JP3549404B2 - フィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信あるいは光情報処理用の光部品に関するものであり、さらに詳しくは、シリコン基板上に形成された石英系光導波路を用いたフィルタ挿入型導波路デバイス（特にフィルタ反射型光合分波器）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石英系プレーナ光波回路（以下、ＰＬＣと略す）上にレーザダイオード（以下、ＬＤと略す）やフォトダイオード（以下、ＰＤと略す）を半田を用いて接着固定するＰＬＣハイブリッド集積技術を用いて、加入者用の光送受信モジュールが作製報告されている（例えば、井上、山田、柳澤、福田、内田、松井、堀口、“ＰＬＣハイブリッド集積型ＷＤＭ光送受信モジュール”、ＮＴＴ Ｒ＆Ｄ、ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．５，ｐｐ．４７３−３８６，１９９７）。その構成を図１２に示す。図１２のモジュールはＳｉ基板１上に導波路層２を設け、導波路層２は第１の入出力導波路３、第２の入出力導波路４および導波路５を含む。導波路５はＹ分岐６により分岐して一方の導波路６ａが送信用ＬＤ７に他方の導波路６ｂが受信用ＰＤ９にそれぞれ対向している。送信用ＬＤ７、モニターＰＤ８および受信用ＰＤ９はぞれぞれガラスの除去されたＬＤ／ＰＤ搭載部１０上に配置されている。電気配線１１，１２が送信用ＬＤ７および受信用ＰＤ９にそれぞれ接続している。導波路層２とＳｉ基板１には第１および第２の入出力導波路３，４および導波路５を隔てるように溝１３が設けられており、この溝１３内に誘電体多層膜フィルタ１４が接着剤（図示しない）で固定されている。第１の入出力導波路３はコモンポート１５に、第２の入出力導波路４は１．５５ポート１６にそれぞれ接続されている。Ｓｉ基板および導波路層２の端面はファイバアレイ１８の端面に当接している。ファイバアレイ１８には１．３１／１．５５μｍ光が伝搬される第１のファイバ１９と１．５５μｍ光が伝搬される第２のファイバ２０が第１および第２の入出力導波路３，４にそれぞれ当接している。
【０００３】
このモジュールでは、コモンポート１５から入射された１．５５μｍ光は、誘電体多層膜フィルタ１４により反射されて１．５５μｍポート１６から出力される。１．３１μｍ光と１．５５μｍ光を合分波する素子はフィルタ反射型光波長合分波器として、Ｙ．Ｉｎｏｕｅ，Ｔ．Ｏｇｕｃｈｉ，Ｙ．Ｈｉｂｉｎｏ，Ｓ．Ｓｕｚｕｋｉ，Ｍ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａ，Ｋ．Ｍｏｒｉｗａｋｉ，ａｎｄ Ｙ．Ｙａｍａｄａ，“Ｆｉｌｔｅｒ−ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｆｏｒ ｈｙｂｒｉｄ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ ＰＬＣ，”ＩＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．９，ｐｐ．８４７−８４８，Ａｐｒ．１９９６に報告されている。図１２に示す光部品は将来の加入者用光送受信モジュールとしてその重要性が高まっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示す光送受信モジュールでは、フィルタ反射型光波長合分波器を作製するために導波路作製後、ダイシングソーを用いて溝加工を行っていた。一般に、ダイシングソーで溝加工をする場合、サンプルの材質によりブレード（ダイシングソーの歯）の摩耗量が大きく変化する。石英系ガラスはシリコンに比べてブレードの摩耗量が著しく大きい。このため、図１２に示す溝を加工するとブレードの摩耗が大きく、数多くのサンプルを作製することが難しい。従って、本発明の課題は、溝加工時のブレードの摩耗を抑制し得る、大量生産に適したフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、溝加工する位置の石英系ガラスをあらかじめ例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により除去しておく。これにより、ブレードが切削するガラスの量が減少するため、ブレードの摩耗が抑制できる。また、石英ガラスの除去を必須工程として含む光送受信モジュールの場合、このガラスの除去が付加的なプロセスとしてではなく、光送受信モジュールを作製する工程の一部を兼ねることにより作製工程の負担を増加させることなく石英系ガラスの除去を実現する。
【０００９】
請求項１記載の発明に係るフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法は、シリコン基板上に形成された石英系ガラス光導波路と、前記石英系ガラス光導波路を横切って挿入された誘電体多層膜フィルタを備えたフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法において、エッチングにより前記石英系ガラス光導波路のコアおよびその近傍のガラス以外のガラスを除去して第１の溝を加工する工程と、前記第１の溝より幅の狭いブレードにより、前記石英系ガラス光導波路のコアおよびその近傍のガラスを切削し、かつ前記第１の溝の底面を掘り下げて、第２の溝を加工する工程と、前記誘電体多層膜フィルタは前記第２の溝に挿入し、固定する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明に係るフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法は、請求項１記載のフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法において、前記フィルタ挿入型導波路デバイスはハイブリッド集積型光モジュール内に作製されるものであり、光素子搭載用の基板凸部を形成する際に同時に前記第１の溝に対応した領域に基板凸部を形成する工程と、光素子搭載用の基板凸部を形成する際に同時に前記第１の溝を加工する工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、導波路の途中に溝を設けてこの溝にフィルタを挿入するフィルタ挿入型導波路デバイスに広く適用できるが、ハイブリッド集積型光モジュール内に作製されるフィルタ挿入型導波路デバイスに適用するのが特に有効である。
【００１２】
以下に、図面を参照しながら本発明をフィルタ反射型光合分波器に適用した場合について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されることなく、一般にフィルタ挿入型導波路デバイスに広く適用できることはもちろんである。
【００１３】
本発明のフィルタ挿入型導波路デバイスおよびその製造方法は、上述の溝加工をダイシングソーで行う際のブレード摩耗を抑制すると共にブレードにかかる負荷を低減することを目的としている。上記溝は光の放射損失を抑制するため、幅が２０μｍ、深さが１５０μｍときわめて細い。よって、使用するブレードの厚みはきわめて薄い。このため、薄いブレードにかかる負荷により溝の形状が変形することが問題である。一方、石英系ガラスはシリコンに比べて強度が高くブレードに与える負荷が大きい。実際にシリコンと石英系ガラスにそれぞれ溝加工した場合の、延べ溝加工長さ（ｍ）と溝幅（μｍ）の関係を図１に示す。石英系ガラスを加工した場合、ブレードが急速に摩耗することが分かる。すなわち、溝加工を行う場合、加工にかかる石英系ガラスの量を低減することによりブレードの負荷を低減できることが分かる。
【００１４】
図２は本発明のフィルタ反射型光合分波器を用いたＷＤＭ光送受信モジュールを示す斜視図である。図３は図２のＡＡ′線に沿った拡大断面図、図４は図２のＢＢ′線に沿った拡大断面図、図５は図２のＣＣ′線に沿った拡大断面図、図６は図２のＤＤ′線に沿った拡大断面図である。
【００１５】
図２に示す本発明のＷＤＭ光送受信モジュールの構成は図１２に示す従来の光送受信モジュールと大部分共通しており、同じまたは同等の部材には同じ符号を付してある。本発明のＷＤＭ光送受信モジュールでは溝１３は基板上の凸部であるＳｉテラス２１のほぼ中心に設けられている。溝１３の両側面に対向する導波路層２の端部２２は一部を除いてＳｉテラス２１の頂部には存在しないため、突出部２３が形成されている。すなわち、溝１３の長さ方向において、導波路のコア部とその近傍領域を除くその他の領域で一定幅でガラスが除去されてＳｉテラス２１が露出している。ここで、このガラスが除去される幅は、溝加工時のブレードがかからない程度に大きければよい。
【００１６】
図３に示すように、図２のＡＡ′線に沿った断面では、導波路層２は下部クラッド層２４、第２下部クラッド層２５および上部クラッド層２６からなり、下部クラッド層２４とＳｉテラス２１の頂面とは同じ高さであり、溝１３に誘電体多層膜フィルタ１４を挿入した残りの空隙とガラス除去部（露出テラス面と第２下部クラッド層２５および上部クラッド層２６の合計高さによって規定される空間から誘電体多層膜フィルタの占める部分を除いた空間）とを接着剤２７で埋めて誘電体多層膜フィルタ１４を固定してある。テラス２１の露出幅Ｗは、モジュール作製時の溝加工でブレードにかかる負荷が大きくなり過ぎず、安定した品質のモジュールが得られる大きさであればよい。
【００１７】
図４に示すように、図２のＢＢ′線に沿った断面では、Ｓｉテラス２１は設けられておらず、導波路層２の端面２２は溝１３の側面１３ａと同一面を形成している（図７（ｂ）および図８の符号２４ａ参照）。
【００１８】
図５に示すように、露出したＳｉテラス２１を通る、図２のＣＣ′線に沿った断面では、導波路層２の突出部２３は下部クラッド層２４，第２下部クラッド層２５、上部クラッド層２６および上部クラッド層２６に埋設されたコア２８からなる。すなわち、コア２８とその近傍の導波路層（下部クラッド層２４、第２下部クラッド層２５および上部クラッド層２６）のみ導波路層を構成するガラスが存在し、両側はＳｉ基板１と同物質のＳｉテラス２１が露出している。突出部２３の溝１３の長さ方向に沿った長さＬは光の伝搬損失を考慮して５０μｍ以上にする必要がある。
【００１９】
図６に示すように、図２のＤＤ′線に沿った断面では、受信用ＰＤ９は電気配線および半田１１ａを介してＳｉテラス２１と下部クラッド層２４上に搭載されている。ここには図示しないが、送信用ＬＤ７とモニターＰＤ８も同様に電気配線および半田１１ａを介してＳｉテラス２１と下部クラッド層２４上に搭載されている。すなわち、図２のＬＤ／ＰＤ搭載部１０はＳｉテラス２１と下部クラッド層２４の上に電気配線および半田を設けたものである。
【００２０】
つぎに、図７（ａ）〜（ｆ）および図８を参照して図２のＷＤＭ光送受信モジュールの作製方法について簡単に説明する。まず、平坦なシリコン基板１をパターン化して、基板上の凸部としてのＳｉテラス２１、すなわちＬＤ／ＰＤ搭載部（図２の符号１０）用Ｓｉテラス２１ａおよび溝加工部用Ｓｉテラス２１ｂ、以外の部分を一定の深さ（例えば約３０μｍ）にエッチングする。この上に下部クラッド層２４となるガラス層を火炎堆積法で形成する（図７（ａ））。この後、Ｓｉテラス２１ａ，２１ｂのシリコンが表面に露出するまで平坦化研磨を行う（図７（ｂ））。この研磨面２９がＬＤ／ＰＤを実装する場合の導波路に対する高さ基準面になる。この状態での上面図を図８に示す。図８に示すように、Ｓｉテラス２１ａの頂部はシリコン露出部２１ｃであり、ＬＤ／ＰＤ搭載部のスペースとなる。溝加工部に相当する部分はその一部にＳｉテラス２１ｂが存在せず、Ｓｉテラス２１ｂの頂部に相当するシリコン露出部２１ｄは上述の研磨面（基準面）２９まで存在する下部クラッド層２４により分離されている。すなわち、下部クラッド層２４は幅Ｌのブリッジ２４ａで連絡している。Ｌの値は上述の通りである。続いて、高さ調整層となる第２下部クラッド層２５、そしてコア層２８ａを例えば約７μｍ堆積する（図７（ｃ））。コア層２８ａを導波路パターンにエッチング加工してコア２８を形成した後、上部クラッド層２６を堆積する。コア２８はＳｉテラス２１ｂを越え、Ｓｉテラス２１ａの直前まで延びている（図７（ｄ））。ここでは、すべてクラッド層およびコア層の堆積は火炎堆積法を用いた。引き続き、ＬＤ／ＰＤ搭載部１０（図８の２１ｃ）および溝加工部（図８の２１ｄ）のシリコンが再度露出するまでガラスをエッチングし、ＬＤ／ＰＤの電極配線および搭載用半田１１ａを堆積する（図７（ｅ））。
【００２１】
最後に、誘電体多層膜フィルタを挿入するための溝１３を加工し（図７（ｆ））、その溝１３に誘電体多層膜フィルタを挿入し、接着剤で固定すると図２に示す光送受信モジュールとなる。
【００２２】
図９に本発明の第２の実施形態によるＷＤＭ光送受信モジュールを示す。本実施形態では、溝加工部の石英系ガラスを除去するパターンとして矩形ではなく、先端を鋭角にしていることが図２に示すＷＤＭ光送受信モジュールの構成と異なる。すなわち、突出部２３ａは台形をしており、この上底（先端側）の長さＬ１が下底（基底側）の長さＬ２よりも小さく（Ｌ１＜Ｌ２）してある。
【００２３】
図１０に本発明の第３の実施形態による、ＬＤ／ＰＤを含んでいない導波路に誘電体多層膜フィルタが挿入された導波路型フィルタモジュールの例を示す。図２に示す部材と同じまたは同等の部材は同じ符号を付し、詳細な説明は省略した。図１０において、３０は１．３１ポート、３１はファイバアレイ、３２は１．３１μｍ光が伝搬される第３のファイバである。このモジュールでは、コモンポート１５より第１の入出力導波路を伝搬する１．３１／１．５５μｍ混合光は誘電体多層膜フィルタ１４により１．５５μｍ光が反射され、反射光は１．５５ポートから第２のファイバを通って伝搬し、誘電体多層膜フィルタ１４を透過した１．３１μｍ光は１．３１ポート３０を経て第３のファイバ３２より外部に取り出されるようになっている。本実施形態ではＬＤ／ＰＤ搭載用のＳｉテラスは必要ないので、フィルタ搭載部（溝加工部）にもＳｉテラスは設けられておらず、図１０に示すように導波路はＳｉ基板の平坦な面に形成されている。そして、導波路を横断する溝１３に誘電体多層膜フィルタ１４が挿入され、該フィルタ周辺部の石英ガラスが図２に示すモジュールの場合と同様に除去されている。
【００２４】
本実施形態の導波路型フィルタモジュールの作製工程を図１１（ａ）〜（ｅ）に示す。Ｓｉ基板１上に下部クラッド層２４を形成し（図１１（ａ））、下部クラッド層２４上にコア層２８を形成し（図１１（ｂ））、さらにこの上に上部クラッド層２６を形成して、Ｓｉ基板１、下部クラッド層２４、コア層２８ａおよび上部クラッド層２６からなる石英ガラス導波路を形成し（図１１（ｃ））する。ついで、誘電体多層膜フィルムを搭載すべき部分、すなわち溝加工部分の領域の石英ガラス導波路層をＳｉ基板１が露出するまでエッチングしてガラスを除去し（図１１（ｄ））、最後にブレードで溝１３を形成した（図１１（ｅ））。石英系ガラス導波路層のエッチングでは、図７に示す方法の場合と比べて、下部クラッド層が厚い分エッチング時間は増加した。反面、厚い石英系ガラス層を除去したことでブレードへの負荷が著しく低減される。
【００２５】
なお、本実施形態においてはフィルタ搭載部にＳｉテラスが無い場合を示したが、図７に示す工程を用いて、フィルタ搭載部にもＳｉテラスを設けたものも作製可能である。さらに、図９に示すように、突出部２３の形状を台形にすることにより、さらにブレードに対する負荷を低減し、溝の形状変形を抑制することができる。
【００２６】
ダイシングソーで溝加工する領域の石英系ガラスの除去は、あらかじめ別の手法、例えば反応性イオンエッチング、で除去してもよい。しかし、実際には、この石英系ガラスの除去工程が新たなプロセス負担になるような応用よりも、上述の実施形態で示したＷＤＭ光送受信モジュールの応用例のように石英系ガラスの除去が新たなプロセス負担にならない応用例の方がより有効である。
【００２７】
上述の実施形態では波長号分波機能を有するフィルタ反射型光号分波器の例を示したが、光合分波器としては、光パワーを一定の比率で分岐するものも使用できる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００２９】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す構成のフィルタ反射型合分波器を、チップ幅３ｍｍ、溝の幅２０μｍ、深さ１５０μｍで作製し、この３ｍｍのチップ幅の内、導波路の部分の１００μｍを除いて（すなわち、図７でＬ＝１００μｍとして）、溝加工にかかる石英系ガラスを上述の方法により除去した。
【００３０】
これにより、ブレードの負荷が低減でき、ブレードの摩耗が抑制されるとともに、溝形状の変形が抑制できた。
【００３１】
（実施例２）
図９に示す構成の、第２の実施例によるＷＤＭ光送受信モジュールを作製した。本実施例では、溝加工部の石英系ガラスを除去するパターンとして矩形ではなく、先端を鋭角にしていることが図１に示すＷＤＭ光送受信モジュールの構成と異なる。すなわち、突出部２３ａは台形をしており、この上底（先端側）の長さＬ１、下底（基底側）の長さＬ２を、Ｌ１＜Ｌ２となるようにした。このように突出部の形状を決めてガラスをエッチングすることによりブレードにかかる負担がさらに低減し、誘電体多層膜フィルタを細い溝に挿入する工程がさらに容易になった。
【００３２】
（実施例３）
図１０に示す構成の、ＬＤ／ＰＤを含んでいない導波路に誘電体多層膜フィルタが挿入された導波路型フィルタモジュールを作製した。石英系ガラス導波路層のエッチングでは下部クラッド層が厚い分エッチング時間は増加したが、その反面、厚い石英系ガラス層を除去したことでブレードへの負荷が著しく低減され、上記の２０μｍという薄いブレードを使用しても形状変化のない溝作製が可能であった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法は、溝加工部に沿い石英系ガラス光導波路のコアおよびその近傍のガラス以外のガラスを除去することにより、溝加工時のブレードの摩耗を抑制し得る、大量生産に適したフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法を提供でき、低コストなＷＤＭ光送受信モジュールを実現することができた。
【００３４】
さらに、シリコン基板上に形成されたＬＤ／ＰＤ搭載用のＳｉテラスと同時形成されたＳｉテラスを誘電体多層膜フィルタ搭載部に設けることにより、プロセス負担の少ないガラスの除去が可能となり、さらに大量生産に適したフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】延べ加工溝長さによる溝幅の変化を示すグラフである。
【図２】本発明のフィルタ反射型光合分波器を用いたＷＤＭ光送受信モジュールを示す斜視図である。
【図３】図２のＡＡ′線に沿った拡大断面図である。
【図４】図２のＢＢ′線に沿った拡大断面図である。
【図５】図２のＣＣ′線に沿った拡大断面図である。
【図６】図２のＤＤ′線に沿った拡大断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態によるフィルタ挿入型導波路デバイス（ＷＤＭ光送受信モジュール）の作製工程を示す断面図であり、（ａ）はＳｉテラスを形成した基板に下部クラッド層を堆積した段階の素子、（ｂ）は平坦化研磨してシリコンを露出した段階の素子、（ｃ）は第２下部クラッド層（高さ調整層）とコア層を堆積した段階の素子、（ｄ）はコアを形成し上部クラッドを堆積した段階の素子、（ｅ）はＬＤ／ＰＤ用の電極配線および搭載用半田を堆積した段階の素子、（ｆ）は溝加工した段階の素子を示す。
【図８】図７（ｂ）の段階における素子の上面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態によるＷＤＭ光送受信モジュールを示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態によるＷＤＭ光送受信モジュールを示す斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態によるＷＤＭ光送受信モジュールの作製工程示す断面図であり、（ａ）は下部クラッド層を堆積した段階の素子、（ｂ）はコア層を堆積した段階の素子、（ｃ）は上部クラッド層を堆積した段階の素子、（ｄ）はコア近傍のガラスを除去した段階の素子、（ｅ）は溝加工した段階の素子を示す。
【図１２】従来の光送受信モジュールの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板
２ 導波路層
３ 第１の入出力導波路
４ 第２の入出力導波路
５ 導波路
６ Ｙ分岐
６ａ，６ｂ 導波路
７ 送信用ＬＤ
８ モニターＰＤ
９ 受信用ＰＤ
１０ ＬＤ／ＰＤ搭載部
１１、１２ 電気配線
１１ａ 電気配線および半田
１３ 溝
１３ａ 溝の側面
１４ 誘電体多層膜フィルタ
１５ コモンポート
１６ １．５５ポート
１７ 補強ガラス
１８ ファイバアレイ
１９ 第１のファイバ
２０ 第２のファイバ
２１、２１ａ、２１ｂ Ｓｉテラス
２１ｃ，２１ｄ シリコン露出部
２２ 端部
２３、２３ａ 突出部
２４ 下部クラッド層
２４ａ ブリッジ
２５ 第２下部クラッド層（高さ調整層）
２６ 上部クラッド層
２７ 接着剤
２８ コア
２８ａ コア層
２９ 研磨面
３０ １．３１ポート
３１ ファイバアレイ
３２ 第３のファイバ
Ｌ 突出部の溝に沿う方向の長さ
Ｌ１ 突出部の上底の長さ
Ｌ２ 突出部の下底の長さ
Ｗ テラスの露出幅
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信あるいは光情報処理用の光部品に関するものであり、さらに詳しくは、シリコン基板上に形成された石英系光導波路を用いたフィルタ挿入型導波路デバイス（特にフィルタ反射型光合分波器）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石英系プレーナ光波回路（以下、ＰＬＣと略す）上にレーザダイオード（以下、ＬＤと略す）やフォトダイオード（以下、ＰＤと略す）を半田を用いて接着固定するＰＬＣハイブリッド集積技術を用いて、加入者用の光送受信モジュールが作製報告されている（例えば、井上、山田、柳澤、福田、内田、松井、堀口、“ＰＬＣハイブリッド集積型ＷＤＭ光送受信モジュール”、ＮＴＴ Ｒ＆Ｄ、ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．５，ｐｐ．４７３−３８６，１９９７）。その構成を図１２に示す。図１２のモジュールはＳｉ基板１上に導波路層２を設け、導波路層２は第１の入出力導波路３、第２の入出力導波路４および導波路５を含む。導波路５はＹ分岐６により分岐して一方の導波路６ａが送信用ＬＤ７に他方の導波路６ｂが受信用ＰＤ９にそれぞれ対向している。送信用ＬＤ７、モニターＰＤ８および受信用ＰＤ９はぞれぞれガラスの除去されたＬＤ／ＰＤ搭載部１０上に配置されている。電気配線１１，１２が送信用ＬＤ７および受信用ＰＤ９にそれぞれ接続している。導波路層２とＳｉ基板１には第１および第２の入出力導波路３，４および導波路５を隔てるように溝１３が設けられており、この溝１３内に誘電体多層膜フィルタ１４が接着剤（図示しない）で固定されている。第１の入出力導波路３はコモンポート１５に、第２の入出力導波路４は１．５５ポート１６にそれぞれ接続されている。Ｓｉ基板および導波路層２の端面はファイバアレイ１８の端面に当接している。ファイバアレイ１８には１．３１／１．５５μｍ光が伝搬される第１のファイバ１９と１．５５μｍ光が伝搬される第２のファイバ２０が第１および第２の入出力導波路３，４にそれぞれ当接している。
【０００３】
このモジュールでは、コモンポート１５から入射された１．５５μｍ光は、誘電体多層膜フィルタ１４により反射されて１．５５μｍポート１６から出力される。１．３１μｍ光と１．５５μｍ光を合分波する素子はフィルタ反射型光波長合分波器として、Ｙ．Ｉｎｏｕｅ，Ｔ．Ｏｇｕｃｈｉ，Ｙ．Ｈｉｂｉｎｏ，Ｓ．Ｓｕｚｕｋｉ，Ｍ．Ｙａｎａｇｉｓａｗａ，Ｋ．Ｍｏｒｉｗａｋｉ，ａｎｄ Ｙ．Ｙａｍａｄａ，“Ｆｉｌｔｅｒ−ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ−ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ ｆｏｒ ｈｙｂｒｉｄ−ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ ＰＬＣ，”ＩＥＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．３２，Ｎｏ．９，ｐｐ．８４７−８４８，Ａｐｒ．１９９６に報告されている。図１２に示す光部品は将来の加入者用光送受信モジュールとしてその重要性が高まっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示す光送受信モジュールでは、フィルタ反射型光波長合分波器を作製するために導波路作製後、ダイシングソーを用いて溝加工を行っていた。一般に、ダイシングソーで溝加工をする場合、サンプルの材質によりブレード（ダイシングソーの歯）の摩耗量が大きく変化する。石英系ガラスはシリコンに比べてブレードの摩耗量が著しく大きい。このため、図１２に示す溝を加工するとブレードの摩耗が大きく、数多くのサンプルを作製することが難しい。従って、本発明の課題は、溝加工時のブレードの摩耗を抑制し得る、大量生産に適したフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、溝加工する位置の石英系ガラスをあらかじめ例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により除去しておく。これにより、ブレードが切削するガラスの量が減少するため、ブレードの摩耗が抑制できる。また、石英ガラスの除去を必須工程として含む光送受信モジュールの場合、このガラスの除去が付加的なプロセスとしてではなく、光送受信モジュールを作製する工程の一部を兼ねることにより作製工程の負担を増加させることなく石英系ガラスの除去を実現する。
【０００９】
請求項１記載の発明に係るフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法は、シリコン基板上に形成された石英系ガラス光導波路と、前記石英系ガラス光導波路を横切って挿入された誘電体多層膜フィルタを備えたフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法において、エッチングにより前記石英系ガラス光導波路のコアおよびその近傍のガラス以外のガラスを除去して第１の溝を加工する工程と、前記第１の溝より幅の狭いブレードにより、前記石英系ガラス光導波路のコアおよびその近傍のガラスを切削し、かつ前記第１の溝の底面を掘り下げて、第２の溝を加工する工程と、前記誘電体多層膜フィルタは前記第２の溝に挿入し、固定する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明に係るフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法は、請求項１記載のフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法において、前記フィルタ挿入型導波路デバイスはハイブリッド集積型光モジュール内に作製されるものであり、光素子搭載用の基板凸部を形成する際に同時に前記第１の溝に対応した領域に基板凸部を形成する工程と、光素子搭載用の基板凸部を形成する際に同時に前記第１の溝を加工する工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、導波路の途中に溝を設けてこの溝にフィルタを挿入するフィルタ挿入型導波路デバイスに広く適用できるが、ハイブリッド集積型光モジュール内に作製されるフィルタ挿入型導波路デバイスに適用するのが特に有効である。
【００１２】
以下に、図面を参照しながら本発明をフィルタ反射型光合分波器に適用した場合について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されることなく、一般にフィルタ挿入型導波路デバイスに広く適用できることはもちろんである。
【００１３】
本発明のフィルタ挿入型導波路デバイスおよびその製造方法は、上述の溝加工をダイシングソーで行う際のブレード摩耗を抑制すると共にブレードにかかる負荷を低減することを目的としている。上記溝は光の放射損失を抑制するため、幅が２０μｍ、深さが１５０μｍときわめて細い。よって、使用するブレードの厚みはきわめて薄い。このため、薄いブレードにかかる負荷により溝の形状が変形することが問題である。一方、石英系ガラスはシリコンに比べて強度が高くブレードに与える負荷が大きい。実際にシリコンと石英系ガラスにそれぞれ溝加工した場合の、延べ溝加工長さ（ｍ）と溝幅（μｍ）の関係を図１に示す。石英系ガラスを加工した場合、ブレードが急速に摩耗することが分かる。すなわち、溝加工を行う場合、加工にかかる石英系ガラスの量を低減することによりブレードの負荷を低減できることが分かる。
【００１４】
図２は本発明のフィルタ反射型光合分波器を用いたＷＤＭ光送受信モジュールを示す斜視図である。図３は図２のＡＡ′線に沿った拡大断面図、図４は図２のＢＢ′線に沿った拡大断面図、図５は図２のＣＣ′線に沿った拡大断面図、図６は図２のＤＤ′線に沿った拡大断面図である。
【００１５】
図２に示す本発明のＷＤＭ光送受信モジュールの構成は図１２に示す従来の光送受信モジュールと大部分共通しており、同じまたは同等の部材には同じ符号を付してある。本発明のＷＤＭ光送受信モジュールでは溝１３は基板上の凸部であるＳｉテラス２１のほぼ中心に設けられている。溝１３の両側面に対向する導波路層２の端部２２は一部を除いてＳｉテラス２１の頂部には存在しないため、突出部２３が形成されている。すなわち、溝１３の長さ方向において、導波路のコア部とその近傍領域を除くその他の領域で一定幅でガラスが除去されてＳｉテラス２１が露出している。ここで、このガラスが除去される幅は、溝加工時のブレードがかからない程度に大きければよい。
【００１６】
図３に示すように、図２のＡＡ′線に沿った断面では、導波路層２は下部クラッド層２４、第２下部クラッド層２５および上部クラッド層２６からなり、下部クラッド層２４とＳｉテラス２１の頂面とは同じ高さであり、溝１３に誘電体多層膜フィルタ１４を挿入した残りの空隙とガラス除去部（露出テラス面と第２下部クラッド層２５および上部クラッド層２６の合計高さによって規定される空間から誘電体多層膜フィルタの占める部分を除いた空間）とを接着剤２７で埋めて誘電体多層膜フィルタ１４を固定してある。テラス２１の露出幅Ｗは、モジュール作製時の溝加工でブレードにかかる負荷が大きくなり過ぎず、安定した品質のモジュールが得られる大きさであればよい。
【００１７】
図４に示すように、図２のＢＢ′線に沿った断面では、Ｓｉテラス２１は設けられておらず、導波路層２の端面２２は溝１３の側面１３ａと同一面を形成している（図７（ｂ）および図８の符号２４ａ参照）。
【００１８】
図５に示すように、露出したＳｉテラス２１を通る、図２のＣＣ′線に沿った断面では、導波路層２の突出部２３は下部クラッド層２４，第２下部クラッド層２５、上部クラッド層２６および上部クラッド層２６に埋設されたコア２８からなる。すなわち、コア２８とその近傍の導波路層（下部クラッド層２４、第２下部クラッド層２５および上部クラッド層２６）のみ導波路層を構成するガラスが存在し、両側はＳｉ基板１と同物質のＳｉテラス２１が露出している。突出部２３の溝１３の長さ方向に沿った長さＬは光の伝搬損失を考慮して５０μｍ以上にする必要がある。
【００１９】
図６に示すように、図２のＤＤ′線に沿った断面では、受信用ＰＤ９は電気配線および半田１１ａを介してＳｉテラス２１と下部クラッド層２４上に搭載されている。ここには図示しないが、送信用ＬＤ７とモニターＰＤ８も同様に電気配線および半田１１ａを介してＳｉテラス２１と下部クラッド層２４上に搭載されている。すなわち、図２のＬＤ／ＰＤ搭載部１０はＳｉテラス２１と下部クラッド層２４の上に電気配線および半田を設けたものである。
【００２０】
つぎに、図７（ａ）〜（ｆ）および図８を参照して図２のＷＤＭ光送受信モジュールの作製方法について簡単に説明する。まず、平坦なシリコン基板１をパターン化して、基板上の凸部としてのＳｉテラス２１、すなわちＬＤ／ＰＤ搭載部（図２の符号１０）用Ｓｉテラス２１ａおよび溝加工部用Ｓｉテラス２１ｂ、以外の部分を一定の深さ（例えば約３０μｍ）にエッチングする。この上に下部クラッド層２４となるガラス層を火炎堆積法で形成する（図７（ａ））。この後、Ｓｉテラス２１ａ，２１ｂのシリコンが表面に露出するまで平坦化研磨を行う（図７（ｂ））。この研磨面２９がＬＤ／ＰＤを実装する場合の導波路に対する高さ基準面になる。この状態での上面図を図８に示す。図８に示すように、Ｓｉテラス２１ａの頂部はシリコン露出部２１ｃであり、ＬＤ／ＰＤ搭載部のスペースとなる。溝加工部に相当する部分はその一部にＳｉテラス２１ｂが存在せず、Ｓｉテラス２１ｂの頂部に相当するシリコン露出部２１ｄは上述の研磨面（基準面）２９まで存在する下部クラッド層２４により分離されている。すなわち、下部クラッド層２４は幅Ｌのブリッジ２４ａで連絡している。Ｌの値は上述の通りである。続いて、高さ調整層となる第２下部クラッド層２５、そしてコア層２８ａを例えば約７μｍ堆積する（図７（ｃ））。コア層２８ａを導波路パターンにエッチング加工してコア２８を形成した後、上部クラッド層２６を堆積する。コア２８はＳｉテラス２１ｂを越え、Ｓｉテラス２１ａの直前まで延びている（図７（ｄ））。ここでは、すべてクラッド層およびコア層の堆積は火炎堆積法を用いた。引き続き、ＬＤ／ＰＤ搭載部１０（図８の２１ｃ）および溝加工部（図８の２１ｄ）のシリコンが再度露出するまでガラスをエッチングし、ＬＤ／ＰＤの電極配線および搭載用半田１１ａを堆積する（図７（ｅ））。
【００２１】
最後に、誘電体多層膜フィルタを挿入するための溝１３を加工し（図７（ｆ））、その溝１３に誘電体多層膜フィルタを挿入し、接着剤で固定すると図２に示す光送受信モジュールとなる。
【００２２】
図９に本発明の第２の実施形態によるＷＤＭ光送受信モジュールを示す。本実施形態では、溝加工部の石英系ガラスを除去するパターンとして矩形ではなく、先端を鋭角にしていることが図２に示すＷＤＭ光送受信モジュールの構成と異なる。すなわち、突出部２３ａは台形をしており、この上底（先端側）の長さＬ１が下底（基底側）の長さＬ２よりも小さく（Ｌ１＜Ｌ２）してある。
【００２３】
図１０に本発明の第３の実施形態による、ＬＤ／ＰＤを含んでいない導波路に誘電体多層膜フィルタが挿入された導波路型フィルタモジュールの例を示す。図２に示す部材と同じまたは同等の部材は同じ符号を付し、詳細な説明は省略した。図１０において、３０は１．３１ポート、３１はファイバアレイ、３２は１．３１μｍ光が伝搬される第３のファイバである。このモジュールでは、コモンポート１５より第１の入出力導波路を伝搬する１．３１／１．５５μｍ混合光は誘電体多層膜フィルタ１４により１．５５μｍ光が反射され、反射光は１．５５ポートから第２のファイバを通って伝搬し、誘電体多層膜フィルタ１４を透過した１．３１μｍ光は１．３１ポート３０を経て第３のファイバ３２より外部に取り出されるようになっている。本実施形態ではＬＤ／ＰＤ搭載用のＳｉテラスは必要ないので、フィルタ搭載部（溝加工部）にもＳｉテラスは設けられておらず、図１０に示すように導波路はＳｉ基板の平坦な面に形成されている。そして、導波路を横断する溝１３に誘電体多層膜フィルタ１４が挿入され、該フィルタ周辺部の石英ガラスが図２に示すモジュールの場合と同様に除去されている。
【００２４】
本実施形態の導波路型フィルタモジュールの作製工程を図１１（ａ）〜（ｅ）に示す。Ｓｉ基板１上に下部クラッド層２４を形成し（図１１（ａ））、下部クラッド層２４上にコア層２８を形成し（図１１（ｂ））、さらにこの上に上部クラッド層２６を形成して、Ｓｉ基板１、下部クラッド層２４、コア層２８ａおよび上部クラッド層２６からなる石英ガラス導波路を形成し（図１１（ｃ））する。ついで、誘電体多層膜フィルムを搭載すべき部分、すなわち溝加工部分の領域の石英ガラス導波路層をＳｉ基板１が露出するまでエッチングしてガラスを除去し（図１１（ｄ））、最後にブレードで溝１３を形成した（図１１（ｅ））。石英系ガラス導波路層のエッチングでは、図７に示す方法の場合と比べて、下部クラッド層が厚い分エッチング時間は増加した。反面、厚い石英系ガラス層を除去したことでブレードへの負荷が著しく低減される。
【００２５】
なお、本実施形態においてはフィルタ搭載部にＳｉテラスが無い場合を示したが、図７に示す工程を用いて、フィルタ搭載部にもＳｉテラスを設けたものも作製可能である。さらに、図９に示すように、突出部２３の形状を台形にすることにより、さらにブレードに対する負荷を低減し、溝の形状変形を抑制することができる。
【００２６】
ダイシングソーで溝加工する領域の石英系ガラスの除去は、あらかじめ別の手法、例えば反応性イオンエッチング、で除去してもよい。しかし、実際には、この石英系ガラスの除去工程が新たなプロセス負担になるような応用よりも、上述の実施形態で示したＷＤＭ光送受信モジュールの応用例のように石英系ガラスの除去が新たなプロセス負担にならない応用例の方がより有効である。
【００２７】
上述の実施形態では波長号分波機能を有するフィルタ反射型光号分波器の例を示したが、光合分波器としては、光パワーを一定の比率で分岐するものも使用できる。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
【００２９】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す構成のフィルタ反射型合分波器を、チップ幅３ｍｍ、溝の幅２０μｍ、深さ１５０μｍで作製し、この３ｍｍのチップ幅の内、導波路の部分の１００μｍを除いて（すなわち、図７でＬ＝１００μｍとして）、溝加工にかかる石英系ガラスを上述の方法により除去した。
【００３０】
これにより、ブレードの負荷が低減でき、ブレードの摩耗が抑制されるとともに、溝形状の変形が抑制できた。
【００３１】
（実施例２）
図９に示す構成の、第２の実施例によるＷＤＭ光送受信モジュールを作製した。本実施例では、溝加工部の石英系ガラスを除去するパターンとして矩形ではなく、先端を鋭角にしていることが図１に示すＷＤＭ光送受信モジュールの構成と異なる。すなわち、突出部２３ａは台形をしており、この上底（先端側）の長さＬ１、下底（基底側）の長さＬ２を、Ｌ１＜Ｌ２となるようにした。このように突出部の形状を決めてガラスをエッチングすることによりブレードにかかる負担がさらに低減し、誘電体多層膜フィルタを細い溝に挿入する工程がさらに容易になった。
【００３２】
（実施例３）
図１０に示す構成の、ＬＤ／ＰＤを含んでいない導波路に誘電体多層膜フィルタが挿入された導波路型フィルタモジュールを作製した。石英系ガラス導波路層のエッチングでは下部クラッド層が厚い分エッチング時間は増加したが、その反面、厚い石英系ガラス層を除去したことでブレードへの負荷が著しく低減され、上記の２０μｍという薄いブレードを使用しても形状変化のない溝作製が可能であった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法は、溝加工部に沿い石英系ガラス光導波路のコアおよびその近傍のガラス以外のガラスを除去することにより、溝加工時のブレードの摩耗を抑制し得る、大量生産に適したフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法を提供でき、低コストなＷＤＭ光送受信モジュールを実現することができた。
【００３４】
さらに、シリコン基板上に形成されたＬＤ／ＰＤ搭載用のＳｉテラスと同時形成されたＳｉテラスを誘電体多層膜フィルタ搭載部に設けることにより、プロセス負担の少ないガラスの除去が可能となり、さらに大量生産に適したフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】延べ加工溝長さによる溝幅の変化を示すグラフである。
【図２】本発明のフィルタ反射型光合分波器を用いたＷＤＭ光送受信モジュールを示す斜視図である。
【図３】図２のＡＡ′線に沿った拡大断面図である。
【図４】図２のＢＢ′線に沿った拡大断面図である。
【図５】図２のＣＣ′線に沿った拡大断面図である。
【図６】図２のＤＤ′線に沿った拡大断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態によるフィルタ挿入型導波路デバイス（ＷＤＭ光送受信モジュール）の作製工程を示す断面図であり、（ａ）はＳｉテラスを形成した基板に下部クラッド層を堆積した段階の素子、（ｂ）は平坦化研磨してシリコンを露出した段階の素子、（ｃ）は第２下部クラッド層（高さ調整層）とコア層を堆積した段階の素子、（ｄ）はコアを形成し上部クラッドを堆積した段階の素子、（ｅ）はＬＤ／ＰＤ用の電極配線および搭載用半田を堆積した段階の素子、（ｆ）は溝加工した段階の素子を示す。
【図８】図７（ｂ）の段階における素子の上面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態によるＷＤＭ光送受信モジュールを示す斜視図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態によるＷＤＭ光送受信モジュールを示す斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態によるＷＤＭ光送受信モジュールの作製工程示す断面図であり、（ａ）は下部クラッド層を堆積した段階の素子、（ｂ）はコア層を堆積した段階の素子、（ｃ）は上部クラッド層を堆積した段階の素子、（ｄ）はコア近傍のガラスを除去した段階の素子、（ｅ）は溝加工した段階の素子を示す。
【図１２】従来の光送受信モジュールの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ Ｓｉ基板
２ 導波路層
３ 第１の入出力導波路
４ 第２の入出力導波路
５ 導波路
６ Ｙ分岐
６ａ，６ｂ 導波路
７ 送信用ＬＤ
８ モニターＰＤ
９ 受信用ＰＤ
１０ ＬＤ／ＰＤ搭載部
１１、１２ 電気配線
１１ａ 電気配線および半田
１３ 溝
１３ａ 溝の側面
１４ 誘電体多層膜フィルタ
１５ コモンポート
１６ １．５５ポート
１７ 補強ガラス
１８ ファイバアレイ
１９ 第１のファイバ
２０ 第２のファイバ
２１、２１ａ、２１ｂ Ｓｉテラス
２１ｃ，２１ｄ シリコン露出部
２２ 端部
２３、２３ａ 突出部
２４ 下部クラッド層
２４ａ ブリッジ
２５ 第２下部クラッド層（高さ調整層）
２６ 上部クラッド層
２７ 接着剤
２８ コア
２８ａ コア層
２９ 研磨面
３０ １．３１ポート
３１ ファイバアレイ
３２ 第３のファイバ
Ｌ 突出部の溝に沿う方向の長さ
Ｌ１ 突出部の上底の長さ
Ｌ２ 突出部の下底の長さ
Ｗ テラスの露出幅
Claims (2)
- シリコン基板上に形成された石英系ガラス光導波路と、前記石英系ガラス光導波路を横切って挿入された誘電体多層膜フィルタを備えたフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法において、
エッチングにより前記石英系ガラス光導波路のコアおよびその近傍のガラス以外のガラスを除去して第１の溝を加工する工程と、
前記第１の溝より幅の狭いブレードにより、前記石英系ガラス光導波路のコアおよびその近傍のガラスを切削し、かつ前記第１の溝の底面を掘り下げて、第２の溝を加工する工程と、
前記誘電体多層膜フィルタは前記第２の溝に挿入し、固定する工程と
を有することを特徴とするフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法。 - 前記フィルタ挿入型導波路デバイスはハイブリッド集積型光モジュール内に作製されるものであり、
光素子搭載用の基板凸部を形成する際に同時に前記第１の溝に対応した領域に基板凸部を形成する工程と、
光素子搭載用の基板凸部を形成する際に同時に前記第１の溝を加工する工程と
を備えることを特徴とする請求項１記載のフィルタ挿入型導波路デバイスの製造方法。
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