JP6797725B2 - 光入出力端子及び作製方法 - Google Patents

Description

本開示は、光入出力端子及びその作製方法に関する。

伝送容量を飛躍的に向上させるマルチコアファイバの研究が盛んに行われている。マルチコアファイバは入出力端面に複数のコアが２次元配置された構造を有しているため、マルチコアファイバから光部品への接続が必要となる。そのため、例えば図１に示すように、マルチコア配列に相対する位置に導波路コア１１−１〜１１−７が配置された入力端を有し、光部品６に結合する一次元配列導波路に相対する出力端とを有する光入出力端子１０が提案されている（特許文献１参照。）。

しかしながら、マルチコアファイバ２０は、コアと、クラッドから構成され、各々のコアの間隔は５μｍ〜５０μｍ程度である。特許文献１の光入出力端子１０は、コアの数だけ導波路層が必要となるため、導波路コア１１−１〜１１−７の形成、コアパターンエッチング、クラッド形成、クラッド上部平坦化の各工程をコア数だけ繰り返す必要がある。そのため、工程が煩雑となる問題があった。

特開２０１３−０７６９８９３号公報

前記課題を解決するために、本開示は、複数のコアを有する光導波路の製造を容易にすることを目的とする。

本開示の光入出力端子の作製方法は、
基板上に第１のアンダークラッド層を堆積し、前記基板から導波路コアまでの距離に応じた大きさの溝を前記第１のアンダークラッド層の上面に形成する第１のアンダークラッド層形成工程と、
第１のアンダークラッド層の前記溝が埋まるように第２のアンダークラッド層を堆積する第２のアンダークラッド層形成工程と、
前記第２のアンダークラッド層の上にコア層を堆積し、前記導波路コアの径に合わせてコア層をエッチングすることで前記導波路コアを形成するコア層形成工程と、
前記第２のアンダークラッド層及び前記導波路コアの上に第１のオーバークラッド層を堆積する第１のオーバークラッド層形成工程と、
を順に備える。

本開示の光入出力端子の作製方法では、
前記コア層形成工程において、入出力端の径のうちの最大径の厚さにコア層を堆積し、前記導波路コアの入出力端の径に合わせてコア層をエッチングし、
前記第１のオーバークラッド層形成工程において、前記基板から前記導波路コアまでの距離に応じた大きさの溝を前記第１のオーバークラッド層の上面に形成し、
前記第１のオーバークラッド層形成工程の後に、
前記第１のオーバークラッド層の前記溝が埋まるように第２のオーバークラッド層を堆積し、前記基板からの高さが略等しい第２のオーバークラッド層を形成する第２のオーバークラッド層形成工程と、
前記導波路コアの端面における径に合わせてコア層をエッチングすることで前記導波路コアを形成する第１及び第２のオーバークラッド層除去工程と、
前記第２のアンダークラッド層及び導波路コアの上に第３のオーバークラッド層を堆積する第３のオーバークラッド層形成工程と、
をさらに有する。

本開示の光入出力端子は、
基板と、
前記基板に略平行な面の少なくとも一部に溝が形成されている第１のアンダークラッド層と、
前記溝の内側及び前記第１のアンダークラッド層の上に堆積されている第２のアンダークラッド層と、
前記第２のアンダークラッド層の上に配置され、前記基板からの距離が前記溝の形状に応じて異なる導波路コアと、
第２のアンダークラッド層及び導波路コアの上に堆積されている第１のオーバークラッド層と、
を備える。

本開示によれば、複数のコアを有する光導波路の製造を容易にすることができる。

本開示に係る光入出力端子の接続の一例を示す。 本開示に係る光入出力端子に備わる第１の入出力端面の一例を示す。 本開示に係る光入出力端子に備わる第２の入出力端面の一例を示す。 マルチコアファイバの光出射断面の模式図である。 各導波路コアの断面の一例を示す。 第１のアンダークラッド層に形成されている溝の形状の一例を示す。 第１の実施形態に係る光入出力端子の作製方法の説明図である。 本開示に係る光入出力端子に備わる第１の入出力端面の別例を示す。 第２の実施形態に係る光入出力端子の作製方法の説明図である。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施形態）
本開示の光入出力端子は、図１に示すように、導波路コアの配置の異なる第１の入出力端面及び第２の入出力端面を備える。図２及び図３に、光入出力端子１０に備わる第１の入出力端面ＰＦ１０及び第２の入出力端面ＰＣ１０の一例を示す。第１の入出力端面ＰＦ１０は、マルチコアファイバに接続可能な位置にコアが配置されている。本実施形態では、一例として、マルチコアファイバ２０のコア数が７つの三角配置型のマルチコアファイバである場合を示す。第２の入出力端面ＰＣ１０は、マルチコアファイバ２０と光入出力端子１０を介して接続するＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ）などの任意の光部品６に接続可能な位置に導波路コア１１−１〜１１−７が配置されている。

第１の入出力端面ＰＦ１０には、図４に示すマルチコアファイバ２０に備わるコア２１−１〜２１−７の位置と同じ位置に導波路コア１１−１〜１１−７が配置され、第２の入出力端面ＰＣ１０には直列に導波路コア１１−１〜１１−７が配列されている場合を示す。

本実施形態では、光入出力端子１０の側面ＰＳ１０に基板１３が配置されている。第１の入出力端面ＰＦ１０における基板１３から各導波路コア１１−１〜１１−７までの距離Ｄ１１−１〜Ｄ１１−７は、マルチコアファイバ２０の断面における所定の面ＰＳ２０から各コア２１−１〜２１−７までの距離Ｄ２１−１〜Ｄ２１−７と等しい。ここで、所定の面ＰＳ２０は、コア２１−１〜２１−７の長手方向と平行な基板１３の位置の内側に相当する仮想的な平面である。各導波路コア１１−１〜１１−７の相対位置は各コア２１−１〜２１−７の相対位値と同じになるように配置されている。

図５（ａ）〜図５（ｇ）に、各導波路コア１１−１〜１１−７の断面図の一例を示す。光入出力端子１０は、基板１３と、第１のアンダークラッド層１２ａと、第２のアンダークラッド層１２ｂと、導波路コア１１−１〜１１−７と、第１のオーバークラッド層１２ｃと、を備える。

第１のアンダークラッド層１２ａは、基板１３に略平行な面の少なくとも一部に溝が形成されている。第２のアンダークラッド層１２ｂは、溝の内側及び第１のアンダークラッド層１２ａの上に堆積されている。導波路コア１１−１〜１１−７は、第２のアンダークラッド層１２ｂの上に配置され、基板１３からの距離が溝の形状に応じて異なる。第１のオーバークラッド層１２ｃは、第２のアンダークラッド層１２ｂ及び導波路コア１１−１〜１１−７の上に堆積されている。

図６に、第１のアンダークラッド層１２ａの上面図の一例を示す。図５（ａ）は図６に示すＡ−Ａ’断面に相当し、図５（ｂ）は図６に示すＢ−Ｂ’断面に相当し、図５（ｃ）は図６に示すＣ−Ｃ’断面に相当し、図５（ｄ）は図６に示すＤ−Ｄ’断面に相当し、図５（ｅ）は図６に示すＥ−Ｅ’断面に相当し、図５（ｆ）は図６に示すＦ−Ｆ’断面に相当し、図５（ｇ）は図６に示すＧ−Ｇ’断面に相当する。

第１のアンダークラッド層１２ａの溝は、基板１３から導波路コア１１−１〜１１−７の距離に合わせて設けられている。例えば、導波路コア１１−３及び１１−６の基板１３に配置されている第１のアンダークラッド層１２ａの溝は大きく、導波路コア１１−２及び１１−５の基板１３に配置されている第１のアンダークラッド層１２ａの溝は小さい。

図７に、本開示に係る光入出力端子の作製方法の説明図を示す。本開示に係る光入出力端子１０の作製方法は、第１のアンダークラッド層形成工程、第２のアンダークラッド層堆積工程、コア層形成工程、第１のオーバークラッド層形成工程、を順に有する。本実施形態では、一例として、導波路コア１１−３の配置されているＣ−Ｃ’断面を用いて説明する。

第１のアンダークラッド層形成工程では、基板１３上に第１のアンダークラッド層１２ａを堆積し（図７（ａ））、堆積された基板１３に略平行な第１のアンダークラッド層１２ａの上面に溝を形成する（図７（ｂ））。溝の形成は、例えばエッチングによって行う。エッチング位置とエッチング量（大きさ）は、形成する導波路コア１１−３の基板１３からの高さすなわち距離Ｄ１１−３を基に設定される。導波路コア１１−３の配置が低いもの程、第１のアンダークラッド層１２ａをエッチングする。エッチング量は、例えば、図６に示すようなエッチングの幅を用いて調整する。

ここで、図６及び図７では、模式的に溝の形状を矩形としたが、エッチングの条件に応じた任意の形状となりうる。また、第１のアンダークラッド層１２ａを堆積する高さは、基板１３からの距離が最も短い距離Ｄ１１−３以下であることが好ましい。

第２のアンダークラッド層堆積工程では、第１のアンダークラッド層１２ａの溝が埋まるように第２のアンダークラッド層１２ｂを堆積する（図７（ｃ））。エッチングされた溝が埋め戻される時間が溝の大きさにより異なるため、第２のアンダークラッド層１２ｂの表面は水平ではなく、高さの異なる面となり形成される。エッチングにより除去された大きさが大きい程、その上部に当たるエッチング表面の高さは低い。

コア層形成工程では、第２のアンダークラッド層１２ｂの表面にコア層を形成し、導波路コア１１−３の径に合わせて第２のアンダークラッド層１２ｂまでエッチングする（図７（ｄ））。この工程で、基板１３からの高さの異なる導波路コア１１−３が形成される。

第１のオーバークラッド層形成工程では、第１のオーバークラッド層１２ｃを堆積する。第１のオーバークラッド層１２ｃを堆積後、エッチバック又は研磨を行い光入出力端子１０の表面を平坦化する（図７（ｅ））。

以上の工程によって、導波路コア１１−３を形成することができる。ここで、本開示は、第１のアンダークラッド層形成工程において、図６に示すように、導波路コア１１−１、１１−２、１１−４〜１１−７についても導波路コア１１−３と同様に形成する。これにより、コア層形成工程において、図５に示すような高さ方向の異なる複数の導波路コア１１−１〜１１−７を一度に形成することができる。

したがって、本実施形態によれば、光入出力端子１０の一方の端面には高さの異なる導波路コア１１−１〜１１−７が配置された第１の入出力端面ＰＦ１０が形成され、他方の端面には導波路コア１１−１〜１１−７が一列に配置された第２の入出力端面ＰＣ１０が形成される。第２の入出力端面ＰＣ１０に側にも、第１のアンダークラッド層１２ａに溝を形成することにより、導波路コア１１−１〜１１−７の高さを変えることもできる。

また、本実施形態では、導波路コア１１−１〜１１−７が１階層のみの場合について例示したが、第１のオーバークラッド層１２ｃ上にさらに導波路コアやクラッドを形成することで、本開示は２階層以上の光入出力端子１０にも適用することができる。例えば、図８に示すように、導波路コア１１−２と基板１３の間に導波路コア１１−３が配置されている場合であっても、導波路コア１１−３を形成した後に導波路コア１１−２形成することができる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の入出力端面ＰＦ１０と第２の入出力端面ＰＣ１０とで導波路コア１１−１〜１１−７の径が異なる。第１の実施形態では第１の入出力端面ＰＦ１０側及び第２の入出力端面ＰＣ１０の導波路コア１１−１〜１１−７が共に共通のシングルモード用の約１０μｍであるが、本実施形態では、第１の入出力端面ＰＦ１０側の導波路コア１１−３がマルチモード用の約５０μｍである。以下、第１の実施形態と同様に、導波路コア１１−３の断面図を参照しながら説明する。

本実施形態では、第１のオーバークラッド層形成工程の後、第２のオーバークラッド層形成工程、第１及び第２のオーバークラッド層除去工程、第３のオーバークラッド層形成工程を有する。

本実施形態では、コア層形成工程において、コア層の厚さＴＦがマルチモード用の５０μｍ以上になるようにコア層を堆積する（図９（ａ））。

第１のオーバークラッド層形成工程では、第１のオーバークラッド層１２ｃを堆積した後、エッチバックを行うことによって導波路コア１１−３を露出させる（図９（ｂ））。このとき、第１のオーバークラッド層１２ｃ及び第２のオーバークラッド層１２ｄの高低差（Ｔ１２ｄＦ−Ｔ１２ｄＣ）がシングルモードコアとマルチモードコアの差である約４０μｍと等しくなるように、第１のアンダークラッド層形成工程においてエッチングする溝の位置と程度を決定する。

第２のオーバークラッド層形成工程では、第２のオーバークラッド層１２ｄを堆積する（図９（ｃ））。このとき、エッチングされた溝が埋め戻される時間が溝の大きさにより異なるため、第２のオーバークラッド層１２ｄの表面は略水平、すなわち基板１３からの高さが略等しくなる。

第１及び第２のオーバークラッド層除去工程では、第１のオーバークラッド層１２ｃ及び第２のオーバークラッド層１２ｄをエッチングして除去する（図９（ｄ））。導波路コア１１−３が露出した段階で、導波路コア１１−３の一方の厚さＴ１１Ｃは約１０μｍで、他方の厚さＴ１１Ｆが約５０μｍとなる。これにより、シングルモードコアとマルチモードコアの導波路を同時に形成することができる。

第３のオーバークラッド層形成工程では、第２のオーバークラッド層１２ｂ及び導波路コア１１−３の上に第３のオーバークラッド層１２ｅを堆積し、その後、エッチバック又は研磨を行い光入出力端子１０の表面を平坦化する（図９（ｅ））。

以上の工程によって、導波路コア１１−３の第１の入出力端面ＰＦ１０側をシングルモードコアとし、導波路コア１１−３の第２の入出力端面ＰＣ１０側をマルチモードコアとすることができる。他の導波路コア１１−１、１１−２、１１−４〜１１−７についても導波路コア１１−３と同様に形成することができる。

なお、本実施形態では、第１の入出力端面ＰＦ１０側のコア径がマルチモード用の約５０μｍであり、第２の入出力端面ＰＣ１０側のコア径がマルチモード用の約１０μｍである場合について説明したが、コア径はこれに限定されない。

（効果）
アンダークラッド層形成、コア形成、コアパターンエッチング、オーバークラッド層形成、クラッド上部平坦化の一連の工程を１度行うことで、高低差のある導波路コアが作製できるため、工程の簡略化が可能である。

本開示は情報通信産業に適用することができる。

１０：光入出力端子
１１−１、１１−２、１１−３、１１−４、１１−５、１１−６、１１−７：導波路コア
１２ａ：第１のアンダークラッド層
１２ｂ：第２のアンダークラッド層
１２ｃ：第１のオーバークラッド層
１２ｄ：第２のオーバークラッド層
１２ｅ：第３のオーバークラッド層
１３：基板
２０：マルチコアファイバ
２１−１、２１−２、２１−３、２１−４、２１−５、２１−６、２１−７：コア
２２：クラッド
６：光部品

Claims (2)

1. 基板上に第１のアンダークラッド層を堆積し、前記基板から導波路コアまでの距離に応じた大きさの溝を前記第１のアンダークラッド層の上面に形成する第１のアンダークラッド層形成工程と、
   第１のアンダークラッド層の前記溝が埋まるように第２のアンダークラッド層を堆積する第２のアンダークラッド層形成工程と、
   前記第２のアンダークラッド層の上に、入出力端の径のうちの最大径の厚さにコア層を堆積し、前記導波路コアの入出力端の径に合わせてコア層をエッチングすることで前記導波路コアを形成するコア層形成工程と、
   前記第２のアンダークラッド層及び前記導波路コアの上に第１のオーバークラッド層を堆積し、前記基板から前記導波路コアまでの距離に応じた大きさの溝を前記第１のオーバークラッド層の上面に形成する第１のオーバークラッド層形成工程と、
   前記第１のオーバークラッド層の前記溝が埋まるように第２のオーバークラッド層を堆積し、前記基板からの高さが略等しい第２のオーバークラッド層を形成する第２のオーバークラッド層形成工程と、
   前記第１のオーバークラッド層、前記第２のオーバークラッド層及び前記コア層を前記導波路コアの入出力端の径に合わせてエッチングする第１及び第２のオーバークラッド層除去工程と、
   前記導波路コアの上に第３のオーバークラッド層を堆積する第３のオーバークラッド層形成工程と、
   を順に備える光入出力端子の作製方法。
2. 基板と、
   前記基板に略平行な面の少なくとも一部に、前記基板から導波路コアまでの距離に応じた大きさの溝が形成されている第１のアンダークラッド層と、
   前記溝の内側及び前記第１のアンダークラッド層の上に堆積されている第２のアンダークラッド層と、
   前記第２のアンダークラッド層の上に配置され、前記基板からの距離が前記第１のアンダークラッド層の前記溝の形状に応じて異なり、かつ２つの入出力端の径が異なる導波路コアと、
   前記第２のアンダークラッド層の上のうちの前記導波路コアの配置されていない領域に堆積されている第１のオーバークラッド層と、
   前記導波路コアの上に配置されている第３のオーバークラッド層と、
   を備える光入出力端子。

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