JP3758762B2

JP3758762B2 - 光接続部品

Info

Publication number: JP3758762B2
Application number: JP25815596A
Authority: JP
Inventors: 浩二竹村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-09-30
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2016-09-30
Also published as: JPH10104472A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバによる光通信装置、光コンピュータ等の光情報処理装置及び光ファイバセンサ等に使用される光接続部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のパッシブアライメント型の光接続部品Ｐ１の斜視図であり、光素子としてニオブ酸リチウム単結晶（以下、ＬＮと略す）からなるＬＮ光変調素子６を搭載した例である。ＬＮ光変調素子６は、例えばＬＮ基板の表面にＬＮよりも高屈折率の光導波路７を形成し、光導波路７に電界，音響等を印加して光出力強度、光の偏向方向あるいは光の偏光等を変調できるようにしたものである。尚、パッシブアライメントとは光結合法の１種であり、搭載される光素子に光を試験的に通過させることなく、あるいは光素子を試験的に発光させることなく、外部の光ファイバ等と光軸のアライメント（位置整合）を行なうことをいう。
【０００３】
この光接続部品Ｐ１は、ベース基板１上に光素子搭載用基板２を載置固定し、この光素子搭載用基板２の両端部に光ファイバ設置用のＶ溝３を形成して構成される。そして、この光素子搭載用基板２は、Ｖ溝３に光ファイバを設置したときに、光ファイバのコアの高さとＬＮ光変調素子６の光導波路７コアとの高さが合うように精密加工されている。また、ＬＮ光変調素子６の光素子搭載用基板２面に平行な方向（水平方向）における位置決めについては、ＬＮ光変調素子６用の搭載部４上及びＬＮ光変調素子６に、フォトリソグラフィ法等によりマーカーを付けておき、実装時にそのマーカーを位置合わせすることにより行なう。光接続部品Ｐ１の作製については、ベース基板１及び光素子搭載用基板２がウエハの状態である段階から加工を行なえるので、量産化、低価格化に適している。
【０００４】
従来、半導体レーザやフォトダイオード等の能動光素子と光ファイバとの光学的結合を行なう場合、能動光素子を発光させてその光を光ファイバを通し、光ファイバからの光出力をフォトダイオードでモニターして光軸調整を行なっていた。また、光導波路素子あるいは光ファイバ結合器からなる光分岐結合器、光合分波器等の受動光素子と、光ファイバとの光学的結合においても、受動光素子の一方のポートから光ファイバを通して光を入射し、他方のポートから光ファイバを通して出射される光出力をモニターして相互の光軸の調整を行なっていた。
【０００５】
近年、シリコン基板の表面を精密加工し、その表面に能動光素子あるいは受動光素子を搭載して光ファイバと光学的に結合させる際に、能動光素子自体を発光させることなく、または受動光素子及び光ファイバに光を通して光出力をモニターすることなく、光軸のアライメントを行なうパッシブアライメント法による接続方法が盛んに研究、開発されている。この接続方法により、将来大量に需要が予想される、加入者系（一般家庭及び個人向け）光通信用デバイスの大量生産が可能となり、低価格化を成しえるものと考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示すような従来の構成では、急激な温度変化が生じた場合で、特に搭載する光素子長が長尺な場合や光素子と搭載部の熱膨張係数の差が大きい場合には、熱膨張係数の差に起因して光素子と光ファイバとの接続部の位置変動が生じ、光素子と光ファイバとの光学的な接続損失が増大し、光学的特性が変動するという問題点があった。
【０００７】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、熱膨張係数の差に起因して生じる、光素子と光ファイバとの接続部の位置変動、それによって生じる接続損失の増大を防止することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光接続部品は、ニオブ酸リチウム単結晶からなる光素子と、該光素子の熱膨張係数と等しい熱膨張係数を有するベース基板と、該ベース基板上に固定された、結晶シリコンからなる光素子搭載用基板とからなり、
該光素子搭載用基板は、
中央に低く形成され前記光素子が搭載された光素子搭載部と、両端側に前記光素子に光学的に結合させる光ファイバを設置するＶ溝とが形成されており、かつ前記光素子搭載部に該光素子搭載部を完全に分割する分割溝が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の光接続部品を、図１〜図３により説明する。図１は光接続部品の斜視図、図２はＬＮ光変調素子を搭載した光接続部品の斜視図、図３は光接続部品の製造工程を説明するものであり、（ａ１）〜（ｃ１）は光接続部品の側面図であり、（ａ２）〜（ｃ２）は光接続部品の正面図である。
【００１０】
図１において、ベース基板１上に光素子搭載用基板２が載置固定され、光素子搭載用基板２の両端側には、光素子に結合すべき光ファイバ設置用のＶ溝３Ａ，３Ｂが形成されている。光素子搭載用基板２の中央には、Ｖ溝３Ａ，３Ｂを各々有する２つの領域に２分割するように、分割溝５によって分断された光素子搭載部（以下搭載部と略す）４Ａ，４Ｂが低く形成されている。図２は、ＬＮ光変調素子６を搭載した状態を示す。尚、図１，２において、図４と同一箇所には同じ符号を付している。
【００１１】
上記本発明において、ベース基板１の材料は搭載すべき光素子の材料と同じであれば熱膨張係数も等しくなるが、必ずしも材料が同じである必要はなく熱膨張係数が略等しいことが必要である。ベース基板１の材料としては、ＬＮ，タンタル酸リチウム単結晶（ＬＴ），四ホウ酸リチウム単結晶（ＬＢＯ）等の酸化物結晶、またはＢＫ７（ホーヤ株式会社製商品名），石英等のガラスが好ましい。これらの材料は、光導波路素子，半導体光導波路素子等の光素子に通常使用される材料と同じであるか、または光素子と熱膨張係数が略等しい材料である。
【００１２】
前記光素子搭載用基板２は、微細加工に適する硬度、靱性、若しくはへき開性を有する結晶材料であるシリコンを用いる。
【００１３】
前記Ｖ溝３Ａ，３Ｂは異方性エッチング等により容易に形成でき、光ファイバを安定的に設置できるので、断面形状をＶ形としている。Ｖ形の他に凹形、半円形等も適用できるが、本発明はＶ形としている。
【００１４】
また、Ｖ溝及び搭載部４，４Ａ，４Ｂは、ＫＯＨによる異方性エッチング法、反応性イオンエッチング等のドライエッチング法、フォトリソグラフィ法、機械的精密加工法等により形成される。
【００１５】
光素子搭載用基板２に形成される分割溝５は、光素子の長手方向（両Ｖ溝を結ぶ方向で、図１のＣ方向）に略垂直な幅方向（Ｄ方向）に沿って搭載部４を完全に分割し、光素子搭載用基板２の厚さ以上の深さにしているため、熱による全体の反り等の変形を最も有効に抑制でき、加工がし易い。
【００１６】
前記分割溝５は前記Ｄ方向に沿って形成しなくてもよく、Ｄ方向に対し斜め方向に沿っていてもよいが、Ｄ方向に沿う方が、搭載部４Ａ，４Ｂにかかる応力を一様かつ同じ大きさに抑制するうえで好適である。分割溝５がＤ方向に対し斜め方向に沿う場合、搭載部４Ａ，４Ｂが回転対称等の対称的な形状となるのが、搭載部４Ａ，４Ｂにほぼ同じ応力がかかり応力が均一に分散され好ましい。
【００１７】
更に、分割溝５を搭載部４に複数設けてもよいが、その数があまり多いと加工に時間がかかり、エッチング用のマスク形状が複雑になりコストアップの原因になり、また分割溝５間の凸部が強度的に脆くなるため、２個以上１０個以下が好適である。その場合、複数の分割溝５を平行に形成するのが、応力を均一に分散させる点でよい。
【００１８】
かくして、本発明は熱膨張係数差に起因する光素子と光素子搭載用基板の応力が吸収され、光ファイバと光素子の接続部での変動が抑制されて安定した信頼性のある光素子の機能，動作が実現できる。
【００１９】
更に本発明において、光素子に電界、音響等を印加するための電極あるいは圧電トランスデューサ等が形成してあり、それが形成された面を搭載部４に当接させて実装する場合には、搭載部４上にリード電極等を形成してもよい。
【００２０】
本発明の光接続部品の製造工程を、図３を用いて以下に説明する。主な工程は以下の（１）〜（４）からなる。
【００２１】
（１）：（ａ１），（ａ２）に示すように、ベース基板１の親基板（例えばウエハ）と、研磨済の光素子搭載用基板２の親基板（例えばウエハ）を洗浄して、ベース基板１を親水化処理し、次いで公知の表面活性化接合法により、両親基板の接合を行なう。このとき、両親基板の熱膨張差が比較的大きく両親基板の反りが大きい場合は、光素子搭載用基板２の親基板の平坦性を向上させるべく再度研磨してもよい。
【００２２】
（２）：（ｂ１），（ｂ２）に示すように、ＫＯＨによる異方性エッチング法，反応性イオンエッチング方等のドライエッチング法、フォトリソグラフィ法または機械的精密加工法等により、Ｖ溝３Ａ，３Ｂ及び搭載部４を形成する。
【００２３】
（３）：（ｃ１），（ｃ２）に示すように、ダイシング、ＫＯＨによる異方性エッチング法または反応性イオンエッチング法等のドライエッチング法により、光素子搭載用基板２の親基板の搭載部４を、ベース基板１との接合面に到る以上の深さで分割するよう分割溝５を形成して、搭載部４Ａ，４Ｂとする。
【００２４】
（４）：上記（２），（３）の工程を両親基板の複数箇所で同時に行なうか、順次複数箇所で行ない、最後に個々の光接続部品を切り出す。
【００２５】
上記表面活性化接合法は、低温で接合可能な直接接合法の１種であり、Ｓｉ−Ｓｉ接合、Ｓｉ−化合物半導体接合、圧電体−Ｓｉ接合等に応用され、例えばＬＮとシリコンをウエハボンディングする場合、ＬＮを親水化処理した後、窒素雰囲気中で２００〜５００℃の加熱により接合する。その接合界面には厚さ３ｎｍ程度のアモルファス層が形成され、それが接合層として機能する。
【００２６】
尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更は何等差し支えない。
【００２７】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。図１，２に示すように、ベース基板１としてのＬＮ基板上に、光素子搭載用基板２としてのシリコン基板を載置固定した。ＬＮ基板は搭載されるＬＮ光変調素子６と同じ熱膨張係数（１４．４×１０^−６／℃）を有し、また表面活性化接合法によりシリコン基板（熱膨張係数３．６×１０^−６／℃）と接合した。
【００２８】
光ファイバ設置用のＶ溝３Ａ，３Ｂと、ＬＮ光変調素子６を搭載する未分割の搭載部４は、異方性ウエットエッチング法により形成した。Ｖ溝３Ａ，３Ｂに光ファイバを設置したときに、光ファイバのコアの位置（主に高さ）と、ＬＮ光変調素子６のコアの位置（主に高さ）とが合うように精密加工した。またシリコン基板のほぼ中央部には、両Ｖ溝３Ａ，３Ｂを結ぶ方向（Ｃ方向）に略垂直な方向（Ｄ方向）に沿って、シリコン基板が２つに完全に分割されるように分割溝５を形成し、搭載部４Ａ，４Ｂを設けた。分割溝５は、深さがＬＮ基板とシリコン基板との接合面にちょうど達する深さとなるようにした。
【００２９】
本実施例においては、以下のようにして光接続部品を製造した。
【００３０】
（１）：研磨済のシリコン基板の親基板に、親水化処理したＬＮ基板の親基板を、表面活性化接合法により直接接合すべく、窒素雰囲気中で約４００℃に加熱した。
【００３１】
（２）：シリコン基板の親基板の表面に、ＫＯＨによる異方性エッチング法によりＶ溝３Ａ，３Ｂ及び未分割の搭載部４を形成した。
【００３２】
（３）：ダイシングにより、シリコン基板の親基板の搭載部４の中央部に相当する部分を、ちょうど接合面の深さに達する深さで、搭載部４が２つに分割され搭載部４Ａ，４Ｂとなるように、分割溝５を形成した。
【００３３】
（４）：（２）の工程をシリコン基板の親基板の複数箇所で同時に行ない、（３）の工程を該複数箇所で順次行ない、最後に個々の光接続部品を切り出した。
【００３４】
このような光接続部品を室温の雰囲気中で使用した場合の、搭載したＬＮ光変調素子６と光ファイバとの位置ずれによる接続損失について測定したところ、従来例でみられた接続損失の増大はまったく検知されなかった。また、熱膨張係数の差に起因する、ＬＮ光変調素子６と搭載部４との接着部の反りは観察されなかった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は、ベース基板が搭載した光素子の熱膨張係数と等しく、光素子搭載用基板の搭載部を完全に分割することにより、パッシブアライメント方式による光素子と光ファイバとの光軸調整が容易に行なえ、周囲の温度変化による接続部の位置変動、接続損失等の変動が少なく、また全体の反りも抑制・防止できるという効果が得られる。更に、本発明の光接続部品は簡易なプロセスで製造でき量産性に優れているため、低コストで製造できるという効果も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光接続部品の斜視図である。
【図２】本発明のＬＮ光変調素子を搭載した光接続部品の斜視図である。
【図３】本発明の光接続部品の製造工程を説明する図であり、（ａ１）〜（ｃ１）はそれぞれ光接続部品の側面図であり、（ａ２）〜（ｃ２）はそれぞれその正面図である。
【図４】従来の光接続部品の斜視図である。
【符号の説明】
１：ベース基板
２：光素子搭載用基板
３Ａ：Ｖ溝
３Ｂ：Ｖ溝
４：搭載部
４Ａ：搭載部
４Ｂ：搭載部
５：分割溝
６：ＬＮ光変調素子（光素子）

Claims

ニオブ酸リチウム単結晶からなる光素子と、該光素子の熱膨張係数と等しい熱膨張係数を有するベース基板と、該ベース基板上に固定された、結晶シリコンからなる光素子搭載用基板とからなり、
該光素子搭載用基板は、
中央に低く形成され前記光素子が搭載された光素子搭載部と、両端側に前記光素子に光学的に結合させる光ファイバを設置するＶ溝とが形成されており、かつ前記光素子搭載部に該光素子搭載部を完全に分割する分割溝が設けられていることを特徴とする光接続部品。