JP3487218B2 - 光モジュール及び光導波路の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光モジュール及び光
導波路の製造方法に係り、特に光導波路の進路を容易に
曲げることができる光導波路を有する光モジュール及び
光導波路の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より知られている高分子の光導波路
の代表的なものは、基板の上に下側クラッド層とコア層
と上側クラッド層を形成し、コア層はほぼ正方形断面の
細いストリップライン形状を形成し、そのストリップラ
イン形状の側面にクラッド層を充填して光導波路を作成
した構造である（特開平６−２７３６３１号公報：発明
の名称「光導波路」）。ここで、コア層よりもクラッド
層は屈折率が低い樹脂を用いている。

【０００３】また、コア層を転写型上で作成し、その上
にクラッド層を塗布し、そのクラッド層とコア層を転写
型から剥がし、コア層が露出した部分に更にクラッド層
を塗布するようにして製造した光導波路も知られている
（特開平９−２８１３５１号公報：発明の名称「高分子
光導波路の製造方法」）。この光導波路も、ほぼ正方形
断面の細いストリップライン形状のコア層を作成してい
る。更に、細いストリップライン形状の光導波路を作成
しているものも知られている（特開平１０−１４８７２
９号公報：発明の名称「高分子光導波路コア部のリッジ
・パターン形成方法」）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来の光導波路
においては、制限された領域内をできるだけ短距離で光
を伝送するため、光の進路を直角又はそれに近い角度で
曲げることが必要となる。この場合、従来の光導波路で
は、図１６（ａ）の平面図と、同図（ｂ）の断面図に示
すように、基板１の上に下部クラッド層２、コア層３及
び上部クラッド層４が形成された光導波路の、ストリッ
プライン形状のコア層３を、ストリップライン形状の幅
の５００倍以上の半径の曲率で徐々に曲げて進路を変え
る曲げ部５を設ける方法が用いられている。

【０００５】このため、シングルモードの光導波路はそ
のストリップライン形状の幅が約１０μｍであるが、そ
の場合は、光の方向を直角に曲げるには５ミリメートル
の半径が必要になり、このことから基板上にこのストリ
ップライン形状を曲げるために大なる領域が占有されて
しまい、基板へのその他のチップ部品の実装領域を狭
め、実装密度を低下させるという問題がある。

【０００６】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
光導波路の進路を直角に曲げることができる光導波路を
有する光モジュール及び光導波路の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の光モジュールは、クラッド層の上にコア層
を形成した２層構成のフィルムに、このフィルムの表面
に対して垂直な平面によるフィルムの断面部に鏡面が埋
め込まれ、クラッド層の面で基板に接着された平板状の
垂直鏡面フィルムと、垂直鏡面フィルムの一部を除去し
た除去部分に、有機樹脂を充填して形成した下クラッド
層と、垂直鏡面フィルムのコア層面上に、コア層の屈折
率よりも屈折率が低い材質から形成された上下接続層
と、下クラッド層の上に順に積層された、コア層のパタ
ーンとコア層を被覆する上クラッド層からなる第１及び
第２の光導波路とを有し、第１及び第２の光導波路と、
上下接続層と、垂直鏡面フィルムのコア層との間で方向
性結合器構造が形成され、かつ、第１及び第２の光導波
路のコア層のパターンが、垂直鏡面フィルムの鏡面に対
して互いに対称な方向に接続された構造を有する構成と
したものである。

【０００８】 また、本発明の光導波路の製造方法は、
上記の目的を達成するため、クラッド層の上にコア層を
形成した２層構成のフィルムに、このフィルムの表面に
対して垂直な平面によるフィルムの断面部に鏡面が埋め
込まれた平板状の垂直鏡面フィルムを作成する第１の工
程と、垂直鏡面フィルムをクラッド層の面で基板に接着
する第２の工程と、垂直鏡面フィルムのうち、少なくと
も光導波路を形成する部分を除去して基板を露出させる
第３の工程と、第３の工程により露出された基板上で、
かつ、該第３の工程により除去されずに残留させた垂直
鏡面フィルムの表面の高さまで、第１及び第２の光導波
路の各下クラッド層を形成する第４の工程と、残留させ
た垂直鏡面フィルムのコア層の上の所定位置に、該コア
層の屈折率よりも屈折率が低い材質からなる上下接続層
を形成する第５の工程と、上下接続層が形成された垂直
鏡面フィルムの鏡面に対して、互いに対称に第１及び第
２の光導波路の各コア層のパターンをそれぞれ形成する
第６の工程と、第１及び第２の光導波路の各コア層のパ
ターンを被覆する上クラッド層を形成する第７の工程と
を含むことを特徴とする。

【０００９】本発明の光モジュール及び光導波路の製造
方法では、第１の光導波路又は第２の光導波路のコア層
からの光を上下接続層を介して垂直鏡面で反射させて、
光路を例えば９０度変えて、上下接続層を介して第２の
光導波路又は第１の光導波路のコア層へ導出させること
ができる。

【００１０】 また、上記の目的を達成するため、本発
明の光モジュールは、第１のコア層を形成した１層のフ
ィルムに、このフィルムの表面に対して垂直な平面によ
るフィルムの断面部に鏡面が埋め込まれ、下クラッド層
を形成した基板の該下クラッド層に接着された平板状の
垂直鏡面フィルムと、垂直鏡面フィルムを除去した除去
部分に有機樹脂により第１のコア層と一体的に形成した
第２のコア層と、第２のコア層を加工し形成したコア層
のパターンと、第１及び第２のコア層を被覆する上クラ
ッド層とからなる第１及び第２の光導波路とを有し、第
１及び第２の光導波路の各コア層のパターンが、垂直鏡
面フィルムの鏡面に対して互いに対称方向に接続されて
いる構成としたものである。

【００１１】 また、上記の目的を達成するため、本発
明の光導波路の製造方法は、第１のコア層を形成した１
層のフィルムに、このフィルムの表面に対して垂直な平
面によるフィルムの断面部に鏡面が埋め込まれた平板状
の垂直鏡面フィルムを作成する第１の工程と、基板上に
下クラッド層を形成する第２の工程と、垂直鏡面フィル
ムを下クラッド層上に接着する第３の工程と、垂直鏡面
フィルムのうち、少なくとも光導波路を形成する部分の
鏡面を除去することで除去部分を形成する第４の工程
と、第４の工程により形成された除去部分に、有機樹脂
により、第４の工程により除去されずに残留させた垂直
鏡面フィルムの第１のコア層と一体化させた第２のコア
層を形成し、更に第１及び第２のコア層を、鏡面に対し
て互いに対称な第１及び第２の光導波路の各コア層のパ
ターンに加工し形成する第５の工程と、第１及び第２の
光導波路の各コア層のパターンを被覆する上クラッド層
を形成する第６の工程とを含むことを特徴とする。

【００１２】本発明の光モジュール及び光導波路の製造
方法では、垂直鏡面フィルムのコア層と、第１及び第２
の光導波路のコア層の高さを合わせて、両コア層を一体
的に形成することができる。

【００１３】 更に、上記の目的を達成するため、本発
明製造方法は、Ｘ線露光により屈折率が高まる材質のコ
ア層を形成した１層のフィルムに、このフィルムの表面
に対して垂直な平面による断面部に鏡面を埋め込んだ平
板状の垂直鏡面フィルムを作成する第１の工程と、基板
上に下クラッド層を形成する第２の工程と、垂直鏡面フ
ィルムを下クラッド層上に形成する第３の工程と、垂直
鏡面フィルムのうち、製造する第１の光導波路及び第２
の光導波路と該垂直鏡面フィルムの鏡面との交差部分だ
けを除去し、該除去部分に有機樹脂を充填する第４の工
程と、第４の工程により除去されずに残った垂直鏡面フ
ィルムのうち、第１の光導波路及び第２の光導波路とな
る、鏡面に対して互いに対称な位置にＸ線を露光して屈
折率を高めることで、第１及び第２の光導波路の各コア
層のパターンを下クラッド層上に形成する第５の工程
と、第１及び第２の光導波路の各コア層のパターンを被
覆する上クラッド層を形成する第６の工程とを含むこと
を特徴とする。この発明では、垂直鏡面フィルムの除去
部分が、光導波路の領域のうち垂直鏡面と光導波路の交
差部分だけとすることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の各実施の形態につ
いて図面と共に説明する。図１（ａ）、（ｂ）は本発明
になる光モジュールの第１の実施の形態の平面図及び断
面図を示す。同図（ａ）、（ｂ）に示すように、光素子
チップ１４と光ファイバー１５との間に、垂直鏡面フィ
ルムの垂直鏡面１２と結合し、光束を垂直鏡面１２で反
射し進路を９０度変える光導波路１３を有する光モジュ
ールが形成されており、光導波路１３の点線Ｉ及びＩＩ
で示す９０度折れ曲がり部を除いた部分は、垂直鏡面フ
ィルム１１が除去された除去部分１７に形成されてい
る。

【００１５】図１（ｂ）は図１（ａ）の一点鎖線に沿う
断面図で、光導波路１３の大部分は基板１０上に積層さ
れた下クラッド層２０、コア層２１及び上クラッド層２
２により形成されているが、光導波路１３の９０度折れ
曲がり部は、基板１０上の垂直鏡面１２と上下接続層１
９から構成されており、上下接続層１９はコア層２１に
接続されると共に、コア層２１に形成された開口を介し
て上クラッド層２２に接続されている。

【００１６】 また、垂直鏡面フィルム１１は、後述す
るようにクラッド層の上にコア層が形成された２層の平
板状フィルムであり、その表面に垂直な鏡面１２が図１
（ａ）に示すように、斜め格子状に形成されている。ま
た、光素子チップ１４はバンプ２４を介して配線１６に
接続されている。更に、後述するように、光ファイバー
１５は、基板１０に形成されたＶ溝１８に設けられ、光
ファイバー１５のコア２３は、コア層２１に接続されて
いる。

【００１７】次に、本実施の形態の光モジュールの製造
方法について、図２〜図８を併せ参照して説明する。図
８（ａ）はコア層の幅が１０μｍの幅のストリップライ
ン形状の光導波路を、スポットサイズ変換素子付き光素
子（レーザダイオード）のチップの１０μｍ程度の光出
射口あるいはシングルモード光ファイバーの約１０μｍ
の径のコアと接続しレーザ光を導くことを示す平面図で
あり、同図（ｂ）はコア層の上に屈折率が１．５０の紫
外線硬化性エポキシ樹脂を厚さ３０μｍで塗布し、紫外
線マスクを用い、光ファイバーと光素子のチップ実装部
分以外の部分に紫外線を露光し硬化させ、未硬化部分を
除去し、上クラッド層を形成することを示す断面図であ
る。

【００１８】まず、屈折率１．５０で厚さ２０μｍのポ
リイミドフィルムの上に、屈折率１．５３５のポリイミ
ドの厚さ１０μｍの膜を形成した、厚さ３０μｍの２層
構成のボリイミドフィルムを得る。次に、その３０μｍ
厚の平板状ポリイミドフィルムを図２の斜視図に示すよ
うに、例えば３ｍｍの幅の帯６ａ、６ｂ、６ｃに切断
し、帯６ａ、６ｂ、６ｃのそれぞれの切断線８に沿う一
方の断面を電解研磨等の手法により鏡面研摩した後、ア
ルミニウムを蒸着し第１の垂直鏡面７ａ、７ｂ、７ｃを
形成する。次に、その帯６ａ、６ｂ、６ｃを再び切断面
同士（垂直鏡面７ｂ、７ｃと鏡面研磨されていない切断
面）で接着し、図３（ａ）に示すような１枚の平板状フ
ィルムを得る。

【００１９】次に、その平板状フィルムを、貼り合わせ
た帯６ａ、６ｂ、６ｃの垂直鏡面７ａ、７ｂ、７ｃの方
向と直角方向の切断線９に沿って、３ｍｍの幅の帯に再
び切断し、上記と同様に一方の断面を鏡面研磨しその断
面にアルミ蒸着して、図３（ｂ）に示すように第２の垂
直鏡面５１ａ、５１ｂ、５１ｃを形成する。そして、再
び断面同士を接着して、図４（ａ）に示すような平板状
フィルム５２を得る。こうして、垂直鏡面が格子状に形
成された平板状フィルム（垂直鏡面フィルム）５２を形
成する。

【００２０】続いて、この垂直鏡面フィルム５２の周辺
を、垂直鏡面の長手方向に対して４５度傾けた第３の切
断線５３に沿って切断することにより、フィルム面に垂
直な鏡面を斜格子状に形成した、図４（ｂ）に示す３０
μｍ厚の垂直鏡面フィルム５４（これは図１の垂直鏡面
フィルム１１に相当）を作成する。

【００２１】 次に、図５（ａ）に示すシリコン基板１
０の光ファイバーの設置部分を弗化水素酸、硝酸、硫
酸、酢酸の酸性水溶液によりケミカルエッチングして図
５（ｂ）に示すＶ溝１８（図７、図８の１８）を形成す
る。そのＶ溝１８の深さは、それに直径１２５μｍのシ
ングルモード光ファイバーを設置すると、光ファイバー
のコアがシリコン基板１０の上面の３０μｍの高さに位
置する様に加工する。すなわち、後にシリコン基板１０
に接着する前述の３０μｍ厚の垂直鏡面フィルム５４の
上面に位置が合う深さにＶ溝１８を加工する。

【００２２】このシリコン基板１０の上に先に作成した
垂直鏡面フィルム５４をエポキシ樹脂接着剤で貼り合わ
せて、図４（ｃ）、図５（ｃ）に示す構造の素子を得
る。なお、図５（ｃ）は図４（ｃ）の一点鎖線に沿う断
面図である。続いて、この垂直鏡面フィルム５４を接着
したシリコン基板１０を、図５（ｄ）に示すように、そ
の上に耐アルカリ性のエッチングレジストを塗布し、マ
スクパターンをエッチングレジストに露光し現像するこ
とでエッチングレジストパターン５５を形成する。それ
を５０％水酸化カリウム水溶液８０部、エタノール２０
部、抱水ヒドラジン１０部からなるアルカリ性エッチン
グ液に浸漬し、６０℃、５分間のエッチング処理を行
い、光ファイバーの設置部分と、１ｍｍ程度の方形の光
素子のチップの実装領域と、光素子の配線部分と、光導
波路の形成部分（図１（ａ）の１７）を除去して、図５
（ｅ）に示す断面の素子を得る。その後にエッチングレ
ジスト５５を公知の手段により、図５（ｆ）に示すよう
に剥離する。なお、図５（ｅ）及び（ｆ）中の垂直鏡面
５６は、前記垂直鏡面７ａ〜７ｃ、５１ａ〜５１ｃのい
ずれかである。

【００２３】次に、先に露出した光素子のチップの実装
領域で、光素子のチップの微小バンプを設置する部品端
子と、そこから引き出す配線パターンを、図６（ａ）に
５７で示すように、厚さ４μｍの銅めっきパターンで形
成する。次に、図６（ｂ）に示すように、垂直鏡面フィ
ルムの除去部分に、垂直鏡面の上面一杯まで、硬化後の
屈折率が１．５０となるように成分を調整した液状エポ
キシオリゴマーと光重合開始剤を含む溶液５８を充填す
る。

【００２４】溶液注入後、プラットフォーム上に紫外線
マスクを設置し、その上から紫外線を照射し液状オリゴ
マーを紫外線マスクのパターンに従い硬化させる。紫外
線マスクは、図８（ｂ）の断面図に２７で示すように、
垂直鏡面フィルムの残留部分（図８（ａ）の平面図に３
０で示す）をマスクし、また光素子のチップの実装領域
及び光ファイバーの設置領域をマスクするパターンを形
成したマスクであり、マスクされた部分以外に紫外線を
照射して硬化させる。マスクされた部分、すなわち光素
子のチップの実装領域は、その後に、オリゴマーをイソ
プロパノール溶液で現象することで除去し、図６（ｃ）
に示すように、硬化後オリゴマー５９による下クラッド
層２０のパターンを形成する。

【００２５】次に、その上に屈折率１．５３０の紫外線
硬化樹脂をスピンコートで厚さ１μｍで塗布する。そし
て、それを紫外線マスクにより、光導波路の光路を垂直
に折り返す予定地点で、図８（ａ）及び（ｂ）に示すよ
うに、垂直鏡面１２から１６２μｍの幅の帯状に形成す
る上下接続領域のパターンを露光し、樹脂を硬化させた
薄膜を図６（ｄ）に示すように形成する。この薄膜は、
上下接続層１９であり、次にその上に形成するコア層２
１と格子模様の上の屈折率１．５３５の樹脂層との間に
方向性結合器を形成するものである。

【００２６】次に、その下クラッド層２０（硬化後オリ
ゴマー５９）上に、屈折率１．５３５の紫外線硬化樹脂
を厚さ１０μｍで形成し、光導波路のコア層２１のパタ
ーンを形成した紫外線マスクのパターンを転写して紫外
線露光し樹脂を硬化させ、現像処理で未硬化部分を溶解
除去し、図７（ａ）に示すように、樹脂のコア層２１を
形成する。

【００２７】次に、図７（ｂ）、図８（ｂ）に示す様
に、このコア層２１の上に屈折率が１．５０の紫外線硬
化性エポキシ樹脂を厚さ３０μｍで塗布し、紫外線マス
クを用い、光ファイバーと光素子のチップ実装部分以外
の部分に紫外線を露光し硬化させ、未硬化部分を除去
し、上クラッド層２２を形成する。

【００２８】こうして露出した光素子のチップの実装領
域（図８（ａ）の３１）の部品端子（図８（ａ）の３
２）上に、図１（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、ス
ポットサイズ変換素子付き光素子チップで端子に直径約
２６μｍの微小はんだバンプ２４を形成された光素子チ
ップ１４を実装し、その領域に露出した銅パターンの部
品端子に光素子のチップのはんだパンプ２４を接続す
る。この光素子のチップ１４が微小はんだバンプ２４に
より部品端子にセルフアライメントで位置合わせされ、
光素子のチップ１４の出射口がコア層２１の高さに位置
合わせされる。また、Ｖ溝１８の位置にシングルモード
光ファイバー１５を設置し、光ファイバー１５のコア２
３がコア層２１に位置合わせされる。

【００２９】こうして形成したコア層２１は、図８
（ａ）に示す様に、その幅が１０μｍの幅のストリップ
ライン形状の光導波路２８ａ、２８ｂを、スポットサイ
ズ変換素子付き光素子（レーザダイオード）のチップ
（図１の１４）の１０μｍ程度の光出射口、あるいはシ
ングルモード光ファイバー（図１の１５）の約１０μｍ
の径のコア（図１（ｂ）の２３）と接続しレーザ光を導
く。

【００３０】更に、このストリップライン形状の光導波
路２８ａ、２８ｂの先には、図８（ａ）に示すように、
その底から開口までの距離が１．４３ｍｍある放物線
で、その開口の幅が６０μｍある放物線形状の光導波路
２９ａ、２９ｂを形成する。つまり、放物線形状の光導
波路２９ａ、２９ｂの底をストリップライン形状の光導
波路２８ａ、２８ｂに接続する。ストリップライン形状
の光導波路２８ａと放物線形状の光導波路２９ａは第１
の光導波路を構成し、ストリップライン形状の光導波路
２８ｂと放物線形状の光導波路２９ｂは第２の光導波路
を構成している。

【００３１】放物線形状の光導波路２９ａ、２９ｂはこ
のストリップライン形状の光導波路２８ａ、２８ｂと接
続部分まで４０μｍの長さで重なり、また、その接続部
分から１２０μｍ先で２０μｍの幅になり、接続部分か
ら１３９０μｍ先で６０μｍの幅になる。また、図８
（ａ）に示すように、放物線形状の光導波路２９ａ、２
９ｂの幅６０μｍの開口を垂直鏡面フィルムの垂直鏡面
１２に接続する。垂直鏡面フィルムの垂直鏡面１２は、
光束を反射し折り返し基板面のＸＹ座標平面で光路を９
０度折り曲げる。垂直鏡面フィルムの垂直鏡面１２で反
射した光束を、幅が６０μｍの放物線形状の開口に導
き、その開口から光束の光路に添って１．４３ｍｍ先に
その放物線形状の底を形成し、その放物線形状の底を、
その走行方向が最初のスポットライン形状の光導波路の
走行方向と９０度の角度を成す第２のストリップライン
形状の光導波路２８ａ、２８ｂに接続する。

【００３２】この放物線形状の光導波路２９ａ、２９ｂ
を用いたことにより、垂直鏡面１２の位置が平行にずれ
た場合でも、光を、放物線の焦点に配置したストリップ
ラインに必ず集光するため、垂直鏡面フィルムと光導波
路のパターンの位置ずれの許容度が高い。なお、第１の
光導波路２８ａ及び２８ｂと、第２の光導波路２９ａ及
び２９ｂにより前述した図１の光導波路１３が構成され
る。

【００３３】このようにして、スポットサイズ変換素子
付き光素子のチップ１４の光出射口、あるいは、シング
ルモード光ファイバー１５のコア２３から出射した光束
をストリップライン形状の光導波路２８ａ又は２８ｂに
導き、次に、その光導波路２８ａ又は２８ｂから放物線
形状の光導波路２９ａ又は２９ｂに導き、放物線形状の
光導波路２９ａ又は２９ｂの開口からの出射光を垂直鏡
面フィルムの垂直鏡面１２により反射させて光路を９０
度折り曲げ、その光路を次の放物線形状の光導波路２９
ｂ又は２９ａの開口で受け、その放物線形状の底に導い
た光束を第２のストリップライン形状の光導波路２８ｂ
又は２８ａに導くことで、先のストリップライン形状の
光導波路２８ａ又は２８ｂと９０度の角度を成す第２の
ストリップライン形状の光導波路２８ｂ又は２８ａにレ
ーザ光を導く。

【００３４】以上の光導波路の形成方法として、光硬化
性樹脂を紫外線で露光して硬化させ、未硬化部分を溶解
除去してコア層２１を形成し、その上に低屈折率のクラ
ッド層２２を形成したが、コア層２１を形成するには、
光露光により屈折率が変化する材料を露光することで膜
面の場所により屈折率を変え、コア層２１と（側面側
の）クラッド層２２を形成する方法も可能である。

【００３５】また、垂直鏡面フィルムは、１つの垂直鏡
面だけを形成した垂直鏡面フィルムを用い光モジュール
を作成することも可能である。また、本実施の形態の基
板はシリコン基板に限定されず、それ以外に、金属基板
に絶縁樹脂を被覆して用いることで製造可能であり、セ
ラミック基板、ガラス基板、有機樹脂基板を用いても同
様に製造可能である。

【００３６】また、垂直鏡面フィルムの垂直鏡面の方向
は必ずしも光モジュールの縦横方向に４５度の方向で無
くても、光素子のチップあるいは光ファイバーの開口に
接続する光導波路が垂直鏡面フィルムの垂直鏡面に斜め
の向きで接続する第１の光導波路を形成し、またその垂
直鏡面フィルムの垂直鏡面に関して第１の光導波路に対
称な位置に第２の光導波路を形成する様に垂直鏡面の角
度を設置する限りにおいて、垂直鏡面の角度は任意の角
度に配設することが可能である。

【００３７】次に、この実施の形態の動作について説明
する。まず、図８を参照して、基板面上のＸＹ座標での
光束の変換動作を説明する。

【００３８】ストリップライン形状の光導波路２８ａ、
２８ｂの径をｄ（＝１０μｍ）とすると、その口から出
射する光の広がり角度（半角）は（４／π）×λ／ｄラ
ジアンと計算される。すなわち、波長λが１．３μｍの
光をｄ＝１０μｍ程度の径で放物線形状の光導波路２９
ａ、２９ｂに入射させると、その光の広がり角度は０．
１７ラジアン（９．７度）になり、放物線形状の１．４
３ｍｍ先の開口の位置で光束の幅が２４３μｍ（＝０．
１７×１．４３ｍｍ）に広がる。

【００３９】放物線形状の光導波路２９ａ、２９ｂの開
口の幅が６０μｍであるため、光束は放物線形状の側面
で反射する。そして、光束の広がり角が補正され、方物
線形状の６０μｍの開口では、広がり角度が０．０２８
ラジアンになる。この広がり角度は、１００μｍ先で光
の広がり幅が２．８μｍで、それは幅が６０μｍの光束
の５％程度に過ぎず、１００μｍ先の光路ではまだ影響
が少ない。

【００４０】次に、図８（ｂ）を参照して、基板面の断
面をあらわすＸＺ座標平面から観察した光束の変換動作
を説明する。基板面上で放物線形状の光導波路（第１の
光導波路）に入りＺ方向に伝達する光束は、上下接続領
域の厚さ２μｍの上下接続層１９と垂直鏡面フィルムの
コア層２６とからなる方向性結合器により垂直鏡面フィ
ルムに導かれる。

【００４１】この方向性結合器は、コア層２６と上下接
続層１９の比屈折率差が０．０１程度であれば、上下接
続層１９の屈折率をコア層（光導波路のコア層２１と垂
直鏡面フィルムのコア層２６の屈折率が等しい場合）の
屈折率で割り算した値の比屈折率をｎとし、光の屈折率
をλとし、上下接続層１９の厚さをｄとすれば、おおむ
ね、ｅｘｐ（−２×π×（（１−ｎ²）^1/2）×ｄ／λ）
程度の率で減衰するエバネッセント光を上下接続層１９
に染み出して伝達する。

【００４２】コア層の屈折率を１．５３５とし、上下接
続層１９の屈折率を１．５３０とするとｎ＝０．９９６
７となり、λ＝１．３μｍとすると、上記の方向性結合
器により、光はｄ＝１．８μｍで半減し、ｄ＝６μｍで
１／１０以下に小さくなる。そのため、この上下接続層
１９を介して光導波路から垂直鏡面フィルムのコア層２
６に光が染み出すモード結合定数κを持つ。モード結合
定数κの値は、光導波路のコア層２１の厚さと垂直鏡面
フィルムのコア層２６の厚さが等しい場合で、その厚さ
をｔとすると、以下の式１程度になる。

【００４３】 κ〜（λ／ｔ²）×ｅｘｐ（−２π（（１−ｎ²）^1/2）×ｄ／λ） ・・・（式１） そして、コア層２１から垂直鏡面フィルムに移る光束
は、上下接続層１９の光の進行方向の長さｚに応じて周
期的に変動する。そして、以下の式２で表される距離ｚ
において、全光束が光導波路のコア層２１と垂直鏡面フ
ィルムのコア層２６のうち一方のコア層から他方のコア
層に完全に移行する。

【００４４】ｚ＝（π／２）／κ ・・・（式２） ここで、ｎ＝０．９９６７とし、更に、波長λ＝１．３
μｍの光で、ｔ＝１０μｍ、ｄ＝１μｍとすると、式１
及び式２からｚ＝２２９μｍを得る。そのため、上下接
続層１９の領域は光の進行方向に２２９μｍの距離を有
する寸法で形成する。図８（ａ）のように、上下接続層
１９の領域に光が斜め４５度の角度で入射する場合、上
下接続層領域は、垂直鏡面フィルムの鏡面１２から１６
２μｍの幅を有する領域を形成すればよい。

【００４５】これにより、この方向性結合器を介して光
束が垂直鏡面フィルムのコア層２６に移行し、垂直鏡面
フィルムの垂直鏡面１２で反射され、次に、再び方向性
結合器を介して、光導波路のコア層２１に移行する。

【００４６】また、この光モジュールは、図９に４０で
示すように光導波路同士を交差させ、それらの光導波路
のコア層は交点で一体化することができる。交差する光
導波路を進む光束同士は、矢印で示すようにお互いに独
立な方向に進むため、その交差によってお互いの光束に
信号が混ざる率は無視できる程小さいからである。な
お、図９中、点線IIIの部分は図８に示した構成であ
る。

【００４７】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図１０（ａ）は本発明になる光モジュールの
第２の実施の形態の要部の平面図、図１０（ｂ）は本発
明になる光モジュールの第２の実施の形態の断面図を示
す。同図中、図１と同一構成部分には同一符号を付し
て、その説明を省略する。図１０に示す第２の実施の形
態では、図１０（ｂ）に示すように、垂直鏡面４６を有
する垂直鏡面フィルムの残留部４２によるコア層が、コ
ア層４４と同一高さに形成されたー体のコア層とされて
いる点に特徴がある。

【００４８】次に、本実施の形態の製造方法について図
１１及び図１２を図１０と併せ参照して説明する。ま
ず、屈折率１．５３５のポリイミド樹脂、あるいはポリ
カーボネイト樹脂の厚さ１０μｍの薄膜（これを垂直鏡
面フィルムのコア層と呼ぶ）を形成した板を数ミリ幅の
帯に切断し端面を研摩し、その端面にアルミニウムを蒸
着し鏡面を形成する。次に、端面に上記の鏡面を形成し
た帯を、平面上に端面を突き合わせて貼り付ける。こう
して膜面に垂直な鏡面を斜格子状に形成した垂直鏡面フ
ィルムを作成する。

【００４９】次に、図１１（ａ）に示すように、シリコ
ン基板１０の光ファイバーの設置部分にケミカルエッチ
ングによりＶ溝１８を加工する。次に、シリコン基板１
０上に、光素子チップ１４の微小バンプを設置する部品
端子と、そこから引き出す配線パターン１６を、厚さ４
μｍの銅めっきパターンで形成する。

【００５０】次に、その上に、図１１（ｂ）に示すよう
に、屈折率１．５０の紫外線硬化性エポキシ樹脂６０を
厚さ２６μｍに塗布し、光モジュール実装部分と光ファ
イバー設置位置以外の部分を、紫外線マスク６１を用い
て露光し、その後硬化させて、図１１（ｃ）に示すよう
に、紫外線硬化部分を下クラッド層４３として形成す
る。

【００５１】次に、図１１（ｄ）に示すように、その上
から屈折率１．５０の紫外線硬化性エポキシ樹脂を数μ
ｍの厚さで塗布し、その樹脂により先に作成した垂直鏡
面フィルム６２を貼り合わせる。続いて、厚さ１０μｍ
の垂直鏡面フィルム６２をアルカリ水溶液でケミカルエ
ッチングし、光ファイバー１５の設置部分と光素子チッ
プ１４の実装部分と、光導波路の形成部分を除去して、
図１１（ｅ）に示すように、それ以外の位置に垂直鏡面
４６を有する垂直鏡面フィルム残留部４２を残す。

【００５２】次に、図１２（ａ）に示すように、ケミカ
ルエッチング後の垂直鏡面フィルムの残留部分４２の表
面一杯まで液面を合わせ、硬化後の屈折率が１．５３５
となる液状エポキシオリゴマーと光重合開始剤を含む溶
液６３を垂直鏡面フィルム除去部分に充填した後、その
上方から紫外線マスク６４を用いて、紫外線を照射し光
導波路のコア層の形に樹脂を硬化させ、このコア層の紫
外線硬化樹脂の未硬化部分と、その下の下クラッド層４
３の紫外線硬化性エポキシ樹脂の未硬化部分を溶解除去
し、コア層４４と下クラッド層４３とを一緒に形成す
る。このように形成したコア層４４は、図１０（ｂ）及
び図１２（ｂ）に示すように、垂直鏡面フィルムの残留
部分４２のコア層と同一高さに形成されたー体のコア層
になる。

【００５３】次に、図１２（ｃ）に示すように、このコ
ア層４４の上に屈折率が１．５０の紫外線硬化性エポキ
シ樹脂６５を厚さ３０μｍ塗布し、それに、光素子チッ
プ実装領域を遮蔽する紫外線マスク６６を介して紫外線
を露光し、光素子のチップの実装領域以外の部分の樹脂
を硬化させる。次に、紫外線硬化樹脂の未硬化部分を溶
解除去し、上クラッド層４５を図１０（ｂ）及び図１２
（ｄ）に示すように形成する。

【００５４】こうして露出した光素子のチップの実装領
域の部品端子上に、図１０（ｂ）及び図１２（ｅ）に示
すように、スポットサイズ変換素子付き光素子のチップ
で端子に直径約２６μｍの微小はんだバンプ２４を形成
された光素子のチップ１４を実装し、Ｖ溝１８の位置に
はシングルモード光ファイバー１５を設置し、光ファイ
バー１５のコア２３がコア層４４に位置合わせされる。

【００５５】このコア層４４は、図１０（ａ）に示す様
に、その幅が１０μｍの幅のストリップライン形状の光
導波路４７ａ、４７ｂを、スポットサイズ変換素子付き
光素子（レーザダイオード）のチップ１４の１０μｍ程
度の光出射口、あるいはシングルモード光ファイバー１
５の約１０μｍの径のコア２３と接続しレーザ光を導
く。

【００５６】光導波路のコア層４４の形状は第１の実施
の形態と同様に、スポットサイズ変換素子付き光素子の
チップ１４の光出射口、あるいは、シングルモード光フ
ァイバー１５のコア２３から出射した光束を、ストリッ
プライン形状の光導波路４７ａ又は４７ｂに導き、次
に、その光導波路４７ａ又は４７ｂから放物線形状の光
導波路４８ａ又は４８ｂに導き、放物線形状の光導波路
４８ａ又は４８ｂの開口からの出射光を、垂直鏡面フィ
ルムのコア層部分の垂直鏡面４６により反射され、光路
を９０度折り曲げ、その光路を次の放物線形状の光導波
路４８ｂ又は４８ａの開口で受け、その放物線形状の底
に導いた光束を第２のストリップライン形状の光導波路
４７ｂ又は４７ａに導くことで、先のストリップライン
形状の光導波路４７ａ又は４７ｂと９０度の角度を成す
第２のストリップライン形状の光導波路４７ｂ又は４７
ａにレーザ光を導く。

【００５７】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。図１３及び図１４は本発明になる光導波路の
製造方法の第３の実施の形態の各工程での説明図を示
す。同図中、図１０〜図１２と同一構成部分には同一符
号を付してある。本実施の形態は、第２の実施の形態と
同様に、図１３（ａ）に示すように、配線パターン１６
を形成したシリコン基板１０の上に、屈折率１．５０の
紫外線硬化性エポキシ樹脂を厚さ２６μｍに塗布し、光
素子チップの実装部分と光ファイバーの設置部分以外
を、紫外線マスクを用いて露光硬化させ、下クラッド層
６９とする。次に、その下クラッド層６９の上に屈折率
１．５０の紫外線硬化性エポキシ樹脂接着剤により、屈
折率１．５３５のポリイミド製の垂直鏡面フィルム７０
を貼り合わせる。

【００５８】次に、垂直鏡面７１を有する垂直鏡面フィ
ルム７０上に、図１３（ｂ）に示すように、銅パターン
７２を１０μｍめっきし、その上にフォトレジストを塗
布し、マスクパターンを露光し現像したエッチングレジ
ストを用いて銅をエッチングして、図１３（ｃ）に示す
ように銅パターン７３を形成する。続いて、図１３
（ｄ）に示すように、その銅パターン７３をマスクとし
て炭酸ガスレーザ光を照射し、光導波路形成位置に交差
する垂直鏡面部分を蒸発させ除去する。

【００５９】次に、その除去した部分に図１３（ｅ）に
示すように、屈折率１．５３５となるポリイミドの前駆
体溶液７４を充填し、これを６９℃で２時間、１６０℃
で１時間、２５０℃で３０分、３５０℃で１時間熱処理
をして、図１４（ａ）に示すようにポリイミド７５を形
成する。次に、図１４（ａ）に示すように、銅パターン
７３をマスクとして光素子チップの実装部分と光ファイ
バーの設置部分のポリイミド７５を第２のレーザ光７６
の照射により除去する。

【００６０】次に、第２のレーザ光７６の照射で開けた
窓の下の未硬化の紫外線硬化性エポキシ樹脂を溶解除去
することで、図１４（ａ）に示すように、光素子チップ
の実装部分と光ファイバーの設置部分の下クラッド層６
９を除去する。その後に、図１４（ｂ）に示すように、
銅パターン７３をエッチング除去する。

【００６１】次に、ポリイミド７５の上にＸ線マスクパ
ターンを用いて、図１４（ｃ）に示すように、ピークエ
ネルギー１００ｅＶのＸ線７７を露光することで、ポリ
イミドフィルム内に屈折率を高めた光導波路のコア層７
８のパターンを形成する。次に、この上に、屈折率が
１．５０の紫外線硬化性エポキシ樹脂を、垂直鏡面フィ
ルムの上の高さが３０μｍとなる様に塗布し、それに、
光素子のチップ実装領域を遮蔽する紫外線マスクを用い
て紫外線を露光し、光素子のチップの実装領域以外の部
分の紫外線硬化エポキシ樹脂を硬化させる。そして、図
１４（ｄ）に示すように、未硬化部分を溶解除去し、上
クラッド層７９を形成する。

【００６２】 図１５は本発明になる光モジュールの第
３の実施の形態の平面図を示す。同図中、図１（ａ）、
図１３及び図１４と同一構成部分には同一符号を付し、
その説明を省略する。図１５において、光導波路１３は
図１４（ｄ）に示したような、基板１０上に形成され
た、下クラッド層６９、コア層７８及び上クラッド層７
９の積層構造であり、この光導波路１３の領域のうち、
垂直鏡面７１と光導波路１３の交差部分８１だけが、垂
直鏡面フィルム７０が除去され、ポリイミド７５が充填
された部分である。また、光素子チップ１４の実装部分
と光ファイバー１５の設置部分には下クラッド層６９の
除去部８２が形成されている。また、図１５に点線IVで
示した領域は、図１０（ａ）に示した平面構造と同様の
平面構造とされている。

【００６３】この実施の形態では、ポリイミド製の垂直
鏡面フィルムの除去部分が、光素子のチップと光ファイ
バーの位置以外では、光導波路１３の領域のうち垂直鏡
面と光導波路の交差部分８１だけを除去するようにした
ため、除去部分が少なく、ポリイミドを除去した廃液量
を少なくできる。

【００６４】なお、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えば垂直鏡面フィルム１１、５４
は、図１や図４（ｂ）に示した斜め格子状のものでなく
てもよく、例えば、垂直鏡面が平行に形成された構造で
もよい。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板面に垂直な鏡面を斜格子状に形成した垂直鏡面フィ
ルムを作成し、コア層から上下接続層を介してその垂直
鏡面フィルムまで光を導き、その垂直鏡面で反射して光
路を屈折させるようにしたため、光を直角方向の光導波
路に容易に導くことができる。

【００６６】また、本発明によれば、垂直鏡面フィルム
のコア層と光導波路のコア層の高さを合わせ両コア層を
一体に形成したため、上下接続層の形成を不要とし製造
をより簡易にでき、光モジュールの製造コストを低減で
きる。

【００６７】更に、本発明によれば、垂直鏡面フィルム
の除去部分が、光素子のチップと光ファイバーの位置以
外では、光導波路の領域のうち垂直鏡面と光導波路の交
差部分だけを除去するようにしたため、除去部分が少な
く、ポリイミドを除去した廃液量を少なくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の平面図及び断面図
である。

【図２】本発明に使用する垂直鏡面フィルムの製造方法
を説明する図である。

【図３】本発明製造方法の第１の実施の形態の各工程の
説明図（その１）である。

【図４】本発明製造方法の第１の実施の形態の各工程の
説明図（その２）である。

【図５】本発明製造方法の第１の実施の形態の各工程の
説明図（その３）である。

【図６】本発明製造方法の第１の実施の形態の各工程の
説明図（その４）である。

【図７】本発明製造方法の第１の実施の形態の各工程の
説明図（その５）である。

【図８】本発明の第１の実施の形態の要部の平面図と断
面図である。

【図９】光導波路同士が交差させ、それらの光導波路の
コア層は交点で一体化することができることを示した図
である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態の要部の平面図
と、全体構成の断面図である。

【図１１】本発明製造方法の第２の実施の形態の各工程
の説明図（その１）である。

【図１２】本発明製造方法の第２の実施の形態の各工程
の説明図（その２）である。

【図１３】本発明製造方法の第３の実施の形態の各工程
の説明図（その１）である。

【図１４】本発明製造方法の第３の実施の形態の各工程
の説明図（その２）である。

【図１５】本発明の第３の実施の形態の平面図である。

【図１６】光の進路を直角方向に曲げる場合の従来の光
モジュールの一例の平面図と断面図である。

【符号の説明】

１０ 基板 １１、５４、６２、７０ 垂直鏡面フィルム １２、４６、５６、７１ 垂直鏡面 １３ 光導波路 １４ 光素子チップ １５ 光ファイバー １６ 配線 １７ 垂直鏡面フィルムの除去部分 １８ Ｖ溝 １９ 上下接続層 ２０、４３、６９ 下クラッド層 ２１、４４、７８ コア層 ２２、４５、７９ 上クラッド層 ２３ 光ファイバーのコア ２５ 垂直鏡面フィルムのクラッド層 ２６ 垂直鏡面フィルムのコア層 ２８ａ、２８ｂ、４７ａ、４７ｂ ストリップライン状
の光導波路 ２９ａ、２９ｂ、４８ａ、４８ｂ 放物線形状の光導波
路 ３０、４２ 垂直鏡面フィルム残留部 ５８ 液状オリゴマー ５９ 硬化後オリゴマー ７５ ポリイミド ８１ 垂直鏡面フィルム除去、ポイリイミド充填部 ８２ 下クラッド層除去部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/122 G02B 6/13

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クラッド層の上にコア層を形成した２層
   構成のフィルムに、該フィルムの表面に対して垂直な平
   面による該フィルムの断面部に鏡面が埋め込まれ、前記
   クラッド層の面で基板に接着された平板状の垂直鏡面フ
   ィルムと、前記垂直鏡面フィルムの一部を除去した除去部分に、有
   機樹脂を充填して形成した下クラッド層と、 前記垂直鏡面フィルムのコア層面上に、該コア層の屈折
   率よりも屈折率が低い材質から形成された 上下接続層
   と、前記下クラッド層の上に順に積層された、コア層のパタ
   ーンと前記コア層を被覆する上クラッド層からなる 第１
   及び第２の光導波路とを有し、前記第１及び第２の光導
   波路と、前記上下接続層と、前記垂直鏡面フィルムのコ
   ア層との間で方向性結合器構造が形成され、かつ、前記
   第１及び第２の光導波路のコア層のパターンが、前記垂
   直鏡面フィルムの鏡面に対して互いに対称な方向に接続
   された構造を有することを特徴とする光モジュール。
2. 【請求項２】 第１のコア層を形成した１層のフィルム
   に、該フィルムの表面に対して垂直な平面による該フィ
   ルムの断面部に鏡面が埋め込まれ、下クラッド層を形成
   した基板の該下クラッド層に接着された平板状の垂直鏡
   面フィルムと、 前記垂直鏡面フィルムを除去した除去部分に有機樹脂に
   より前記第１のコア層と一体的に形成した第２のコア層
   と、 前記第２のコア層を加工し形成したコア層のパターン
   と、前記第１及び第２のコア層を被覆する上クラッド層
   とからなる 第１及び第２の光導波路とを有し、前記第１
   及び第２の光導波路の各コア層のパターンが、前記垂直
   鏡面フィルムの鏡面に対して互いに対称方向に接続され
   ていることを特徴とする光モジュール。
3. 【請求項３】 前記第１及び第２の光導波路は、それぞ
   れストリップライン形状の第１の光導波路部から放物線
   形状の第２の光導波路部を介して前記垂直鏡面フィルム
   の鏡面に接続されていることを特徴とする請求項１又は
   ２記載の光モジュール。
4. 【請求項４】 前記第１及び第２の光導波路は、前記第
   １の光導波路又は第２の光導波路のコア層を進んできた
   光束が、前記鏡面に反射されて直角またはそれに近い角
   度光路を変えられて前記第２の光導波路又は第１の光導
   波路のコア層を進むように形成されていることを特徴と
   する請求項１又は２記載の光モジュール。
5. 【請求項５】 クラッド層の上にコア層を形成した２層
   構成のフィルムに、該フィルムの表面に対して垂直な平
   面による該フィルムの断面部に鏡面が埋め込まれた平板
   状の垂直鏡面フィルムを作成する第１の工程と、 前記垂直鏡面フィルムを前記クラッド層の面で基板に接
   着する第２の工程と、 前記垂直鏡面フィルムのうち、少なくとも光導波路を形
   成する部分を除去して前記基板を露出させる第３の工程
   と、 前記第３の工程により露出された基板上で、かつ、該第
   ３の工程により除去されずに残留させた前記垂直鏡面フ
   ィルムの表面の高さまで、第１及び第２の光導波路の各
   下クラッド層を形成する第４の工程と、 前記残留させた前記垂直鏡面フィルムの前記コア層の上
   の所定位置に、該コア層の屈折率よりも屈折率が低い材
   質からなる上下接続層を形成する第５の工程と、 前記上下接続層が形成された前記垂直鏡面フィルムの鏡
   面に対して、互いに対称に前記第１及び第２の光導波路
   の各コア層のパターンをそれぞれ形成する第６の工程
   と、 前記第１及び第２の光導波路の各コア層のパターンを被
   覆する上クラッド層を形成する第７の工程とを含むこと
   を特徴とする光導波路の製造方法。
6. 【請求項６】 第１のコア層を形成した１層のフィルム
   に、該フィルムの表面に対して垂直な平面による該フィ
   ルムの断面部に鏡面が埋め込まれた平板状の垂直鏡面フ
   ィルムを作成する第１の工程と、 基板上に下クラッド層を形成する第２の工程と、 前記垂直鏡面フィルムを前記下クラッド層上に接着する
   第３の工程と、 前記垂直鏡面フィルムのうち、少なくとも光導波路を形
   成する部分の前記鏡面 を除去することで除去部分を形成
   する第４の工程と、 前記第４の工程により形成された除去部分に、有機樹脂
   により、前記第４の工程により除去されずに残留させた
   前記垂直鏡面フィルムの第１のコア層と一体化させた第
   ２のコア層を形成し、更に前記第１及び第２のコア層
   を、前記鏡面に対して互いに対称な第１及び第２の光導
   波路の各コア層のパターンに加工し形成する第５の工程
   と、 前記第１及び第２の光導波路の各コア層のパターンを被
   覆する上クラッド層を形成する第６の工程とを含むこと
   を特徴とする光導波路の製造方法。
7. 【請求項７】 Ｘ線露光により屈折率が高まる材質のコ
   ア層を形成した１層のフィルムに、該フィルムの表面に
   対して垂直な平面による断面部に鏡面を埋め込んだ平板
   状の垂直鏡面フィルムを作成する第１の工程と、 基板上に下クラッド層を形成する第２の工程と、 前記垂直鏡面フィルムを前記下クラッド層上に形成する
   第３の工程と、 前記垂直鏡面フィルムのうち、製造する第１の光導波路
   及び第２の光導波路と該垂直鏡面フィルムの鏡面との交
   差部分だけを除去し、該除去部分に有機樹脂を充填する
   第４の工程と、 前記第４の工程により除去されずに残った前記垂直鏡面
   フィルムのうち、前記第１の光導波路及び第２の光導波
   路となる、前記鏡面に対して互いに対称な位置にＸ線を
   露光して屈折率を高めることで、前記第１及び第２の光
   導波路の各コア層のパターンを前記下クラッド層上に形
   成する第５の工程と、 前記第１及び第２の光導波路の各コア層のパターンを被
   覆する上クラッド層を形成する第６の工程とを含むこと
   を特徴とする光導波路の製造方法。
8. 【請求項８】 前記第１及び第２の光導波路は、それぞ
   れストリップライン形状の光導波路の先に放物線形状の
   底を接続し、該放物線形状の開口部を前記垂直鏡面フィ
   ルム間の前記鏡面に接続した放物線形状の光導波路を形
   成することを特徴とする請求項５乃至７のうちいずれか
   一項記載の光導波路の製造方法。
9. 【請求項９】 前記第１及び第２の光導波路は、前記第
   １の光導波路又は第２の光導波路のコア層を進んできた
   光束が、前記鏡面に反射されて直角またはそれに近い角
   度光路を変えられて前記第２の光導波路又は第１の光導
   波路のコア層を進むように形成されていることを特徴と
   する請求項５乃至７のうちいずれか一項記載の光導波路
   の製造方法。