JPH07120638A

JPH07120638A - 光接続素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPH07120638A
Application number: JP26458593A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Hori; 義和堀
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】製造の容易な光接続素子を提供する。【構成】シリコン基板１の（１００）表面２の内部に
＜０１１＞方向に、その断面形状が基板表面の開口部を
一辺とする五角形のガイド溝３がアレイ状に形成されて
いる。ここで、ガイド溝の断面に内接する円（内接円）
４の直径、即ち内径５は前記の基板表面２の開口部の長
さ６よりも大きい。この光接続素子のガイド溝３の両端
からその内径５とほぼ等しい外径７を有する光ファイバ
アレイ８及び９が対をなしてガイド溝２の両端から挿入
され、ガイド溝内の一箇所で結合される。光ファイバの
挿入後、基板表面のファイバが露出する部分の一部に紫
外線硬化樹脂１０を被覆し、紫外線を照射することによ
りファイバが固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバを用いて情
報を伝達する光伝送分野に係わり、特に半導体レーザ、
受光素子、光導波路等の光素子と光ファイバを接続する
光接続素子およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、単一モード光ファイバによる光接
続は、電気同軸ケーブルより長距離・高速伝送（＞１０
０ｍ，＞１５０Ｍｂ／ｓ）が可能であるため、長距離光
通信は勿論、大型計算機や広帯域交換器の装置間接続へ
の応用に向けての研究開発が進んでいる。低価格の光接
続素子の実用化のためには、特に、光ファイバアレイ同
士、ＬＤアレイと光ファイバアレイ、ＰＤアレイと光フ
ァイバアレイ、及び光導波路と光ファイバアレイ等を高
精度に位置合わせ、固定する光結合技術が不可欠であ
る。

【０００３】従来の光ファイバアレイ接続素子の概略を
図１４に示す。シリコン基板２０１上にＫＯＨ水溶液を
用いた異方性エッチングによりアレイ状のＶ溝ガイド２
０２が形成され、そのＶ溝ガイドの中に対をなす単一モ
ードファイバアレイ２０３及び２０４が配置され、更に
その上からシリコン抑え板２０５によりファイバアレイ
が固定される。尚、Ｖ溝ガイドの形成されたシリコン基
板２０１とシリコン抑え板２０５は半田で固定されてい
る。

【０００４】ところが、この接続方法では全ての光ファ
イバがＶ溝２０２に設置されるまで、全ての光ファイバ
をそれぞれ片側から精密機器を用いてＶ溝に接して保持
しておく必要があった。また、光ファイバが曲がり易い
ために保持位置のファイバ端面からの距離に限度があり
接続素子の接続部を長くすることができず、強度的にも
不十分であった。更に接続時あるいは接続状態において
シリコン基板とシリコン抑え板によりファイバに圧力が
加わるために、光ファイバが内部で破損したり、偏光依
存性や結合損失等が発生する原因ともなっていた。

【０００５】次に、従来のＬＤアレイと光ファイバアレ
イの光接続素子の概略を図１５に示す。ＬＤアレイ２１
１と光ファイバアレイ２１２がそれぞれのブロック２１
２及び２１４上に設置され、両ブロックがマウント２１
５に位置合わせして半田で２１６で固定されている。こ
こで光ファイバアレイの概略構成は図１４に示した光フ
ァイバアレイ接続素子と同様の構造であり、シリコン基
板２１７に異方性エッチングにより形成されたＶ溝ガイ
ドに単一モードファイバアレイ２１８が配置され、更に
その上からシリコン抑え板２１９によりファイバアレイ
が固定される。

【０００６】ＬＤアレイと光ファイバアレイの光結合に
は、片方のアレイ、例えばＬＤアレイ２１１の設置され
たブロック２１３を固定した後、マイクロポジショナを
用いて、ＬＤを発光させファイバに結合する光量を測定
しながら、３つの直交軸と３つの回転軸を交互に調整
し、マウントに固定させていた。

【０００７】この従来の接続素子においては、ファイバ
を精度よく配列する技術、アレイ同士を効率的に位置合
わせする技術、半田付の時の位置ずれをまで低減する技
術が必要となり、精度良く結合することは困難であっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
従来の光接続素子の問題点を解決し、特に機械的な位置
合わせの必要がなく、容易に高い結合効率を得ることの
可能な光接続素子とその製造方法を提供することを目的
とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板の表面近
傍の内部に該基板表面に沿って一定の方向に開口部を有
して形成され、かつ前記開口部に比較して断面に仮想的
に内接する円（内接円）の直径（内径）が大なるガイド
溝に、前記内径とほぼ同じもしくは小さな外径を有する
光ファイバが挿入されて構成されていることを特徴とす
る光接続素子である。

【００１０】また、本発明は、シリコン基板の（１０）
面上の＜００１＞方向に形成される一定幅を有する短冊
状領域を囲んで保護膜を設置し、該保護膜の周辺境界部
に表面にほぼ垂直に段差が形成されるように前記短冊状
領域に一定の深さのエッチングを施し、短冊状の開口部
を有する溝を形成する第１の工程、前記保護膜を設置し
たまま前記溝の底面及び側面に異方性エッチングを施
し、少なくとも前記開口部に隣接する溝の側面が（１１
１）面でなり、溝の断面が開口部を一辺とする四角形以
上の多角形もしくはこれに近い形状で、前記開口部に比
較して断面に仮想的に内接する円（内接円）の直径（内
径）が大なるガイド溝を形成する第２の工程、前記ガイ
ド溝の内部に光ファイバを挿入し固定する第３の工程を
含むことを特徴とする光接続素子の製造方法である。

【００１１】

【作用】本発明は、シリコン等の結晶基板の特定の結晶
面でなる表面に特定の方向に形成され、表面に垂直な段
差を有する溝の側面と底面に異方性エッチングを施すこ
とにより、表面に沿って内部に溝の開口部に比較して断
面に仮想的に内接する円の直径が大なるガイド溝が精度
よく形成されること、このガイド溝の内接円の中心位置
が溝の幅と深さに制御できることを応用し、このガイド
溝に光ファイバを挿入することにより高効率な結合が得
られることを利用するものである。

【００１２】

【実施例】

（実施例１）本発明の詳細を実施例を用いて説明する。
本発明の第１の実施例の光接続素子の概略構成を図１
（ａ）に示す。また、ガイド溝の断面形状を図１（ｂ）
に示す。

【００１３】シリコン基板１の（１００）表面２の内部
に＜０１１＞方向に、その断面形状が基板表面の開口部
を一辺とする五角形のガイド溝３がアレイ状に形成され
ている。ここで、ガイド溝の断面に内接する円（内接
円）４の直径、即ち内径５は前記の基板表面２の開口部
の長さ６よりも大きい。この光接続素子のガイド溝３の
両端からその内径５とほぼ等しい外径７を有する光ファ
イバアレイ８及び９が対をなしてガイド溝２の両端から
挿入され、ガイド溝内の一箇所で結合される。光ファイ
バの挿入後、基板表面のファイバが露出する部分の一部
に紫外線硬化樹脂１０を被覆し、紫外線を照射すること
によりファイバが固定されている。

【００１４】本発明の第１の実施例の光接続素子の製造
方法を図２に示す。左が断面図、右が表面図を示す。
（ａ）シリコン基板１１の（１００）面上の＜００１＞
方向に、一定幅（８０μｍ）を有する短冊上領域を残し
てＳｉＮの保護膜１２を形成する。（ｂ）次に、保護膜
の周辺境界部に表面に段差１３が形成されるように前記
短冊状領域に一定の深さ（８０μｍ）のドライエッチン
グを施し、開口部を有する溝を形成する。（ｃ）保護膜
１２を設置したままＫＯＨ水溶液で溝の底面１４及び側
面１５に異方性エッチングを施し、溝の周辺が（１１
１）面で構成されてその断面形状が開口部の幅を一辺と
し、内径が約１００μｍの五角形のガイド溝１６が形成
される。（ｄ）前記ガイド溝の両端から内部に外径が約
１００μｍの光ファイバ１７、及び１８を挿入すること
により、光ファイバ接続素子が形成される。

【００１５】本発明によれば、異方性エッチング時に溝
の側面及び底面に（１１１）面が現れた時にエッチング
速度が急に減少するため、極めて安定な断面形状を形成
することが可能であり、またその形状の寸法はエッチン
グ前の溝の幅と深さでほぼ決定される。従って設計が容
易であり、断面の内径は短冊状領域の幅と段差により決
定され、そして内接円の中心は必ず前記段差の半分の深
さに位置する。ガイド溝の内径は表面部のガイド幅より
も大きく、ファイバが外れる心配はなく、従って接続時
に一本づつ光ファイバを挿入するだけで接続が可能であ
り、特に精密機械で保持しておく必要はなく容易に光フ
ァイバを接続することができる。また、紫外線硬化樹脂
等で表面から容易に固定することが可能である。更に、
光ファイバを従来例の様に抑えることにより固定する必
要がなく、光ファイバに圧力が加わらず、結合損失が増
加することはない。

【００１６】（実施例２）以上の実施例は同一の径を有
するファイバ同士の接続素子及びその製造方法を示した
が、本発明においては、光増幅用ファイバと伝送用ファ
イバの接続等、異なる径を有するファイバの接続も容易
となる。第２の実施例として異なる径のファイバ同士の
光接続素子の概略構成図を図３（ａ）に示す。

【００１７】シリコン基板２１の（１００）表面２８の
＜０１１＞方向に、実施例１と同様にその断面形状が基
板表面の開口部を一辺とする五角形で、しかも内径が異
なるガイド溝２２及び２３が直線状に配置されている。
ガイド溝２２及び２３の断面形状をそれぞれ図３（ｂ）
及び（ｃ）に示す。それぞれのガイド溝の内接円２４、
２５の中心２６、２７の基板表面２８からの深さは同一
であり、従って内接円の中心を結ぶ直線は互いに一致し
ている。従ってこの光接続素子のガイド溝の両端からそ
の内径２９、３０とほぼ等しい外径を有する光ファイバ
アレイ３１及び３２を挿入することにより、ガイド溝の
接続部で異なる外径を有する光ファイバ同士が自動的に
結合される。光ファイバの挿入後、基板表面のファイバ
の一部が露出する部分に紫外線硬化樹脂３３で被覆さ
れ、紫外線を照射することにより光ファイバが固定され
ている。

【００１８】本発明の第２の実施例の光接続素子の製造
方法を図４に示す。左が内径の小さなガイド溝の断面
図、中央が内径の大きなガイド溝の断面図、右が表面図
を示す。（ａ）シリコン基板４１の（１００）面上の＜
００１＞方向に、幅が異なって直線状に接続された第１
の短冊状領域（幅６０μｍ）４２及び第２の短冊状領域
（幅８０μｍ）４３を囲んで保護膜４４を形成する。
（ｂ）次に、ドライエッチングにより保護膜の周辺境界
部に表面に段差４５が形成されるように前記短冊状領域
に一定の深さ（８０μｍ）の溝を掘る。（ｃ）保護膜４
４を設置したまま前記溝の底面４６、４７及び側面４
８、４９にＫＯＨ水溶液を用いて異方性エッチングを施
すことにより、側面が（１１１）面で構成されてその断
面形状が基板表面の前記短冊領域の幅を一辺とし、内径
がそれぞれ約８０μｍと１００μｍの五角形のガイド溝
５０及び５１が形成される。（ｄ）前記ガイド溝の内部
に両端から外径がそれぞれ約８０μｍと１００μｍの光
ファイバ５２及び５３をガイド溝に挿入することによ
り、光接続素子が形成される。

【００１９】本実施例においては、実施例１と同様にガ
イド溝の断面形状、その内接円の内径及び中心位置が短
冊状領域の幅と段差により制御が可能である。即ち、こ
の光ファイバ接続素子において、ガイド溝に内接する円
の中心の表面からの深さは（ｂ）の工程のドライエッチ
ングにより形成された溝の深さ４５の半分の位置に設定
されるので、それぞれのガイド溝の内接円の中心は自動
的に一致する。従って、光ファイバを挿入するだけで容
易に低い結合損失の接続を得ることが可能である。

【００２０】（実施例３）本発明の第３の実施例の半導
体レーザと光ファイバの光接続素子の概略を図５に示
す。高部表面６１と低部表面６２を有するシリコン基板
６０の（１００）面でなる高部表面側６１に前記実施例
と同様に＜０１１＞方向に断面形状が５角形のガイド溝
６３が形成されている。また低部表面６２にはガイド溝
６３の延長線上に位置調整溝６４が形成されている。そ
して、低部表面に半導体レーザ６５が設置され、しかも
位置調整溝６４の上部にガイド溝６３の内接円の中心を
結ぶ線６８の延長線上に半導体レーザ６５の活性部６６
が配置されている。そして、半導体レーザの活性層から
放出される光がガイド溝に挿入された光ファイバ６７に
結合している。

【００２１】本発明の第３の実施例のＬＤと光ファイバ
の光接続素子の製造工程を図６に示す。左が内径の位置
調整溝部の断面図、中央がガイド溝部の断面図、右が表
面図を示す。（ａ）シリコン基板７１の（１００）面上
の＜００１＞方向に、一定幅（８０μｍ）を有する直線
状の短冊上領域を囲んでＳｉＮの保護膜７２を設置す
る。（ｂ）保護膜７２の周辺境界部に表面に段差７３が
形成されるように前記短冊状領域にドライエッチングを
施し一定の深さ（８０μｍ）の溝を形成する。（ｃ）保
護膜７２を設置したまま溝の底面及び側面に異方性エッ
チングを施し、周辺が（１１１）面で形成されたガイド
溝７４を形成する。（ｄ）保護膜７２を除去した後、前
記ガイド溝の一部にレジスト膜７５を被覆して再度異方
性エッチングを施すことにより段差を形成し、（１０
０）面の低部表面７６を形成する。この時、ガイド溝の
表面近傍が除去されＶ字状の位置調整溝７７が形成され
る。（ｅ）位置調整溝７７の上部の前記後部表面のガイ
ド溝７４の内接円の中心を結ぶ線上にその活性部７０が
位置するように半導体レーザ７８を配置する。そして、
ガイド溝７４に光ファイバ７９を挿入する。

【００２２】上記の実施例では、従来の様に半導体レー
ザを点灯させて光ファイバに結合する光量を測定しなが
ら半導体レーザの位置を調整する必要がなく、シリコン
基板に形成する段差の高さをあらかじめ半導体レーザの
活性層の表面からの位置に調節しておき、レーザの活性
層の上部に形成したマーカ等と位置調整溝７７の位置を
合わせることにより、光ファイバと容易に接続すること
が可能である。本実施例では単一の光ファイバと半導体
レーザの接続を示しているが、光ファイバアレイと半導
体レーザアレイの接続に同様に適用できるものである。

【００２３】（実施例４）本発明の第４の実施例の受光
素子と光ファイバの光接続素子の概略を図７に示す。高
部表面８１と低部表面８２を有するシリコン基板８０の
（１００）面でなる高部表面側８１に前記実施例と同様
に＜０１１＞方向に断面形状が５角形のガイド溝８３が
形成されている。また低部表面８２にはガイド溝８３の
延長線上に位置調整溝８４が形成されている。そして、
低部表面に受光素子８５が設置され、しかも位置調整溝
８４の上部にガイド溝８３の内接円の中心を結ぶ線８８
の延長線上に受光素子８５の活性部８６が配置されてい
る。そしてガイド溝８３にその端面から挿入された光フ
ァイバ８７から放射された光が受光素子８５の活性部８
６に結合されている。

【００２４】本発明の第４の実施例の受光素子と光ファ
イバの光接続素子の製造工程は図６と全く同様である。

【００２５】上記の発明では、シリコン基板に形成する
段差の高さを受光素子の活性層の表面からの位置に調節
しておき、また受光素子の活性層の上部に形成されたマ
ーカ等と位置調整溝を合わせることにより光ファイバと
容易に接続することが可能である。本実施例では単一の
光ファイバと受光素子の接続を示しているが、光ファイ
バアレイと受光素子アレイの接続に同様に適用できるも
のである。

【００２６】（実施例５）本発明の第５の実施例の光導
波路と光ファイバの光接続素子の概略を図８に示す。高
部表面９１と低部表面９２を有するシリコン基板９０の
（１００）面でなる高部表面側９１に前記実施例と同様
に＜０１１＞方向に断面形状が５角形のガイド溝９３が
形成されている。また低部表面９２にはガイド溝９３の
延長線上に位置調整溝９４が形成されている。そして、
低部表面に光導波路素子９５が設置され、しかも位置調
整溝９４の上部にガイド溝９３の内接円の中心を結ぶ線
９８の延長線上に光導波路素子９５の端面９６が配置さ
れている。そしてガイド溝９３に挿入された光ファイバ
９７と光導波路９５を伝搬する光が互いにが結合され
る。

【００２７】本発明の第５の実施例の光導波路と光ファ
イバの光接続素子の製造工程は図６と全く同様である。

【００２８】上記の発明では、シリコン基板に形成する
段差の高さを内接円の中心の表面からの位置に調節して
おき、また導波路の上部に形成されたマーカ等と位置調
整溝を合わせることにより光ファイバと容易に接続する
ことが可能である。

【００２９】（実施例６）本発明の第６の実施例の光フ
ァイバと光導波路の概略を図９に示す。基板１０１の表
面の一部に５角形のガイド溝１０２が形成されている。
また、基板上の前ガイド溝１０２の内接円の中心線上に
光導波路１０３の端面が形成されている。前記ガイド溝
に挿入された光ファイバ１０４と光導波路を伝搬する光
が互いに結合されている。

【００３０】本発明の第６の実施例の光導波路と光ファ
イバの光接続素子の製造工程を図１０に示す。左が光導
波路部の断面図、中央がガイド溝部の断面図、右が表面
図を示す。（ａ）シリコン基板１１１の（１００）面上
の＜００１＞方向に、一定幅を有する直線状のガイド溝
領域１１２及びガイド溝領域と直線状に配置された導波
路領域１１３を囲んで保護膜１１４を形成し、保護膜の
周辺境界部に表面に段差１１５が形成されるように前記
ガイド溝領域１１２、及び導波路領域１１３に一定の深
さのエッチングを施す。（ｂ）導波路領域に保護膜１１
６を形成し、ガイド溝領域１１２の底面及び側面に異方
性エッチングを施し、（１１１）面で四方が形成された
５角形のガイド溝１１７を形成する。（ｃ）保護膜を除
去した後熱酸化を施し、基板表面近傍に酸化シリコン膜
１１８を形成する。（ｄ）導波路領域を残して保護膜１
１９を被覆し、表面に導波路のコアとなるガラス層１２
０を形成する。この時、導波路領域１１３の溝の内部に
光導波路１２１が形成される。（ｅ）保護膜１１９をリ
フトオフし、ガイド溝１１７に光ファイバ１２２を挿入
することにより光接続素子が完成する。

【００３１】本実施例によれば、ガイド溝に内接する円
の中心と光導波路の端面が自動的に一致するので、容易
に高い結合効率を得ることが可能となる。

【００３２】（実施例７）本発明の第７の実施例の光フ
ァイバと光学レンズの光接続素子の概略を図１１に示
す。シリコン基板１３１の（１００）面上の＜０１１＞
方向に前記ガイド溝１３２及びレンズ支持用の溝１３３
が形成されている。ガイド溝１３２の内接円１３４の中
心線１３５の延長線上に前記レンズ支持溝に固定された
レンズ１３６の中心１３７が配置されている。そしてガ
イド溝には光ファイバ１３８が挿入されており、光ファ
イバから放射もしくは光ファイバに入射される光はレン
ズ１３６の光軸を通過する。左図はレンズ支持部、中央
はガイド溝部、右は表面図である。

【００３３】本発明の第７の実施例の光ファイバと光学
レンズの光接続素子の製造工程を図１２に示す。（ａ）
シリコン基板１４１の（１００）面上の＜００１＞方向
に、一定幅を有する直線状のガイド溝領域１４２及びレ
ンズ支持溝領域１４３を残して保護膜１４４を形成し、
保護膜の周辺境界部に表面に段差１４５が形成されるよ
うに前記ガイド溝領域１４２、及びレンズ支持溝領域１
４３に一定の深さのドライエッチングを施す。（ｂ）保
護膜を設置したまま、前記ガイド溝領域１４２、及びレ
ンズ支持溝１４３の底面及び側面に異方性エッチングを
施し、周囲を（１１１）面でなる５角形のガイド溝１４
６、及びレンズ支持溝１４７を形成する。（ｃ）保護膜
１４４を除去した後、前記レンズ部１４７に凸レンズ１
４９、及び前記ガイド溝１４６に光ファイバ１４８を挿
入する。

【００３４】本実施例では凸レンズを用いたが必ずしも
これには限定されず、例えばセルフォックレンズを使用
してもよい。また、本実施例ではガイド溝とレンズ支持
溝を同時に形成したが、必ずしも同時に形成する必要は
なく、レンズ支持溝を別の工程で形成することも可能で
ある。

【００３５】この場合の製造工程を図１３に示す。
（ａ）シリコン基板１５１の（１００）面上の＜００１
＞方向に一定幅を有する直線状の短冊状領域１５２を囲
んで保護膜１５３を形成する。保護膜１５３の周辺境界
部に表面に垂直な段差が形成されるように前記短冊状領
域にエッチングを施し、一定の深さの溝を形成する。
（ｂ）保護膜１５３を設置したまま溝の底面及び側面に
異方性エッチングを施し、ガイド溝１５４を形成する。
（ｃ）ガイド溝１５４の一部にそのガイド溝を中央とし
て一定の幅を有して形成されるレンズ領域１５５を囲ん
で保護膜を残し、再度、異方性エッチングを施し、Ｖ字
状のレンズ支持溝１５６を形成する。（ｄ）レンズ支持
溝及びガイド溝にそれぞれレンズ１５８及び光ファイバ
１５７を挿入し固定する。

【００３６】以上の実施例では、ガイド溝領域の内接円
の内形と中心位置、及びレンズ支持領域に接触する円の
内径と中心位置はそれぞれ短冊状領域の幅で制御が可能
である。また、この光ファイバ接続素子においてはガイ
ド溝に内接する円の中心の表面からの深さはドライエッ
チングにより形成された溝の深さ４５の半分であり、そ
の内接円の中心は自動的に一致する。従って、光ファイ
バを挿入するだけで容易に低い結合損失の接続を得るこ
とが可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明は、シリコ
ン等の結晶基板の特定の結晶方位面の表面に形成された
一定方向の溝の側面と底面に異方性エッチングを施すこ
とにより、容易に光ファイバ等の設置固定用のガイド溝
が形成できるものである。しかも、このガイド溝の内径
及びガイド溝の内接円の中心位置は制御可能であり、容
易に光ファイバ同士、あるいは光ファイバと光部品の高
効率な結合が得られる。従って、本発明は光通信等が実
用化されるために重要な光接続素子を、極めて簡単な方
法で実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の光接続素子の概略図

【図２】本発明の第１の実施例の光接続素子の作製工程
図

【図３】本発明の第２の実施例の光接続素子の概略図

【図４】本発明の第２の実施例の光接続素子の作製工程
図

【図５】本発明の第３の実施例の光接続素子の概略図

【図６】本発明の第３の実施例の光接続素子の作製工程
図

【図７】本発明の第４の実施例の光接続素子の概略図

【図８】本発明の第５の実施例の光接続素子の概略図

【図９】本発明の第６の実施例の光接続素子の概略図

【図１０】本発明の第６の実施例の光接続素子の作製工
程図

【図１１】本発明の第７の実施例の光接続素子の概略図

【図１２】本発明の第７の実施例の光接続素子の作製工
程図

【図１３】本発明の第７の実施例の光接続素子の作製工
程図

【図１４】従来の光接続素子の概略図

【図１５】従来の光接続素子の概略図

【符号の説明】

１シリコン基板２シリコン基板表面３ガイド溝４ガイド溝の断面に内接する円５内接円の直径６開口部の長さ８光ファイバアレイ９光ファイバアレイ１０紫外線硬化樹脂１１シリコン基板１２ＳｉＮの保護膜１３段差１４底面１５側面１６ガイド溝１７光ファイバ１８光ファイバ２１シリコン基板２２ガイド溝２３ガイド溝２４ガイド溝の内接円２５ガイド溝の内接円２６ガイド溝の内接円の中心２７ガイド溝の内接円の中心２８基板表面２９ガイド溝の内径３０ガイド溝の内径３１光ファイバアレイ３２光ファイバアレイ３３紫外線硬化樹脂４１シリコン基板４２短冊状領域４３短冊状領域４４保護膜４５段差４６底面４７底面４８側面４９側面５０ガイド溝５１ガイド溝５２光ファイバ５３光ファイバ６０シリコン基板６１高部表面６２低部表面６３ガイド溝６４位置調整溝６５半導体レーザ６７光ファイバ６８ガイド溝の内接円の中心を結ぶ線７１シリコン基板７２保護膜７３段差７４ガイド溝７５レジスト膜７６低部表面７７位置調整溝７８半導体レーザ７９光ファイバ８０シリコン基板８１高部表面８２低部表面８３ガイド溝８４位置調整溝８５半導体レーザ８６活性部９０シリコン基板９１高部表面９２低部表面９３ガイド溝９４位置調整溝９５光導波路素子９６光導波路素子の端面９８内接円の中心を結ぶ線１０１基板１０２ガイド溝１０３光導波路１１１シリコン基板１１２ガイド溝領域１１３導波路領域１１４保護膜１１５段差１１６保護膜１１７ガイド溝１１８酸化シリコン膜１１９保護膜１２０ガラス層１２１光ファイバ１３１シリコン基板１３２ガイド溝１３３レンズ支持用の溝１３４内接円１３５中心線１３６レンズ１３７中心１３８光ファイバ１４１シリコン基板１４２ガイド溝領域１４３レンズ支持溝領域１４４保護膜１４５段差１４６ガイド溝１４７レンズ支持溝１５１シリコン基板１５２短冊状領域１５３保護膜１５４ガイド溝１５５レンズ領域１５６レンズ支持溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面近傍の内部に該基板表面に沿っ
て一定の方向に開口部を有して形成され、かつ前記開口
部に比較して断面に仮想的に内接する円（内接円）の直
径（内径）が大なるガイド溝に、前記内径とほぼ同じも
しくは小さな外径を有する光ファイバが挿入されて構成
されていることを特徴とする光接続素子。
【請求項２】断面の内接円の直径が異なる少なくとも２
種類の前記ガイド溝が、少なくとも接続部において内接
円の中心を結ぶ直線が互いに一致するように直線状に配
置され、かつ前記の各ガイド溝に外径の異なる少なくと
も２種類の光ファイバが挿入され、前記各光ファイバを
伝搬する光が互いに結合していることを特徴とする請求
項１に記載の光接続素子。
【請求項３】表面に段差を有する基板の高部側の表面近
傍に前記ガイド溝が形成され、かつ低部側の表面に前記
ガイド溝の延長線上もしくは延長線と平行に一定の間隔
を有して位置調整溝が形成され、しかも低部側の表面に
発光素子が設置され、かつ前記位置調整溝の上部の前記
ガイド溝の内接円の中心を結ぶ直線上に発光素子の活性
部が配置されており、該発光素子から放出される光が、
前記ガイド溝に挿入された光ファイバに結合されること
を特徴とする請求項１に記載の光接続素子。
【請求項４】表面に段差を有する基板の高部側の表面近
傍に前記ガイド溝が形成され、かつ低部側の表面に前記
ガイド溝の延長線上もしくは延長線と平行に一定の間隔
を有して位置調整溝が形成され、しかも低部側の表面に
受光素子が設置され、かつ前記位置調整溝の上部の前記
ガイド溝の内接円の中心を結ぶ直線上に受光素子の活性
部が配置されており、前記ガイド溝に挿入された光ファ
イバから放出される光が前記受光素子に結合されること
を特徴とする請求項１に記載の光接続素子。
【請求項５】表面に段差を有する基板の高部側の表面近
傍に前記ガイド溝が形成され、かつ低部側の表面に前記
ガイド溝の延長線上もしくは延長線と平行に一定の間隔
を有して位置調整溝が形成され、しかも低部側の表面に
光導波路素子が設置され、かつ前記位置調整溝の上部の
前記ガイド溝の内接円の中心を結ぶ直線上に導波路の端
面もしくは光結合部が配置されており、前記ガイド溝に
挿入された光ファイバから放出される光と前記導波路を
伝搬する光が互いに結合されることを特徴とする請求項
１に記載の光接続素子。
【請求項６】基板表面近傍に前記ガイド溝、及び光導波
路が少なくとも接続部において直線状に形成され、かつ
前記ガイド溝の内接円の中心を結ぶ直線上に光導波路の
端面一部が配置され、前記ガイド溝に挿入された光ファ
イバと前記光導波路を伝搬する光が互いに結合されるこ
とを特徴とする請求項１に記載の光接続素子。
【請求項７】基板表面に前記ガイド溝及びレンズを支持
するための溝が形成され、前記ガイド溝の内接円の中心
を結ぶ直線の延長線上に前記レンズ支持溝に固定された
レンズの中心が配置されていることを特徴とするとする
請求項１に記載の光接続素子。
【請求項８】前記ガイド溝が、シリコン基板の（１０
０）面上の＜０１１＞方向に形成されていることを特徴
とする請求項１に記載の光接続素子。
【請求項９】シリコン基板の（１００）面上の＜００１
＞方向に形成される一定幅を有する短冊状領域を囲んで
保護膜を設置し、該保護膜の周辺境界部に表面にほぼ垂
直に段差が形成されるように前記短冊状領域に一定の深
さのエッチングを施し、短冊状の開口部を有する溝を形
成する第１の工程、前記保護膜を設置したまま前記溝の
底面及び側面に異方性エッチングを施し、少なくとも前
記開口部に隣接する溝の側面が（１１１）面でなり、溝
の断面が開口部を一辺とする四角形以上の多角形もしく
はこれに近い形状で、前記開口部に比較して断面に仮想
的に内接する円（内接円）の直径（内径）が大なるガイ
ド溝を形成する第２の工程、前記ガイド溝の内部に光フ
ァイバを挿入し固定する第３の工程を含むことを特徴と
する光接続素子の製造方法。
【請求項１０】シリコン基板の（１００）面上の＜００
１＞方向に、一直線状に形成された異なる幅を有する複
数の短冊状領域を囲んで保護膜を設置し、該保護膜の周
辺境界部に表面に垂直に段差が形成されるように前記短
冊状領域に一定の深さのエッチングを施し、異なる幅の
開口部を有する複数の溝を形成する第１の工程、前記保
護膜を設置したまま溝の底面及び側面に異方性エッチン
グを施し、内径の異なる複数のガイド溝を形成する第２
の工程、ガイド溝の内部に外径の異なる光ファイバを挿
入し固定する第３の工程を含むことを特徴とする請求項
９記載の光接続素子の製造方法。
【請求項１１】シリコン基板の（１００）面上の＜００
１＞方向に形成される一定幅を有する短冊状領域を囲ん
で保護膜を設置し、該保護膜の周辺境界部に表面にほぼ
垂直に段差が形成されるように前記短冊状領域に一定の
深さのエッチングを施し、短冊状の開口部を有する溝を
形成する第１の工程、前記保護膜を設置したまま前記溝
の底面及び側面に異方性エッチングを施し、少なくとも
前記開口部に隣接する溝の側面が（１１１）面でなり、
溝の断面が開口部を一辺とする四角形以上の多角形もし
くはこれに近い形状で、前記開口部に比較して断面に仮
想的に内接する円（内接円）の直径（内径）が大なるガ
イド溝を形成する第２の工程、前記保護膜を除去した
後、前記ガイド溝の一部に保護膜を設置して、再度エッ
チングを施すことにより基板表面の保護膜の境界部に段
差を形成するとともに、保護膜の設置されていないガイ
ド溝を位置調整溝に加工する第３の工程、位置調整溝の
上部でかつガイド溝の内接円の中心を結ぶ直線上に活性
部が位置するように発光素子を配置する第４の工程、前
記ガイド溝に光ファイバを挿入し固定する第５の工程を
含むことを特徴とする光接続素子の製造方法。
【請求項１２】シリコン基板の（１００）面上の＜００
１＞方向に形成される一定幅を有する短冊状領域を囲ん
で保護膜を設置し、該保護膜の周辺境界部に表面にほぼ
垂直に段差が形成されるように前記短冊状領域に一定の
深さのエッチングを施し、短冊状の開口部を有する溝を
形成する第１の工程、前記保護膜を設置したまま前記溝
の底面及び側面に異方性エッチングを施し、少なくとも
前記開口部に隣接する溝の側面が（１１１）面でなり、
溝の断面が開口部を一辺とする四角形以上の多角形もし
くはこれに近い形状で、前記開口部に比較して断面に仮
想的に内接する円（内接円）の直径（内径）が大なるガ
イド溝を形成する第２の工程、前記保護膜を除去した
後、前記ガイド溝の一部に保護膜を設置して、再度エッ
チングを施すことにより基板表面の保護膜の境界部に段
差を形成するとともに、保護膜の設置されていないガイ
ド溝を位置調整溝に加工する第３の工程、位置調整溝の
上部でかつガイド溝の内接円の中心を結ぶ直線上に活性
部が位置するように受光素子を配置する第４の工程、前
記ガイド溝に光ファイバを挿入し固定する第５の工程を
含むことを特徴とする光接続素子の製造方法。
【請求項１３】シリコン基板の（１００）面上の＜００
１＞方向に形成される一定幅を有する短冊状領域を囲ん
で保護膜を設置し、該保護膜の周辺境界部に表面にほぼ
垂直に段差が形成されるように前記短冊状領域に一定の
深さのエッチングを施し、短冊状の開口部を有する溝を
形成する第１の工程、前記保護膜を設置したまま前記溝
の底面及び側面に異方性エッチングを施し、少なくとも
前記開口部に隣接する溝の側面が（１１１）面でなり、
溝の断面が開口部を一辺とする四角形以上の多角形もし
くはこれに近い形状で、前記開口部に比較して断面に仮
想的に内接する円（内接円）の直径（内径）が大なるガ
イド溝を形成する第２の工程、前記保護膜を除去した
後、前記ガイド溝の一部に保護膜を設置して、再度エッ
チングを施すことにより基板表面の保護膜の境界部に段
差を形成するとともに、保護膜の設置されていないガイ
ド溝を位置調整溝に加工する第３の工程、位置調整溝の
上部でかつガイド溝の内接円の中心を結ぶ直線上に端面
もしくは光結合部が位置するように光導波路素子を配置
する第４の工程、前記ガイド溝に光ファイバを挿入し固
定する第５の工程を含むことを特徴とする光接続素子の
製造方法。
【請求項１４】シリコン基板の（１００）面上の＜００
１＞方向に形成される一定幅を有する直線状の短冊状領
域と前記直線の一部を含んで配置された導波路領域を残
して保護膜を設置し、該保護膜の周辺境界部に表面に垂
直な段差が形成されるように前記短冊状領域と導波路領
域にエッチングを施し、一定の深さの溝を形成する第１
の工程、前記導波路領域を保護膜で被覆し、前記保護膜
を介して前記短冊状領域に形成された溝の底面及び側面
に異方性エッチングを施し、ガイド溝を形成する第２の
工程、前記の保護膜を除去した後少なくともガイド溝に
保護膜を形成し、少なくとも導波路領域の溝ににクラッ
ドとなる第１の層、コアとなる第２の層を含む光導波路
構造を形成する第３の工程、前記ガイド溝に光ファイバ
を挿入し固定する第４の工程を含むことを特徴とする光
接続素子の製造方法。
【請求項１５】シリコン基板の（１００）面上の＜００
１＞方向に形成される一定幅を有する直線状の短冊状領
域及びレンズを支持する領域を囲んで保護膜を形成し、
該保護膜の周辺境界部に表面に垂直な段差が形成される
ように前記短冊状領域及びレンズ支持領域にエッチング
を施し、一定の深さの溝を形成する第１の工程、前記保
護膜を設置したまま前記溝の底面及び側面に異方性エッ
チングを施し、ガイド溝及びレンズ支持溝を形成する第
２の工程、前記レンズ支持溝ににレンズを挿入する第３
の工程、前記ガイド溝に光ファイバを挿入し固定する第
４の工程を含むことを特徴とする光接続素子の製造方
法。
【請求項１６】シリコン基板の（１００）面上の＜００
１＞方向に形成される一定幅を有する直線状の短冊状領
域を囲んで保護膜を形成し、該保護膜の周辺境界部に表
面に垂直な段差が形成されるように前記短冊状領域にエ
ッチングを施し、一定の深さの溝を形成する第１の工
程、前記保護膜を設置したまま前記溝の底面及び側面に
異方性エッチングを施し、ガイド溝を形成する第２の工
程、ガイド溝の一部にそのガイド溝を中央として一定の
幅を有して形成されるレンズ領域を囲んで保護膜を形成
し、エッチングを施す第３の工程、前記レンズ部にレン
ズを挿入する第４の工程、前記ガイド溝に光ファイバを
挿入し固定する第５の工程を含むことを特徴とする光接
続素子の製造方法。