予備溝７０１偏光保存光ファイバ７０２光ファイバ終端面７０３光導波路７０４偏波保存方向７０５バリ７０６光導波路方向へのくぼみ８０１切断溝８０１ａ切断溝の幅８０２ａ，８０２ｂＳｉ（１１１）面８０３ａ，８０３ｂＳｉ（１１１）面８０４Ｖ溝

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】主面を有する基板と、前記主面の第１の
所定の領域上に形成された光導波路と、前記主面の第２
の所定の領域に形成され、前記光導波路の光軸に平行な
方向に延在し、光ファイバの一端を前記光導波路の一端
に、前記光ファイバの光軸が前記光導波路の光軸に一致
した状態に結合させるように、前記光ファイバをガイド
する光ファイバガイド溝とを有する光結合器において、
前記第１及び前記第２の所定の領域に挟まれた前記主面
の第３の所定の領域に形成され、前記光導波路の前記一
端の下方で前記光ファイバガイド溝の延在方向と交差す
る一つの内側面を有する溝を有し、前記内側面には、前
記主面に対する斜めの傾きを有する複数の平面からなる
光導波路方向へのくぼみが形成されており、前記溝の残
りの面も前記主面に対する斜めの傾きを有する複数の平
面からなることを特徴とする光結合器。
【請求項２】光軸方向に垂直である面との交線が偏波
面方向に垂直或いは平行な方向である面を有する突出部
が終端面に形成された偏波保存光ファイバの前記突出部
を、光導波路方向へのくぼみに嵌合させることによって
偏波面の角度を調整することを特徴とする請求項１に記
載の光結合器。
【請求項３】適宜異なる構成または条件によって光導
波路が形成された請求項１または２に記載の光結合器同
志が、光ファイバガイド溝の延在方向と直交する各々溝
底部に着座したピンにより位置決めされかつ連結され、
光結合器上の光導波路や光素子間の光結合が行われるこ
とを特徴とする光回路。
【請求項４】前記基板がＳｉであり、前記主面が（０
０１）面であり、前記くぼみの前記複数の平面がそれぞ
れ（１１１）面であることを特徴とする請求項１又は２
に記載の光結合器。
【請求項５】前記光導波路が石英系ガラス材料からな
ることを特徴とする前記請求項１、２、及び４のいずれ
かに記載の光結合器。
【請求項６】主面を有する基板と、前記主面の第１の
所定の領域上に形成された光導波路と、前記主面の第２
の所定の領域に形成され、前記光導波路の光軸に平行な
方向に延在し、光ファイバの一端を前記光導波路の一端
に、前記光ファイバの光軸が前記光導波路の光軸に一致
した状態に結合させるように、前記光ファイバをガイド
する光ファイバガイド溝とを有する光結合器を製造する
方法において、前記第１の所定の領域上に前記光導波路
を形成する工程と、前記第１及び前記第２の所定の領域
に挟まれた前記主面の第３の所定の領域に、前記光ファ
イバガイド溝の延在方向と交差する凹型の予備溝を形成
する工程と、前記凹型の予備溝を形成した後に、前記第
２の所定の領域に前記光ファイバガイド溝を形成するの
と同一のエッチング工程にて、前記凹型の予備溝に、前
記光導波路の前記一端の下方で前記光ファイバガイド溝
の延在方向と交差する一つの内側面を有する溝を新たに
形成する工程とを含み、前記新たに形成する溝は前記主
面に対する斜めの傾きを有する複数の平面からなる光導
波路方向へのくぼみが前記内側面に形成された状態にな
るように形成されることを特徴とする光結合器の製造方
法。
【請求項７】光ファイバの外径を２Ｒ、光導波路コア
光軸の高さをｈ、異方性エッチングによって〈００１〉
方向にエッチングの行われる最大深さをｄ、（１１１）
面と（１００）面の成す角度をθ、（１１１）面と（１
００）面のエッチング速度比を１：ｐとしたときに、前
記予備溝の深さｄ₁は、ｄ₁≧Ｒ−ｈ−ｄ／ｐ／ｃｏｓ
θを満たすことを特徴とする請求項６に記載の光結合器
の製造方法。
【請求項８】前記基板がＳｉであり、前記主面が（０
０１）面であり、前記くぼみの前記複数の平面がそれぞ
れ（１１１）面であることを特徴とする請求項６又は７
に記載の光結合器の製造方法。
【請求項９】前記光導波路が石英系ガラス材料からな
ることを特徴とする前記請求項６〜８のいずれかに記載
の光結合器の製造方法。