JP4335853B2 - 光導波路部材、その製造方法及び光モジュール - Google Patents

Description

本願発明は光通信などで用いられる光導波路に関するものである。更に本願発明は、特に光ファイバを導波路に実装する時に用いるアライメント用Ｖ溝構造を有するポリマ光導波路基板の製造方法に関するものである。

近年、通信用光モジュールの高機能化及び小型化を目的に、石英光導波路を用いた光モジュールが検討されている。既に、石英光導波路を用いた光スプリッタやアレイ回折格子型波長合分波器などが実用化されている。また、石英導波路を有する基板に、レーザダイオードやフォトダイオードなどの半導体素子をハイブリッド実装することによって、小型で低コストな光送受信モジュールも実現化されている。一方、光導波路を構成する材料としては、石英の他に高分子樹脂、すなわち、ポリマも検討されている。ポリマ導波路は、スピン塗布によって成膜できるので、石英導波路に比べて生産性が高く、低コストで導波路基板を作製できる。このため、石英導波路の代わりにポリマ導波路を用いることで、上記モジュールの抜本的な低コスト化が期待できる。これらの光モジュールでは導波路と光ファイバを低損失で光結合する必要がある。通常、光通信で用いられるシングルモードファイバを使用した場合、導波路とファイバを低損失で結合するためには導波路とファイバの位置をサブミクロンの精度で位置決めして固定する必要がある。これを短時間かつ低コスト行うために、光導波路を形成するシリコン基板に、光ファイバをアライメントするためのＶ形状の溝を集積することが検討されている。石英光導波路を有するシリコン基板にアライメントＶ溝を形成した例としては、例えば、特開平８−２１７７２（特許文献１）、特開平８−２９６３８（特許文献２）、電子情報通信学会１９９６年総合大会講演論文集エレクトロニクス１分冊、４４４頁、講演番号（ＳＣ−２−８）（非特許文献１）などがある。

又、基板にあらかじめＶ溝を作製した後に、ポリマ導波路を形成した例としては、日本国、公開公報、特開平１０−２８８７１７号（特許文献３）が挙げられる。又、ポリマ導波路とＶ溝構造をそれぞれ別に作製して位置合わせして張り合わせる方法が日本国、公開公報、特開平１１−２０２１５８号（特許文献４）、あるいは特開２０００−４７０５５号（特許文献５）に見られる。

特開平８−２１７７２ 特開平８−２９６３８ 特開平１０−２８８７１７ 特開平１１−２０２１５８ 特開２０００−４７０５５ 特開平７−１７４９３０ 電子情報通信学会１９９６年総合大会講演論文集エレクトロニクス１分冊、４４４頁、講演番号（ＳＣ−２−８）

本願発明の第１の課題は、低コストで製造の容易な光導波路部材を提供するものである。

本願発明の第２の課題は、低コストで製造の容易な光導波路部材の製造方法を提供するものである。

本願発明は、わけても、Ｖ溝付ポリマ導波路基板を有し、樹脂の膜厚不均一によるファイバと導波路間の損失増加を最小限に押さえて良好な光結合が得られる光導波路部材の構造を提供せんとするにある。

本願発明の、代表的な第１の形態は、Ｖ字型溝部と、当該Ｖ字型溝部の延在方向に、このＶ字型溝部と第２の溝部を挟んで対向した平坦な領域とを有するシリコン基板と、前記Ｖ字型溝部に設けた光導波路と、前記平坦な領域の上部に、当該光導波路のコア層を構成する第１の樹脂層、及び当該光導波路のクラッド層を構成する第２の樹脂層と、を少なくとも有し、前記第１、及び第２の各樹脂層は前記平坦な領域の第１の溝部と対向する端面の近傍でその厚さが減少しており、且つ前記Ｖ形状のＶ溝に光ファイバを実装した時に、前記光ファイバのコアの中心の高さが前記境界から前記Ｖ形状の溝よりも離れた膜厚がおよそ平坦な個所での光導波路のコアの中心の高さよりも低くい高さになるように、前記Ｖ形状の溝の形状が設定されていることを特徴とする光導波路部材である。尚、Ｖ字型溝部と第２の溝部を挟んで対向した平坦な領域とは、当該Ｖ字型溝部よりみれば、凸部状に上がっている部分となる。以下、同様である。

本願発明の、代表的な第２の形態は、Ｖ字型溝部と、当該Ｖ字型溝部の延在方向に、このＶ字型溝部と第２の溝部を挟んで対向した平坦な領域とを有するシリコン基板と、前記Ｖ字型溝部に添い且つ前記第２の溝部の所定壁面に対向して設けた光導波路と、前記平坦な領域の上部に、接着材の層、当該光導波路の第１のクラッド層を構成する第３の樹脂層、当該光導波路のコア層を構成する第１の樹脂層、及び当該光導波路の第２のクラッド層を構成する第２の樹脂層と、を少なくとも有し、前記第１、第２、及び第３の各樹脂層は前記平坦な領域の第１の溝部と対向する端面の近傍でその厚さが減少しており、且つ前記光導波路のコア領域の端面は前記第１の樹脂層が構成するコア層の端面に対向していることを特徴とする光導波路部材である。

本願発明の、代表的な第３の形態は、シリコン基板上の一部に光導波路が形成され、前記光導波路のコアまたはクラッドが高分子樹脂から構成され、前記光導波路に対して光ファイバを位置決め固定するためのＶ形状の溝と、前記光導波路の境界に前記Ｖ形状の溝と垂直な方向に伸びる溝とを前記シリコン基板に有し、前記光導波路を構成するコアまたはクラッドの膜厚が前記境界近傍で他の部分よりも薄くなっており、前記Ｖ形状のＶ溝に光ファイバを実装した時に、前記光ファイバのコアの中心の高さが前記境界から所望位置での光導波路のコアの高さよりも低い高さになされていることを特徴とする光導波路部材である。この場合、光ファイバと光導波路の間で高効率な光結合が得られる高さになるように、前記Ｖ形状の溝の形状が設計されている。

本願発明に係わる製造方法の主な形態は、下記の通りである。

製造方法の第１の形態は、シリコン基板上に、コアまたはクラッドがポリマから構成された光導波路と前記光導波路に対する光ファイバを位置決め固定するためのＶ形状の溝とを少なくとも有する光導波路部材の製造方法であって、前記シリコン基板に前記光ファイバの長手方向に向う所望のＶ形状の溝を形成し、この後、前記光導波路用のポリマを塗布して当該光導波路を形成し、前記光ファイバの搭載する領域の前記ポリマによる高分子樹脂膜を除去する、ことを特徴とする光導波路部材の製造方法である。

製造方法の第２の形態は、前記光導波路を形成した後、前記光導波路と前記光ファイバの搭載する領域との間にこの両者を分ける溝を形成し、次いで、前記光ファイバの搭載する領域の前記ポリマによる高分子樹脂膜を除去することを特徴とする前記に記載の光導波路部材の製造方法である。

製造方法の第３の形態は、前記シリコン基板に前記光ファイバの長手方向に向う所望のＶ形状の溝を形成した後、前記シリコン基板のポリマ層を残す領域に前記シリコン基板とポリマの密着性を高める接着層を設け、次いで、前記光導波路を形成することを特徴とする前記に記載の光導波路部材の製造方法である。

製造方法の第４の形態は、シリコン基板にＶ字型溝部を形成する工程、前記Ｖ字型溝部を構成する平坦な領域であって且つ当該光導波路の光の進行方向に存在する領域の上面に接着材の層を形成する工程、こうして準備されたシリコン基板の少なくともＶ字型溝部及び当該Ｖ字型溝部を構成する平坦な領域の上面を覆って当該光導波路のコア層を構成する第１の樹脂層、及び当該光導波路のクラッド層を構成する第２の樹脂層を形成する工程、光導波路の端面に対向する壁面を有する第２の溝部を形成する工程、当該光導波路の光の進行方向に添って存在する前記Ｖ字型溝部を構成する平坦な領域上に存在する少なくとも前記第１、及び第２の各樹脂層を除く工程を有することを特徴とするものである。

本願発明に係わる他の諸形態は、以下の欄に説明されるであろう。

本願発明によれば、低コストで製造の容易な光導波路部材を提供することが出来る。

更に、本願発明によれば、低コストで製造の容易な光導波路部材の製造方法を提供することが出来る。

本願発明の具体的な実施の諸形態を説明するに先立って、本願発明の更なる諸技術並びに本願発明の優位性等について説明する。

前述の従来の技術の欄に例示した例は、あくまで石英導波路にアライメントＶ溝を集積したものであり、シリコン基板上に石英導波路を作製した後に基板一部の石英層を除去してシリコン基板を露出し、シリコン基板をＫＯＨ等の強アルカリ性の液によってウエットエッチングすることでＶ溝を形成している。しかしながら、同プロセスをポリマ導波路に適用すると一般にポリマは強アルカリに対して耐性が無く、ポリマ導波路が溶解したり基板から剥離したりするという問題が生じる。この問題は、シリコン基板にＶ溝を形成した後にポリマを塗布して導波路を形成することにより回避できる。本願発明はこの方法を用いるものである。

本願発明の代表的例は、以下に示す手順に従ってアライメントＶ溝付ポリマ導波路基板を作製することである。（１）シリコン基板に異方性のウエットエッチングを用いてアライメントＶ溝を形成する。（２）必要に応じて基板表面に熱酸化シリコン膜などの無機膜を設ける。（３）シリコン（基板表面に無機膜を設けた場合は無機膜）とポリマの接着力を強める接着層を導波路部（ポリマ導波路を残す部分に）に設ける。（３）基板全面にワニスを塗布・ベークしてポリマ層からなる下部クラッド層、コア層を設ける。（４）フォトリソグラフィとドライエッチングによりコア層を導波路パターンに加工する。（５）基板全面にワニスを塗布・ベークしてポリマ層からなる上部クラッド層を設ける。（６）Ｖ溝領域とポリマ導波路領域の間に、ダイシングソーによってシリコン基板に溝を形成する。（７）Ｖ溝領域のポリマ層を剥離・除去する。

上述の製造方法の要点をまとめれば、次の通りである。

第１は、シリコン基板上の一部に光導波路が形成され、前記導波路のコアまたはクラッドがポリマから構成され、前記導波路に光ファイバを位置決め固定するためのＶ形状の溝を前記シリコン基板に有し、前記Ｖ溝と前記導波路の境界に前記Ｖ溝と垂直な方向に伸びる矩形状の溝を前記シリコン基板に有する光導波路基板の製造方法であって、前記基板に前記Ｖ溝を形成した後に、前記基板全面にポリマを塗布して前記導波路を作製する。

第２は、前記導波路を作製した後に、前記矩形状の溝を形成する際にポリマ層を切断し、引き続きＶ溝上のポリマ層のみを基板から剥離することである。

第３は、前記Ｖ溝を形成した基板のポリマ層を残す導波路部分にのみに基板とポリマの密着性を高める接着層を設けた後に、前記導波路を作製することである。

ここで導波路を構成するポリマには無機物との密着性が悪いフッ素を含有する樹脂を用いたほうが良い。又、接着層には、ポリイミドシリコン樹脂、フッ素を含有しないポリイミド、有機アルミニウム化合物、有機ジルコニウム化合物、有機チタン化合物のいずれかまたはその組合せからなる複合膜などを用いることができる。特に、フッ素化したポリイミドを導波路材料に用いれば、剥離は極めて容易にできる。フッ素化ポリイミドを導波路材料に用いた場合には、接着層としてポリイミドシリコーン、有機金属酸化膜、フッ素を含まないポリイミド、あるいはそれらの複合膜などが好ましい。

本願発明になる製造方法によれば、基板に塗布したポリマはベーク中にＶ溝内に流れ込み、Ｖ溝の近傍でクラッド層やコア層が薄くなるために導波路特性やファイバとの結合特性が劣化すると言う第１の難点は、十分回避されている。

更に、本願発明の光導波路部材によれば、導波路作成後にＶ溝内のポリマ層を除去する際に、Ｖ溝内のポリマ層は流れ込みによって極めて厚くなっており、ドライエッチング等の手法で除去するのが困難となる第２の難点は十分回避されている。即ち、本発明の第２の難点はＶ溝を作製した後にポリマを塗布して作製したＶ溝付ポリマ導波路基板において、実装するファイバのコアの中心の高さがＶ溝から十分に離れた平坦な領域の導波路のコアの中心の高さよりも低くなるようにＶ溝の幅（形状）を設定する。境界にダイシングを用いて溝を形成する際には、ポリマ層の膜厚がＶ溝近傍で急激に変化している領域を削除するように、溝の幅と位置を設定する。特に前記境界の溝の幅を１００μｍ 〜２２０μｍに設定する。特に結合損失を小さくするには基板表面から図ったコア層中心の高さを１５μｍ以下に設定する。特に発生する損失を最小に抑えるためには接着層とシリコン基板の間に熱酸化膜等の無機膜を設けて、同無機膜もシリコン基板への光の漏洩を防止するクラッド層として作用させる。光結合損失を劣化させないように下部クラッド層の厚さは２μｍ以上確保し、接着層の厚さは０．５μｍ以下に設定する。上述した本願発明に係わる諸事項は、本願発明の諸形態、諸実施の諸形態に適用できるものであることは言うまでもない。

日本国、公開公報、特開平１０−２８８７１７号（特許文献３）では、基板にあらかじめＶ溝を作製した後に、ポリマ導波路を形成しているが、前述の難点は回避していない。更に、実施の際には基板上に極めて厚いメタル膜を形成する必要があることからコスト高である。又、前述した別のアプローチとしてポリマ導波路とＶ溝構造をそれぞれ別に作製して位置合わせして張り合わせる方法、例えば、特開平１１−２０２１５８号（特許文献４）、特開２０００−４７０５５号（特許文献５）も、両者をサブミクロンの精度で位置あわせして固定する作業は、現実に極めてコスト高である。これらに比較し、本願発明によれば、極めて安価に、高性能の光導波路部材を提供することが出来る。

本願発明に係るアライメントＶ溝付ポリマ光導波路基板を図１に、前記光導波路基板の作製プロセスを図２、図３に示す。図１の（ａ）はその主要部の斜視図であり、図１の（ｂ）は光の進行方向に平行な面での断面図である。図２はその製造プロセスを順次示した斜視図であり、図３はその製造プロセスを順次示した断面図である。これらの断面図は光の進行方向に平行な面での断面図であり、（ａ）、（ｂ）等の各図は図２のそれと対応した状態を示している。これらの図を用いて、本願発明に係る導波路基板の作製方法の概要と、当該導波路基板においてファイバと低損失な光結合を実現するための構造について説明する。尚、図１の（ａ）は図２の（ｇ）に相当する光導波路部材の斜視図で、図１の（ｂ）はこれに光ファイバが搭載された状態を示した断面図である。符号９は光ファイバのコア領域、符号８はそのクラッド領域である。これらの図の詳細は以下に詳細に説明されるので、ここでは仔細を省略する。

本導波路基板は以下のプロセスで作製する。シリコン基板１に、通例の異方性ウエットエッチングを用いてアライメントＶ溝２を形成する（図２（ａ）、図３（ａ））。

基板全面に、ポリマと基板の密着性を確保するための接着層３を、スピン塗布などの方法で設ける。フォトレジ工程とエッチングを用いて、シリコン基板１のＶ溝領域３１の接着層を除去する（図２（ｂ）、図３（ｂ））。ここで接着層３としては、アルミニウム、ジルコニウム、チタンなどの有機金属キレートやエステル溶液を塗布・ベークして得られる有機金属化合物や、シリコンを含有したシリコン樹脂やフッ素を含有しない樹脂、あるいは両者の複合膜などを用いることができる。前記有機金属化合物自体は例えば特開平７−１７４９３０（特許文献６）などに見られるもので十分である。また、前記シリコン樹脂やフッ素を含有しない樹脂自体は、例えば国際公表公報ＷＯ９８／３７４４５号に見られるもので十分である。尚、フッ素を含有しない樹脂には、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネイト、アクリル樹脂などを、更に挙げることが出来る。

ここで密着層３の膜厚を、有機金属酸化膜の場合は０．１μｍ以下、樹脂の場合は０．５μｍ以下と比較的薄くしても実用上十分な接着強度が得られる。従って、前記Ｖ溝内の密着層に形成される厚さは、Ｖ溝に液が流れ込むことによって増加したとしても高々数μｍ以下で十分である。この為、ウエットエッチングやドライエッチングによってＶ溝内の接着層を除去することは支障ない。

次に、屈折率の異なる２種類のポリマを塗布及びベークして、下部クラッド層４、コア層５を設ける（図２（ｃ）、図３（ｃ））。これらの層は塗布・ベークの際にＶ溝内部に流れ込むためにＶ溝内では厚く、Ｖ溝近傍では薄くなる。更に、通例のフォトレジ工程とドライエッチングを用いて、前記コア層５を所望形状にエッチングして、導波路パターン５を形成する（図２（ｄ）、図３（ｄ））。

再度、ポリマを塗布及びベークして上部クラッド層６を設ける（図２（ｅ）、図３（ｅ））。尚、ここで、光導波路を構成する為の高分子樹脂としては、フッ素化ポリイミド、フッ素化ポリカーボネイト、フッ素化アクリル樹脂、重水素化シロキサン、重水素化アクリル樹脂などを用いることが出来る。

次に、ダイシング装置を用いて、Ｖ溝領域と導波路領域の境界に矩形状の溝７を設ける（図２（ｆ）、図３（ｆ））。これによってＶ溝領域と導波路領域のポリマ層が分離される。Ｖ溝領域３１のポリマ層は接着層３が無いために基板から剥離することができ、これによってＶ溝付導波路基板が完成する（図２（ｇ）、図３（ｇ））。

本願発明では、剥離によってＶ溝領域３１の不要なポリマ層を除去するので、Ｖ溝２内のポリマ層が極めて厚くても支障がない。これに対して、例えばドライエッチングを用いてＶ溝領域のポリマ層を除去しようとすると、ポリマ層の厚さは平坦部でも２０μｍ 〜３０μｍ、Ｖ溝内部ではその倍程度になるためにエッチング時間が極めて長くなったり、溝が深いために溝内にエッチングの残留物ができるという問題がある。また、ウエットエッチングを用いた場合も膜厚が極めて厚いために大きなサイドエッチングを生じるという問題があり、いずれも実施困難である。

本願発明を実施するには、Ｖ溝領域のポリマ層の剥離を容易にするために下部クラッド層に基板表面と密着性の悪いポリマ材料を選択する必要がある。一般にフッ素を含むポリマ（フッ素化ポリマ）は、Ｃ（炭素）−Ｆ（フッ素）結合が化学的に安定なために界面での化学的結合が起こりにくく、シリコンや酸化シリコンなどの無機物との密着性が極めて弱いことが知られている。従って、下部クラッド層にフッ素を含む樹脂を用いれば、上記剥離工程を容易に実施できる。また、ポリマ材料としてポリイミドを用いれば、ポリイミドは塗布・ベークする際にイミド化と呼ばれる脱水反応が起こり、大きな体積収縮が起こるために大きな引張り応力を膜内に生じ、剥離が生じやすい。従って、下部クラッドにフッ素化ポリイミドを用いれば上記剥離を極めて容易に実施できる。こうした、ポリマ材料を具体的に列挙すれば、例えば、フッ素化ポリイミド、フッ素化ポリカーボネイト、フッ素化アクリル樹脂、テトラフルオロエチレン樹脂などを挙げることが出来る。

次に、あらかじめＶ溝を設けたシリコン基板にポリマを塗布して作製したＶ溝付ポリマ導波路基板において、ファイバとポリマ導波路間で低損失な光結合が得られるための構造上の条件について述べる。

先に述べたように、Ｖ溝を作製した後に光導波路を作製すると、Ｖ溝近傍で下部クラッド層、コア層、クラッド層が薄くなり、導波路の伝播特性やファイバとの結合特性が劣化することが懸念される。しかし、本願発明の実施に際して、ダイシング溝７の幅や位置、Ｖ溝の幅（Ｗ１）（すなわち実装される光ファイバのコアの高さ）、あるいは導波路のコアの高さを所定の範囲内に設定することによって、この劣化を極めて小さく（例えば＜０．１ｄＢ）押さえることが出来る。Ｖ溝近傍の塗布膜厚の変化を考慮した数値計算の結果を図６に示す。

図４は、Ｖ溝付基板にポリマを塗布した時のＶ溝近傍の膜厚変化を示す。本グラフは、Ｖ溝基板にフッ素ポリイミドワニスを塗布して得られた実験データであり、これに基づいて前記の計算を行った。図４の横軸は当該導波路構造の光の進行方向に添った位置を、縦軸は塗布された有機樹脂層の厚さを相対値で示したものである。図４に示されるように、Ｖ溝に近づくに従って膜厚が薄くなるように、膜厚が変化していると、この光導波路を伝播する光の強度分布のピークはＶ溝に近づくに従って下側にシフトする。図５はこの状態を説明する図である。接着層３の上に、第１のクラッド層４、コア層５及び第２のクラッド層６が搭載されるが、前記したようにＶ溝７の近傍７１で、当該光導波路を構成する諸層の厚さが相対的に薄くなる。この位置のシフトによる光結合損失の増加を防ぐためには、導波路端の光強度のピーク７１と光ファイバのコアの中心７２が一致するように光ファイバの位置を下げる。このことは具体的には、シリコン基板１のＶ溝２の幅Ｗ１を広げることである。Ｖ溝２に光ファイバを搭載した場合、Ｖ溝２の幅が広いと、光ファイバの位置は下がる。図５には、光ファイバの高さシフト量がΔと示される。尚、Ｖ溝の幅は、例えば、図１にＷ１として例示される。ここで注意すべきは、端面付近で導波路は下側に曲がっているので、端面での光強度のピークは端面でのコアの中心よりもやや上になることである。従って結合損失を最小にするには、光ファイバのコアの中心が、平坦部の導波路のコアの中心よりも低くかつ端面の導波路のコアの中心より上になるようにＷ１を設定する。

光結合損失が最小となる光ファイバの高さシフト量Δと、ファイバ−導波路間の結合損失の増加の関係の計算例を図６の（ａ）、（ｂ）に示す。図６において、Ｖ溝によるポリマの膜厚変化が無い場合を０ｄＢとしている。図６の横軸はダイシング溝７を形成する時に削除する導波路領域の幅を示し、ｈは平坦部での導波路のコア中心の基板からの高さ（図１（ｂ））を示す。図６の（ａ）は損失が最小となる光ファイバの高さシフト量Δ、図６の（ｂ）は結合損失の増加を例示する。この計算例ではポリマの屈折率を１．５２、コアクラッドの屈折率差を０．４％、コアの大きさを平坦部で６ｘ６μｍとした。光ファイバの高さを調整しても損失増加が残る主原因は、導波路が湾曲しているために導波路から出る光の出射方向が傾きθを有するためである。この傾きは図５にθとして例示した。

この損失増加を小さくするには、ダイシングで削除する導波路領域の幅を大きくしてやれば良い。また、Ｖ溝付近のポリマ層の膜厚は塗布するプロセス条件等によって極めて敏感に変化するので、安定性の観点からもＶ溝近傍の膜厚が急激に変化している領域をできるだけ多く削除したほうが良い。しかし、一方、ダイシング溝の幅を大きくするとファイバのアライメントをするＶ溝と導波路端面の距離が大きくなるために、ファイバの曲がり等による導波路端面でコア位置のブレが大きくなって、結合損失のばらつきが大きくなるという問題が生じる。両者を考えると、削除する導波路領域の幅（Ｗ２）は５０μｍないし１７０μｍ程度が良い。Ｖ溝領域でのＶ溝が浅くなっている部分を削除するためには、Ｖ溝領域をおよそ５０μｍ削除しなければならないことも考えると、ダイシングで形成する溝の幅としては１００μｍ 〜２２０μｍ程度が良い。また、図６の（ａ）から分かるように、ｈが小さいほうが導波路の湾曲が小さくなり損失増加を小さく押さえることができる。たとえば、削除する導波路領域の幅を１００μｍとした場合に、損失増加を０．０５ｄＢ以下と極めて小さくに押さえるにはｈを１５μｍ以下に設定すれば良い。ところが、通常シングルモードの導波路ではファイバとの結合効率などを考慮してコアとクラッドの屈折率差は０．３％〜０．６％に設定されており、このためシリコン基板に光が漏洩して導波路特性が劣化しないようにするためにはすくなくとも１５μｍの下部クラッド層が必要である。従ってｈを１５μｍ以下とすることは困難である。

これに対しては、図７に示すような方策がある。この方策は、ポリマ導波路を下部クラッド層よりも低い屈折率を有する無機膜１０の上に形成して、無機膜８も下部クラッド層の一部として光を閉じ込める構造を用いることで解決できる。尚、図７において、無機層１０以外はこらまで説明したものと同様である。例えば、下部クラッド層に屈折率が１．５程度のポリマを用いた場合には、無機膜１０として酸化シリコン膜（屈折率１．４６）を用いれば、酸化膜とポリマの屈折率差が大きいために酸化膜の膜厚が１μｍ〜２μｍと薄くてもシリコン基板への光の漏洩を防止できる。また、この際に下部クラッド層の厚さが２μｍ以上あれば、導波路を伝播する光のスポット形状は従来構造とほとんど変らずに良好な光結合が得られる。また、この場合は接着層３にも導波路を伝播する光が及んでいることになるが、接着層の厚さをコア層に比べて１桁以上薄く（例えば０．５μｍ以下）に設定すれば、接着層による導波路の光学特性の劣化も十分に小さくすることができる。

以下に本発明の各具体的実施例について述べる。

＜実施例１＞
実施例１に係るＶ溝付導波路基板の構造を図１に、その作製方法を図２、図３に示す。本基板は以下のプロセスで作製した。これらの各図の基本構成は前述した通りである。

先ず、（１、０、０）面を有するシリコンウエハ１に熱酸化シリコン膜１μｍを形成する。フォトレジ工程とドライエッチングによってＶ溝２を形成する領域の酸化シリコン膜を除去する。ＫＯＨ水溶液を用いた通例のシリコン結晶に対する異方性エッチングにより、２つの（１、１、１）面からなるＶ溝２を形成する。エッチングマスクとして用いた酸化シリコン膜はフッ酸水溶液によって除去する（図２（ａ）、図３（ａ））。

Ｖ溝を形成した基板にポリイミドシリコン樹脂のワニス（例えば、日立化成工業（株）製、商品名ＰＩＸシリーズ）をスピン塗布及びベークして接着層３（厚さ０．５μｍ）を基板全面に形成する。通例のホトレジ工程と酸素ガスを用いたドライエッチングによりＶ溝領域の接着層を除去する（図２（ｂ）、図３（ｂ））。

屈折率の異なる２種類のフッ素化ポリイミドのワニス（フッ素化ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸のＮ、Ｎ−ジメチルアセトアミド溶液、例えば日立化成工業（株）製、商品名ＯＰＩシリーズ）を順次塗布及びベークして、下部クラッド層４（ｎ（屈折率）＝１．５２０、ｔ（平坦部の膜厚）＝１５μｍ）、コア層５（ｎ＝１．５２６、ｔ＝６．０μｍ）を形成する（図２（ｃ）、図３（ｃ））。この時、Ｖ溝にワニスが流れ込むために下部クラッド層４、コア層５の膜厚はＶ溝近傍で薄くなった。この状態は図４に例示した通りである。

フォトレジ工程と酸素のドライエッチングによって、コア層５の不用部分を除去して導波路パターンを形成する（図２（ｄ）、図３（ｄ））。この時、Ｖ溝内は塗布膜厚が厚いためにコア層５が残ることも有り得る。再びフッ素化ポリイミドワニスを塗布、ベークして上部クラッド層６（ｎ＝１．５２０、ｔ＝２０μｍ）を設ける（図２（ｅ）、図３（ｅ））。次にダイシング装置を用いて、Ｖ溝領域と導波路領域の境界に溝７を設ける。ここで、溝７の幅（Ｗ２）は１５０μｍとし、Ｖ溝領域が５０μｍ、導波路領域が１００μｍ削除されるように溝の位置を設定した（図２（ｆ）、図３（ｆ））。ウエハをダイシングより素子に切り出すと、Ｖ溝領域のポリマ層は基板との接着強度が弱いためにダイシング直後に自然に剥離してＶ溝が露出した（図２（ｇ）、図３（ｇ））。

作製したＶ溝付光導波路のＶ溝部にコア径１２５μｍのシングルモードファイバを実装、接着して導波路−ファイバ間の結合損失を評価した。様々なＶ溝幅（Ｗ１）に対して結合損失を比較した結果、ファイバのコア中心の高さが基板表面から１７．５μｍ（すなわちΔ＝ｈ−１７．５＝１．０μｍ）となるＶ溝幅（Ｗ１＝１２８．４μｍ）の時に損失が最小になり、この時の結合損失の増加はＶ溝を集積しない場合に比較して０．１ｄＢに押さえることができた。

＜実施例２＞
実施例２に係るＶ溝付導波路基板の構造を図７に示す。本基板は接着層３とシリコン基板１の間に熱酸化シリコン膜１０が設けられていることが実施例１と異なる主な点である。

本基板は以下のプロセスで作製した。まず、実施例１と同様に（１、０、０）面を有するシリコンウエハ１に熱酸化シリコン膜１０（ｔ＝２μｍ）を形成する。フォトレジ工程とドライエッチングによってＶ溝を形成する領域の酸化膜を除去する。ＫＯＨ水溶液を用いた異方性ウエットエッチングにより２つの（１、１、１）面から構成されるアライメントＶ溝２を作製する。実施例１と異なり、エッチングマスクとして用いた酸化シリコン膜１０は基板表面にそのまま残した。基板全面にポリイミドシリコン樹脂のワニスをスピン塗布・ベークして接着層３（厚さ０．５μｍ）を基板全面に設ける。レジスト工程と酸素ガスを用いたドライエッチングによって、Ｖ溝領域の接着層を除去する。屈折率の異なる２種類のフッ素化ポリイミドワニスを順次塗布・ベークして、下部クラッド層４（ｎ＝１．５２０、ｔ＝３．５μｍ）、コア層５（ｎ＝１．５２６、ｔ＝６．０μｍ）を形成する。フォトレジ工程と酸素のドライエッチングによってコア層５の不要部分を除去して光導波路パターンを形成する。再度、フッ素化ポリイミドワニスを塗布・ベークして上部クラッド層６（ｎ＝１．５２０、ｔ＝２０μｍ）を設ける。ダイシング装置を用いて、Ｖ溝領域と導波路領域の境界に溝７を設ける。ここで、溝７の幅（Ｗ２）は１５０μｍとし、Ｖ溝領域が５０μｍ、導波路領域が１００μｍ削除されるように溝の位置を設定した。ウエハをダイシング装置で素子に切り出すと、Ｖ溝領域は基板との接着強度が弱いためにダイシング後に自然に剥離してＶ溝が露出した。

作製したＶ溝付光導波路部材のＶ溝部にコア径１２５μｍのシングルモードファイバを実装、接着して導波路とファイバ間の結合損失を評価した。様々なＶ溝幅に対して結合損失を比較した結果、光ファイバの高さが酸化シリコン表面から約６．６μｍ（すなわちΔ＝ｈ−６．７＝０．４μｍ）となるＶ溝幅（Ｗ１＝１４１．０μｍ）の時に損失が最小となり、Ｖ溝を集積しない場合に対する損失増加は０．０５ｄＢと極めて小さくすることができた。また、導波路は波長１．３μｍで０．３ｄＢ／ｃｍの良好な導波路特性を示した。

上記実施例１及び２では、接着層としてシリコンや酸化シリコンとの密着性が高いポリイミドシリコン樹脂を特に用いたが、接着層としてはアルミニウム、チタン、ジルコニウムなどの有機金属化合物を用いても良い。有機金属化合物の膜の形成方法としては、各種金属のキレート溶液やエステル溶液をスピン塗布する方法などが適用できる。また、これらの有機金属化合物とフッ素を含まないポリマ（通常のポリイミド、ポリイミドシリコン樹脂など）の複合層を接着層に用いれば、光導波路部ではさらに強く信頼性の高い接着強度を実現できる。これらの接着層をエッチングする手段としては、酸素ガスを用いたドライエッチングの他にアルカリ溶液やフッ酸溶液を用いたウエットエッチングが使用できる。また、上記実施例ではポリマ導波路、ファイバがシングルモードの場合にたいして特に実施したが、導波路、ファイバがマルチモードの場合に対しても同様に実施可能なことは言うまでもない。

また、上記光導波路は、下部クラッド層４を有する埋込み型の導波路に対して実施したが、図８に示すようなポリマからなる下部クラッドを有さず、無機膜１０を下部クラッドとして用いた光導波路に対しても同様に実施可能なことは言うまでもない。また、Ｖ溝の形状としては必ずしも溝の底が尖るまでエッチングを行う必要はなく、セットする光ファイバが底にあたらない程度にエッチングされていれば、図８に示すような形状であっても支障ないことも言うまでもない。こうしたＶ溝２の形状は本実施例に限ることなく、設計上必要に応じて本願発明に用いることが出来ることは言うまでもない。

＜実施例３＞
本願発明の第３の実施例は１×２スプリッタモジュールの例である。この例の斜視図を図９に示す。これまでの実施例と同様の部分は同じ符号で示した。

本１×２スプリッタモジュールは以下の手順で作製した。実施例１と同様な方法によって、シリコン基板１にＶ溝２−１〜２−３を形成する。ここで各Ｖ溝の幅は１２８．４μｍとして、実装する光ファイバのコアの中心の高さが基板表面から１７．５μｍになるように設定した。

こうして準備したシリコン基板１にアルミニウムキレート溶液（例えば、日立化成工業（株）製、商品名ＰＩＱ−Ｃｏｕｐｌｅｒ）をスピン塗布及びベークし、さらにフッ素を含まない通常のポリイミド（例えば、日立化成工業（株）製、商品名ＰＩＱ）を塗布して有機アルミニウム酸化膜（約３０ｎｍ）とポリイミド（０．５μｍ）からなる接着層３を基板全面に設ける。通例のフォトレジ工程とドライエッチング、フッ酸系のウエットエッチングによりＶ溝領域３１の接着層を除去する。屈折率の異なる２種類のフッ素化ポリイミドワニスを順次塗布、ベークして、下部クラッド層４（ｎ＝１．５２０、ｔ＝１５μｍ）、コア層５（ｎ＝１．５２６、ｔ＝６．０μｍ）を形成する。通例のフォトレジ工程と酸素のドライエッチングによって、コア層の不用部分を除去して、所望形状のＹ分岐パターンを形成する。

再びフッ素化ポリイミドワニスを塗布・ベークして上部クラッド層６（ｎ＝１．５２０、ｔ＝２０μｍ）を設ける。ダイシング装置を用いて、Ｖ溝領域と導波路領域の境界に溝７−１〜７−２を設ける。ここで、溝の幅は１５０μｍとし、Ｖ溝領域が５０μｍ、導波路領域が１００μｍ削除されるように溝の位置を設定した。ウエハをダイシングより素子に切り出すと、Ｖ溝領域は基板との接着強度が弱いためにダイシング後に自然に剥離してＶ溝が露出した。作製したＶ溝付光導波路のＶ溝部に３本のコア径１２５μｍのシングルモードファイバ８−１〜８−３を実装し、ＵＶ接着剤にて固定して光スプリッタモジュールを完成した。

スプリッタモジュールの損失（ファイバ８−１と８−２の間または８−１と８−３の間の損失）は４．０ｄＢ以下と良好な特性が得られた。

＜実施例４＞
本例は、別な１×２光スイッチの例である。本願発明の光導波路部材はこうした用途にも当然用いることが出来る。本発明に係る１×２光スイッチ構造の斜視図を図１０に示す。本光スイッチの基本構成は、実施例３で作製した１×２光スプリッタのポリマ導波路表面に一対の薄膜ヒータ１１−１、１１−２を設けた例である。前記の一対の加熱手段は分岐した光導波路の各々に対応して設けられる。薄膜ヒータとしては、例えばＣｒ（厚さｔ＝０．３μｍ）を用いることが出来る。

この加熱手段によって、分岐した光導波路の各々の光学特性を制御し、各光導波路の光強度を制御するものである。例えば、ＩＮから光を入射した状態でヒータ１１−１に電流を流すと、ヒータ直下の導波路の屈折率が低下するために、ＯＵＴ２の光出力が増加し、ＯＮ、ＯＵＴ１の光出力が減少しＯＦＦとなる。また、ヒータ１１−２に電流を流すとＯＵＴ１の光出力が増加しＯＮ、ＯＵＴ２の光出力が減少しＯＦＦとなる。ヒータ電力を１５０ｍＷで動作させた時の消光比は２５ｄＢ以上、ＯＮ側の損失は１．５ｄＢであり良好なスイッチ特性が得られた。

＜実施例５＞
本例は、光送信（または光受信）モジュールの例である。本願発明の光導波路部材はこうした用途にも当然用いることが出来る。本願発明に係る光送信（または光受信）モジュールの構造の斜視図を図１１に示す。

本モジュールは以下のプロセスで作製した。前実施例と同様な方法でシリコンウエハ１にＶ溝２を形成する。さらに基板表面に光導波路の下部クラッド層並びに電極の絶縁膜として作用する熱酸化シリコン膜１０（ｔ＝１．０μｍ）を設ける。ここで、Ｖ溝の幅は１４０．２μｍとして実装するファイバのコア中心の高さが酸化シリコン膜表面から８．１μｍになるように設定した。更に、酸化シリコン膜１０上に半導体素子を実装する時に用いるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極１２を設ける。

こうして準備したシリコン基板１全面にポリイミドシリコン樹脂のワニスをスピン塗布及びベークして接着層３（厚さ０．５μｍ）を基板全面に形成する。次いで、通例のフォトレジ工程とドライエッチングによって、Ｖ溝領域３１の接着層を除去する。屈折率の異なる２種類のフッ素化ポリイミドワニスを順次塗布及びベークして、下部クラッド層４（ｎ＝１．５２０、ｔ＝５．０μｍ）、コア層５（ｎ＝１．５２６、ｔ＝６．０μｍ）を形成する。フォトレジ工程と酸素のドライエッチングによって、コア層５の不要部分を除去する。再びフッ素化ポリイミドワニスを塗布及びベークして上部クラッド層６（ｎ＝１．５２０、ｔ＝２０μｍ）を設ける。ドライエッチングを用いて、光学部材を搭載する搭載部３２のポリマ導波路を完全に除去して電極１２を露出する。ダイシング装置を用いて、Ｖ溝領域と導波路領域の境界に溝７を設ける。ここで、溝７の幅は１５０μｍとし、Ｖ溝領域が５０μｍ、導波路領域が１００μｍ削除されるように溝の位置を設定した。ウエハをダイシングより導波路素子に切り出すと、Ｖ溝領域のポリマ層は基板との接着強度が弱いために剥離してＶ溝が露出した。

作製した基板の電極１２にＡｕＳｎ半田を用いて半導体レーザ１３を実装し、Ｖ溝２にシングルモードファイバを実装・接着して光送信モジュールを作製した。

本送信モジュールは、室温３０ｍＡで２ｍＷ以上の良好な光出力を示した。また、作製した基板の電極１２にＡｕＳｎ半田を用いて導波路型のフォトダイオード１３を実装し、Ｖ溝にシングルモードファイバを実装・接着して光受信モジュールを作製した。本受信モジュールは０．８Ａ／Ｗ以上の良好な受信感度を示した。

＜実施例６＞
本例は、更に多数の光ファイバを搭載したモジュールの例である。本発明に係る光送信（または光受信）モジュール用導波路基板の構造の斜視図を図１２に示す。本基板の、例えばＶ溝２−１〜２−４に４本の光ファイバアレイを実装することで、並列光伝送（４ｃｈ）を使用する光インタコネクション用送信（または受信）モジュールを実現できる。更に、本願発明が多数のチャネルを有する光モジュ−ルに適用できることは言うまでもない。本導波路基板及びモジュールは実施例５と同様な方法で作製できるので、その詳細説明は省略する図１２では、他の実施例におけるものと同様の部品は同じ符号で示した。

＜実施例７＞
本例は、波長多重を用いた双方向光トランシーバモジュールの例である。本願発明に係る波長多重を用いた双方向光トランシーバモジュールの例の斜視図を図１３に示す。

本モジュールの例は、光信号を送信するための波長１．３μｍの半導体レーザ１５、光出力をモニタするためのモニタ用導波路型フォトダイオード１６、波長１．５μｍの信号を受信するための導波路型フォトダイオード１７を有する。更に、ポリマの光導波路端面には波長１．３μｍと１．５μｍの光を合分波するための多層膜フィルタ１４が蒸着されている。光ファイバ８より入射した波長１．５μｍの光信号は多層膜フィルタ１４を透過し、フォトダイオード１７によって受信される。一方、半導体レーザ１５が発する波長１．３μｍの光信号は多層膜フィルタ１４で反射されて光ファイバ８から出力される。

本光モジュールは以下の手順で作製した。前実施例と同様に、シリコン基板１にＶ溝２を形成し、基板表面に熱酸化シリコン膜１０（１．５μｍ厚）を設ける。ここで各Ｖ溝の幅は１４１．８μｍとして、実装するファイバのコア中心の高さが酸化膜表面から６．５μｍになるように設定した。更に、半導体素子を実装する際に用いるＣｒ／Ａｕ電極１２−１〜−３を設ける。前実施例と同様にポリイミドシリコン樹脂からなる接着層３（厚さ０．５μｍ）を導波路領域に設ける。屈折率の異なる２種類のフッ素化ポリイミドワニスを順次塗布・ベークして、下部クラッド層４（ｎ＝１．５２０、ｔ＝３．３μｍ）、コア層５（ｎ＝１．５２６、ｔ＝６．０μｍ）を形成する。通例のフォトレジ工程と酸素のドライエッチングによって、コア層５の不要部分を除去して、Ｖ字形状の導波路パターンを形成する。再びフッ素化ポリイミドワニスを塗布・ベークして上部クラッド層６（ｎ＝１．５２０、ｔ＝１５μｍ）を設ける。ドライエッチングを用いて、素子を搭載する部分のポリマ導波路を完全に除去し、電極１２−１〜１２−３を露出する。ダイシング装置を用いてＶ溝領域と導波路領域の境界に溝７を設ける。ここで、溝７の幅は１５０μｍとし、Ｖ溝領域が５０μｍ、導波路領域が１００μｍ削除されるように溝の位置を設定した。ウエハをダイシングより導波路素子に切り出すと、Ｖ溝領域のポリマ層は基板との接着強度が弱いために剥離してＶ溝が露出した。導波路端面に真空蒸着によって多層膜フィルタ１４を蒸着し、電極１２−１に波長１．３μｍの半導体レーザ１５、電極１２−２にモニタ用導波路型フォトダイオード１６、電極１２−３に受光波長１．５μｍの導波路型フォトダイオード１７をそれぞれＡｕＳｎ半田を用いて実装し、Ｖ溝２に光ファイバ８を接着した。

作製したモジュール（送信波長１．３μｍ／受信波長１．５μｍ）の光出力はレーザ電流３０ｍＡで２ｍＷであり、受光感度は０．７Ａ／Ｗと良好な特性が得られた。半導体レーザ１５の発光波長を１．５μｍ、フォトダイオード１７の受光波長を１．３μｍとして、多層膜フィルタ１４に１．５μｍを反射し１．３μｍを透過するものを用いることで同様に送信波長１．５μｍ／受信波長１．３μｍの光トランシーバモジュールも作製した。試作したモジュールの光出力はレーザ電流３０ｍＡで１．５ｍＷであり、受光感度は０．６Ａ／Ｗと良好な特性が得られた。

作製した２種類のトランシーバモジュールを用いて構成した光通信装置の例を図１４に示す。図１４において、符号１８は本願発明に係る１．３μｍ波長帯域の送信及び１．５μｍ波長帯域の受信が可能なる波長多重双方向光送受信モジュールであり、電気信号１８２に基づき、送受信回路１８１によって制御される。符号１９は本願発明に係る１．５μｍ波長帯域の送信及び１．３μｍ受信が可能なる波長帯域波長多重双方向光送受信モジュールであり、電気信号１９２に基づき、送受信回路１９１によって制御される。両波長多重双方向光送受信モジュール１８、１９は光ファイバ２０でつながれている。本装置は６００Ｍｂｉｔ／ｓの信号をファイバ長１５ｋｍ以上まで双方向にエラフリーで伝送することが出来た。

＜実施例８＞
本例は、波長多重光送信モジュールの例である。本願発明に係る波長多重光送信モジュールの例の斜視図を図１５に示す。本モジュールは、波長が異なる４つのＤＦＢレーザ２１−１〜２１−４を有し、各レーザから出る４波の光信号がポリマ導波路から成る１×４合波器によって合波されて、Ｖ溝２に固定される光ファイバから出力される。

本モジュールは以下の手順で作製した。前実施例と同様な方法でシリコン基板にＶ溝２を形成し、基板表面に熱酸化シリコン膜１０（１．０μｍ厚）を設ける。ここで各Ｖ溝の幅は１４１．１μｍとして、実装するファイバのコア中心の高さが酸化膜表面から７．５μｍになるように設定した。更に、ＤＦＢレーザを実装する際に用いるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を熱酸化膜状に設ける。基板全面にジルコニアキレートの溶液とフッ素を含まないポリイミドをそれぞれスピン塗布・ベークして有機ジルコニア酸化物とポリイミドからなる接着層３（厚さ０．５μｍ）を基板全面に設ける。ホトレジ工程とドライエッチングによってＶ溝領域３１の接着層を除去する。屈折率の異なる２種類のフッ素化ポリイミドワニスを順次塗布・ベークして、下部クラッド層４（ｎ＝１．５２０、ｔ＝４．３μｍ）、コア層５（ｎ＝１．５２６、ｔ＝６．０μｍ）を形成する。フォトレジ工程と酸素のドライエッチングによってコア層の不要部分を除去して、１×４合分波器のパターンを形成する。再びフッ素化ポリイミドワニスを塗布・ベークして上部クラッド層６（ｎ＝１．５２０、ｔ＝２０μｍ）を設ける。ドライエッチングを用いて、素子を搭載する部分のポリマ導波路を完全に除去して搭載部の電極を露出する。ダイシング装置を用いて、Ｖ溝領域と導波路領域の境界に溝７を設ける。ここで、溝７の幅は１５０μｍとし、Ｖ溝領域が５０μｍ、導波路領域が１００μｍ削除されるように溝の位置を設定した。ウエハをダイシングより導波路素子に切り出すと、Ｖ溝領域のポリマ層は基板との接着強度が弱いために剥離してＶ溝が露出した。

作製した基板に発光波長が異なる４つのＤＦＢレーザ２１−１〜２１−４（波長：１２８０ｎｍ 、１３００ｎｍ 、１３２０ｎｍ 、１３４０ｎｍ）を実装し、Ｖ溝２に光ファイバをＵＶ接着剤で固定した。作製した光モジュールを用いて通信装置を作製した。図１６はこの状態を示す図である。本発明に係る異なる４つの波長の発信が可能な波長多重光送信モジュール２２は、電気信号２２２に基づく駆動回路２２１によって制御される。例えば、２．５Ｇｂｉｔ／ｓ×４ｃｈの信号は、本発明に係る波長多重光送信モジュール２２にて４波長の波長多重信号に変換され、光ファイバ２０を伝送する。この波長多重光送信モジュール２２からの信号は波長分波器２３によって４波長に分波され、各波長の光信号を受信モジュール２４−１、２４−２、２４−３、及び２４−４で電気信号に変換する。電気信号系は、受信回路２４１にて所望回路に電気信号２４２として伝達される。本通信システムはファイバ長１０ｋｍ以上までエラフリーで動作した。

以上、諸実施例をもって説明したように、本願発明によって、光ファイバと低損失な光結合が得られるファイバアライメントＶ溝付ポリマ導波路基板が提供できる。本導波路基板を用いることで光モジュールの低コスト化並びに高性能化が達成できる。

図１は、本願発明の光導波路部材の代表的な例を示す図であり、その（ａ）は斜視図、その（ｂ）は断面図である。 図２は本願発明に係る光導波路部材の製造方法を説明する図である。 図３は製造方法を説明する図２に対応した断面図である。 図４はＶ溝付シリコン基板にポリマを塗布した時のポリマの膜厚分布を示す図である。 図５は本願発明に係るＶ溝付ポリマ導波路基板において、光導波路の光の伝播の状態（光強度分布）を説明する図である。 図６は本願発明におけるＶ溝付ポリマ導波路基板において、ファイバと光導波路の結合損失を最小にするシフト量と得られる結合損失の関係例を示す図である。 図７は本願発明に係るＶ溝付ポリマ導波路基板の例を示す斜視図である。 図８は本願発明に係るＶ溝付ポリマ導波路基板の別な例を示す斜視図である。 図９は本願発明に係る光スプリッタモジュールの例を説明する斜視図である。 図１０は本願発明に係る光スイッチモジュールの例を説明する斜視図である。 図１１は本願発明に係る光送信（または光受信）モジュールの例を説明する斜視図である。 図１２は本願発明に係る光送信（または光受信）モジュールの別な例を説明する斜視図である。 図１３は本願発明に係る波長多重双方向光トランシーバモジュールの例を説明する斜視図である。 図１４は本願発明に係る波長多重双方向光トランシーバモジュールを用いた光通信装置の例を示す図である。 図１５は本願発明に係る波長多重光送信モジュールの例を説明する斜視図である。 図１６は本願発明に係る波長多重光送信モジュールを用いた光通信装置の例を示す図である。

符号の説明

１…シリコン基板、２…ファイバアライメント用Ｖ溝、３…接着層、４…下部クラッド層、５…コア層、６…上部クラッド層、７…ダイシング溝、８…ファイバ、９…ファイバのコア、１０…無機膜（熱酸化シリコン膜）、１１…薄膜ヒータ、１２…電極、１３…半導体レーザまたは導波路型フォトダイオード、１４…多層膜波長フィルタ、１５…半導体レーザ、１６…モニタ用導波路型フォトダイオード、１７…導波路型フォトダイオード、１８…本発明に係る波長多重双方向光送受信モジュール、１９…本発明に係る波長多重双方向光送受信モジュール、２０…光ファイバ、２１…ＤＦＢレーザ、２２…本発明に係る波長多重光送信モジュール、２３…波長分波器、２４…受信モジュール。

Claims (13)

1. シリコン基板上の一部の領域に、コアまたはクラッドがポリマ材から構成される光導波路が設けられ、
   シリコン基板上の他の領域に、前記光導波路に光ファイバを位置決め固定するためのＶ字型の第１の溝が設けられ、
   前記Ｖ字型の第１の溝と前記光導波路との境界に前記Ｖ字型の第１の溝と垂直な方向に伸びる第２の溝がさらに設けられ、
   前記光導波路を構成する下部クラッドの膜厚が、前記境界近傍で他の部分よりも薄くなっており、このことにより、前記Ｖ字型の第１の溝に光ファイバを実装した時に、前記光ファイバのコアの中心の高さが前記境界から離れた箇所での前記光導波路のコアの中心の高さよりも低く、かつ光ファイバと光導波路の間で高効率な光結合が得られる高さになるように、前記第１の溝の形状が設定されて、前記光導波路の一端部と前記光ファイバの一端部とが光学的に結合されることを特徴とする光導波路部材。
2. Ｖ字型溝部と、第２の溝部と、前記Ｖ字型溝部の延在方向に、第２の溝部を挟んで前記Ｖ字型溝部と対向した平坦な領域と、を有するシリコン基板と、
   前記平坦な領域の上部に、当該光導波路のコア層を構成する第１のポリマ層、及び当該光導波路の下部クラッド層を構成する第２のポリマ層と、を少なくとも有し、
   前記第２のポリマ層は前記平坦な領域の前記Ｖ字型溝部と対向する端面の近傍でその厚さが減少しており、このことにより、前記Ｖ字型溝部に光ファイバを実装した時に、前記光ファイバのコアの中心の高さが、前記Ｖ字型溝から離れた膜厚がおよそ平坦な個所での光導波路のコアの中心の高さよりも低く、かつ光ファイバと光導波路の間で高効率な光結合が得られる高さになるように、前記Ｖ字型溝部の形状が設定されて、前記光導波路の一端部と前記光ファイバの一端部とが光学的に結合されることを特徴とする光導波路部材。
3. Ｖ字型溝部と、第２の溝部と、前記Ｖ字型溝部の延在方向に、前記第２の溝部を挟んで前記Ｖ字型溝部と対向した平坦な領域と、を有するシリコン基板と、
   前記平坦な領域の上部に、接着材の層、下部クラッド層を構成する第２のポリマ層、コア層を構成する第１のポリマ層、及び上部クラッド層を構成する第３のポリマ層と、を有する光導波路と、を有し、
   前記第２及び第３の各ポリマ層は前記平坦な領域のＶ字型溝部と対向する端面の近傍でその厚さが減少しており、このことにより、前記Ｖ字型溝部に光ファイバを実装した時に、前記光ファイバのコアの中心の高さが、前記Ｖ字型溝から離れた膜厚がおよそ平坦な個所での光導波路のコアの中心の高さよりも低く、かつ光ファイバと光導波路の間で高効率な光結合が得られる高さになるように、前記Ｖ字型溝部の形状が設定されて、前記光導波路の一端部と前記光ファイバの一端部とが光学的に結合されることを特徴とする光導波路部材。
4. 前記第２のポリマ層としてフッ素化ポリイミドを用い、前記接着材の層として、ポリイミドシリコーン、有機金属酸化膜、フッ素を含まないポリイミド、またはこれらの複合膜を用いることを特徴とする請求項３に記載の光導波路部材。
5. ポリマ材を用いたコア層および下部クラッドとを有する光導波路と、前記光導波路に対して光ファイバを位置決め固定するためのＶ字型の第１の溝と、前記光導波路の一端部と前記第１の溝の先端の間に位置し、かつ、前記第１の溝の長手方向と直交する方向に延在する第２の溝をシリコン基板上に有し、
   下部クラッドの膜厚が前記光導波路の一端部およびその近傍において他の部分よりも薄くなることによって、前記光導波路の一端部およびその近傍において前記シリコン基板表面から前記コア中心までの高さが他の部分に比べて小さく、かつ、前記Ｖ字型の第１の溝に光ファイバを実装した時に、光ファイバと光導波路の間で高効率な光結合が得られる高さになるように、前記Ｖ字型の第１の溝の形状が設定されて、前記光導波路の一端部と前記光ファイバの一端部とが光学的に結合される光導波路部材の製造方法であって、次の工程を有する光導波路部材の製造方法。
   （a）前記シリコン基板に前記Ｖ字型の第１の溝を形成し、その後に、前記Ｖ字型の第１の構内部を含めた、かつ、前記シリコン基板上の全面にポリマのワニスを塗布、ベークして前記下部クラッド層および前記コア層を形成すると共に、前記Ｖ字型の近傍の前記下部クラッド層および前記コア層の前記シリコン基板表面からの厚みは前記Ｖ溝から離れた部分の前記下部クラッド層および前記コア層の前記シリコン基板からの厚みよりもそれぞれ薄くなるように、前記Ｖ字型の第１の溝近傍の前記下部クラッド層および前記コア層を形成する。
   （b）前記コア層をパターニングして導波路パターンを形成する。
   （c）前記（a）および前記（b）の工程の後に、前記第２の溝を形成する工程と前記Ｖ字型の第１の溝のある領域の前記下部クラッド層および前記コア層を除去する工程を行う。
6. ポリマ材を用いたコア層および下部クラッドとを有する光導波路と、前記光導波路に対して光ファイバを位置決め固定するためのＶ字型の第１の溝と、前記光導波路の一端部と前記Ｖ字型の第１の溝の先端の間に位置し、かつ、前記Ｖ字型の第１の溝の長手方向と直交する方向に延在する第２の溝をシリコン基板上に有し、下部クラッドの膜厚が前記光導波路の一端部およびその近傍において他の部分よりも薄くなることによって、前記光導波路の一端部およびその近傍において前記シリコン基板表面から前記コア中心までの高さが他の部分に比べて小さくなっており、
   前記Ｖ字型の第１の溝に前記光ファイバを実装した時、前記光導波路の一端部と前記光ファイバの一端部とが光学的に結合するものであり、かつ、次の工程を有する光導波路部材の製造方法。
   （a）前記シリコン基板に前記Ｖ字型の第１の溝を形成し、その後に、前記Ｖ字型の第１の溝内部を含めた、かつ、前記シリコン基板上の全面にポリマのワニスを塗布、べ−クして前記下部クラッド層および前記コア層を形成すると共に、前記Ｖ字型の第１の溝近傍の前記下部クラッド層および前記コア層の前記シリコン基板表面からの厚みは前記Ｖ字型の第１の溝から離れた部分の前記下部クラッド層および前記コア層の前記シリコン基板からの厚みよりもそれぞれ薄くなるように、前記Ｖ字型の第１の溝近傍の前記下部クラッド層および前記コア層を形成する。
   （b）前記コア層をパターニングして導波路パターンを形成する。
   （c）前記（a）および前記（b）の工程の後に、前記第２の溝を形成する工程と前記第１の溝のある領域の前記下部クラッド層および前記コア層を除去する工程を行う。
7. ポリマ材を用いたコア層および下部クラッドとを有する光導波路と、前記光導波路に対して光ファイバを位置決め固定するためのＶ字型の第１の溝と、前記光導波路の一端部と前記Ｖ字型の第１の溝の先端の問に位置し、かつ、前記Ｖ字型の第１の溝の長手方向と直交する方向に延在する第２の溝をシリコン基板上に有し、
   前記コアおよび下部クラッドの膜厚が前記光導波路の一端部およびその近傍において他の部分よりも薄くなることによって、前記光導波路の一端部およびその近傍において前記シリコン基板表面から前記コア中心までの高さが他の部分に比べて小さくなっており、
   前記Ｖ字型の第１の溝に前記光ファイバを実装した時、前記光導波路の一端部と前記光ファイバの一端部とが光学的に結合する光導波路部材の製造方法であって、次の工程を有する光導波路部材の製造方法。
   （a）前記シリコン基板に前記Ｖ字型の第１の溝を形成し、前記Ｖ字型の第１の溝およびその両側を除く領域であって、かつ、前記前記Ｖ字型の第１の溝よりも前記光導波路寄りの部分にシリコン基板とポリマ材との接着力を強める接着層を設ける工程。
   （b）前記（a）の工程の後に、前記Ｖ字型の第１の溝の内部を含めた、かつ、前記シリコン基板上または前記接着層上の全面にポリマのワニスを塗布、ベークして前記下部クラッド層および前記コア層を形成すると共に、前記Ｖ字型の第１の溝近傍の前記下部クラッド層および前記コア層の前記シリコン基板表面からの厚みは前記Ｖ字型の第１の溝から離れた部分の前記下部クラッド層および前記コア層の前記シリコン基板からの厚みよりもそれぞれ薄くなるように、前記Ｖ字型の第１の溝近傍の前記下部クラッド層および前記コア層を形成する。
   （c）前記コア層をパターニングして導波路パターンを形成する。
   （d）前記（a）乃至前記（c）の工程の後に、前記第２の溝を形成する工程と前記第１の溝のある領域の前記下部クラッド層および前記コア層を除去する工程を行う。
8. 前記シリコン基板上に熱酸化シリコン膜が設けられていることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一に記載の光導波路部材の製造方法。
9. シリコン基板上の一部に光導波路が設けられ、
   前記光導波路のコアおよび下部クラッドはポリマ材で構成され、
   前記光導波路に対して光ファイバを位置決め固定するためのＶ字型の第1の溝と、
   前記光導波路の一端部と前記Ｖ字型の第1の溝の先端の間に位置し、かつ、前記Ｖ字型の第１の溝の長手方向と直交する方向に延在する第２の溝とが前記シリコン基板に設けられ、
   前記下部クラッドの膜厚は前記光導波路の一端部近傍で他の部分よりも薄くなっており、このことによって、前記第1の溝に前記光ファイバを実装した時の前記光ファイバのコアの中心の高さが、前記膜厚が薄くなっている光導波路の一端部近傍から離れた箇所であって、かつ、前記膜厚がおよそ平坦な箇所での前記光導波路のコアの中心の高さよりも低く、且つ、光ファイバと光導波路の間で高効率な光結合が得られる高さになるように、前記Ｖ字型の第１の溝の形状が設定されて、前記光導波路の一端部と前記光ファイバの一端部とが光学的に結合されていることを特徴とする光導波路部材。
10. 前記シリコン基板上表面に無機材料膜を有し、前記無機材料膜上に前記光導波路が設けられ、前記無機材料膜が前記下部クラッド層として作用することを特徴とする請求項９記載の光導波路部材。
11. 前記シリコン基板と前記光導波路との間又は前記無機材料膜と前記光導波路との間に、前記ポリマ材と前記シリコン基板との密着性を向上する接着層を有することを特徴とする請求項９乃至１０のいずれか一に記載の光導波路部材。
12. 前記第２の溝の幅は１００μｍ〜２２０μｍであることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一に記載の光導波路部材。
13. 請求項９乃至１２記載のいずれか一に記載の光導波路部材の前記Ｖ字型の第１の溝には光ファイバが固定されていることを特徴とする光モジュール。

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