JPH08327841A - ハイブリッド光集積用実装基板及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板への応力集中が抑制できるハイブリッド
光集積用実装基板を提供する。また、高性能のハイブリ
ッド光集積用実装基板を研磨工程を用いずに簡単な工程
で作製可能な光集積用実装基板作製方法を提供する。 【構成】 一部に光素子３を搭載する凸部４を有する平
坦な基板１と、該基板１上に設けられたクラッドと、該
クラッドに囲まれた当該クラッドより屈折率の高いコア
７よりなる光導波路２より構成されたハイブリッド光集
積用実装基板であって、前記光導波路２が前記基板１の
平坦な部分上に形成されたハイブリッド光集積用実装基
板である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ハイブリッド光集積用
実装基板及びその作製方法に関し、特に、光通信や光情
報処理に用いるハイブリッド光集積回路において、その
プラットホームとなる実装基板及びその作製に適用して
有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の光通信や光情報処理の高度化に伴
い、異種材料からなる光素子を同一基板上に集積化する
ハイブリッド光集積回路の実現が期待されている。特
に、基板の材料としてシリコン（Ｓｉ）を、光導波路の
材料としてガラスを用いたハイブリッド光集積用実装基
板は、Ｓｉの持つ高加工性を利用した光学ベンチ機能
と、ガラス光導波路の優れた導波特性を合せ持つものと
して非常に有望である。

【０００３】図１３は、最近研究が進められている、凹
凸を有するＳｉ基板１’上の凹部に石英系光導波路２’
を、凸状のテラス部４’に光素子搭載部を形成した「テ
ラス付き光導波路基板」（山田他、１９９３年電子情報
通信学会春季大会Ｃ-２３４「ハイブリッド光集積用Ｓ
ｉＯ₂／Ｓｉ基板の形成」）に半導体レーザーダイオー
ド（ＬＤ）３’を集積化した例である。Ｓｉ基板１’の
凸状のテラス部４’の上には電気配線９’が形成されて
おり、この電気配線９’の上面から石英系光導波路２’
のコア７’の中心までの高さが、ＬＤ３’の素子表面か
ら活性層までの高さに等しく設定してあるので、ＬＤ
３’をＳｉ基板１’の凸状のＳｉテラス部４’の上に搭
載するだけで高さの光軸合わせが無調芯で実現できる。
同時に、凸状のテラス部４’はＬＤ３’のヒートシンク
としても機能する。このように、「テラス付き光導波路
基板」を用いれば、光導波路と光素子とのハイブリッド
集積が容易に実現できる。

【０００４】図１４は、このような実装基板の作製方法
を説明するための各工程における各部の断面図である。
まず、最初に、図１４の（ａ）図に示すように、Ｓｉ基
板１’上の光素子搭載部を形成する部分に凸状のＳｉテ
ラス部４’を形成する。次に、図１４の（ｂ）図に示す
ように、凸状のＳｉテラス部４’を完全に埋め込むよう
にアンダークラッド層５’を堆積した後、図１４の
（ｃ）図に示すように、光素子（ＬＤ３’）の高さ方向
の位置決め用基準面を形成するために、基板表面の平坦
化研磨を行い、テラス面を露出させる。そして、図１４
の（ｄ）図に示すように、光素子搭載時に石英系光導波
路２’のコア７’の中心と光素子（ＬＤ３’）のそれが
一致するよう高さ調整用のバッファ層６’及びコア７’
を順次堆積する。続いて、図１４の（ｅ）図に示すよう
に、コア７’のパターン化及びオーバークラッド層８’
の堆積を行い、石英系光導波路２’を作製する。そし
て、最後に、図４の（ｆ）図に示すように、搭載部のガ
ラス除去及び電気配線９’の形成を行って光素子搭載部
を作製し、実装基板の作製を完了する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、前記従来
のテラス付き光導波路基板を検討した結果、以下の問題
点を見いだした。

【０００６】前記従来のテラス付き光導波路基板の構造
においては、凸状のＳｉテラス部４’の傾斜側壁４０’
上にも石英系光導波路４’が存在しているが、このため
に、Ｓｉ凹部と傾斜側壁４０’との界面部に応力が集中
するという問題があった。一般に、Ｓｉ基板１’の特定
部分に応力集中が起こると、その部分の機械的強度が劣
化する懸念がある。

【０００７】また、前述の実装基板作製方法では、研磨
の工程が用いられているが、この工程によりいくつかの
問題が引き起こされている。まず、第１に、研磨により
基板表面が劣化し、石英系光導波路２’においては導波
損失の増大等導波特性の劣化を招き、また、光素子搭載
部においては、凸状のＳｉテラス部４’の表面の加工性
を劣化させて光学ベンチ機能を損ねるという問題があっ
た。

【０００８】第２に、Ｓｉとガラス材料、特に、石英系
ガラスにおいては、それらの熱膨張係数の違いにより、
Ｓｉ基板１’上に数１０μｍもの厚みのガラス膜を形成
した場合、Ｓｉ基板１’が大きく反ってしまい、残すべ
きガラス層の膜厚分布を均一にし、且つ、凸状のテラス
部４’の境界における表面段差をなくすために、２つの
異なる材料に対して均一に研磨するためには、平面矯正
など複雑な工程が必要となる。また、研磨が不均一にな
ってしまった場合は、石英系光導波路２’内での応力の
分布が不均一になり導波特性の劣下を招く場合があると
いう問題があった。

【０００９】第３に、光素子アライメント用の基準面
は、常にアンダークラッド層５’の上面と凸状のＳｉテ
ラス４’の上面になってしまい、搭載する光素子の構造
（活性層中心から上部電極表面までの距離）に合せてバ
ッファ層６’の形成等の高さ調整が必要であり、また、
構造の異なる複数の素子の搭載に対しては、複数の光導
波路作製工程の中で複数のバッファ層６’の形成等を行
う必要が生じるという問題があった。

【００１０】第４に、研磨を行う場合、その研磨量を１
μｍ以内の精度で制御することは、非常に困難であり、
光ファイバ用のガイド溝や光素子位置決め用マーカー又
はフォトマスク合わせ用マーカーなどの高精度を必要と
する構造物を予め形成しておくことが不可能になってい
る。

【００１１】本発明の目的は、基板への応力集中が抑制
できるハイブリッド光集積用実装基板を提供することに
ある。

【００１２】本発明の他の目的は、高性能のハイブリッ
ド光集積用実装基板を研磨工程を用いずに簡単な工程で
作製することが可能な光集積用実装基板作製方法を提供
することにある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。

【００１５】（１）一部に光素子を搭載する凸部を有す
る平坦な基板と、該基板上に設けられたクラッドと、該
クラッドに囲まれた当該クラッドより屈折率の高いコア
よりなる光導波路より構成されたハイブリッド光集積用
実装基板であって、前記光導波路が前記基板の平坦な部
分上に形成されてなるハイブリッド光集積用実装基板で
ある。

【００１６】（２）前記（１）のハイブリッド光集積用
実装基板において、前記基板の凸部上面及び凹部上に電
気配線が形成されている。

【００１７】（３）前記（１）のハイブリッド光集積用
実装基板において、前記基板の凹部には誘電体層が設け
られ、前記基板の凸部上面及び誘電体層上に電気配線が
形成されている。

【００１８】（４）一部に光素子を搭載する凸部を有
し、底面から高さＬのところに活性層又はコア層の中心
を有する光素子を搭載する基板と、該基板上に設けられ
たクラッドと、該クラッドに囲まれた該クラッドより屈
折率の高いコアよりなる光導波路部より構成されたハイ
ブリッド光集積用実装基板であって、前記基板の凹部に
は誘電体層が設けられ、前記基板の凸部上面及び誘電体
層上に電気配線が形成されてなり、前記凸部上面の高さ
と凹部の高さとの差をｈ、前記基板の凸部上面には半田
層が設けられ、該半田層最上部高さと前記基板の凸部上
面の高さとの差をｇ、前記クラッドのアンダクラッド層
の厚さをｄu、前記コア層の厚さをｄcとしたとき、次の
〔数１〕の関係を満たす構成となっている。

【００１９】

【数１】Ｌ＝（ｄu＋ｄc／２）−（ｈ＋ｇ） （５）前記ハイブリッド光集積用実装基板上の凸部を複
数有し、該複数の凸部のうち少なくとも１つは他の凸部
と高さが異なる前記（１）乃至（４）のうちいずれか１
つのハイブリッド光集積用実装基板である。

【００２０】（６）前記基板がシリコン基板である前記
（１）乃至（５）のうちいずれか１つのハイブリッド光
集積用実装基板である。

【００２１】（７）凹部及び凸部を有する基板の凹部領
域上にアンダークラッド層、コアパターン、及びオーバ
ークラッド層からなる光導波路を設け、前記凸部を含む
領域を光素子搭載部とし、該光素子搭載部上に電気配線
を有するハイブリッド光集積用実装基板の作製方法であ
って、前記基板に凹部及び凸部を形成する基板加工工程
と、前記基板上の全面に所定の厚さのアンダークラッド
層を形成した後、該アンダークラッド層上に所定形状の
コアパターンを形成し、その後、該基板全面にオーバー
クラッド層を形成する光導波路形成工程と、前記基板の
凹部以外の領域の前記光導波路を除去する工程と、前記
光素子搭載部上に電気配線パターンを形成する電気配線
形成工程とを備えたものである。

【００２２】（８）凹部及び凸部を有する基板の凹部領
域上にアンダークラッド層、コアパターン、及びオーバ
ークラッド層からなる光導波路を設け、前記凸部を含む
領域を光素子搭載部とし、該光素子搭載部上に電気配線
を有するハイブリッド光集積用実装基板の作製方法であ
って、前記基板に凹部及び凸部を形成する基板加工工程
と、前記基板上の全面に所定の厚さのアンダークラッド
層を形成した後、該アンダークラッド層上に所定形状の
コアパターンを形成し、その後、該基板全面にオーバー
クラッド層を形成する光導波路形成工程と、前記基板の
凹部以外の領域の前記光導波路を除去する工程と、前記
基板凹部領域上に誘電体層を形成した後、前記基板凸部
及び誘電体層上に電気配線パターンを形成する電気配線
形成工程とを備えたものである。

【００２３】（９）前記基板加工工程において、前記基
板の凸部上に光ファイバ用ガイド溝を形成する前記
（７）又は（８）のハイブリッド光集積用実装基板の作
製方法である。

【００２４】（１０）前記基板加工工程において、前記
基板の凸部上面もしくは基板凹部面に光素子搭載時の位
置決め用マーカーもしくはフォトマスク合わせ用マーカ
ーを形成する前記（７）乃至（９）のうちいずれか１つ
のハイブリッド光集積用実装基板の作製方法である。

【００２５】（１１）前記基板加工工程がシリコン基板
にアルカリエッチング液を用いた異方性エッチングによ
り傾斜側壁を有する基板凸部及び凹部を形成する工程か
らなる前記（７）乃至（１０）のうちいずれか１つのハ
イブリッド光集積用実装基板の作製方法である。

【００２６】

【作用】前述した手段によれば、基板の凸部及び凹部上
は光導波路が除去されており、かつ、光導波路が基板凸
部とは接触しないように配置したので、従来構成で懸念
された基板凸部底部での応力集中の発生が抑制できる。

【００２７】また、高さの異なる複数種類の基板凸部に
光素子搭載部を設けることにより、構造の異なる複数種
類の光素子を同一光実装基板上に搭載することができ
る。

【００２８】また、本発明の作製方法によれば、光導波
路、光素子及びその搭載部の構造から設定される高さを
有する凸部を搭載部形成位置に予め形成し、これを高さ
方向アライメント用基準面として用いて光素子の搭載を
行っているので、従来方法における基準面作製のための
研磨工程は不要であり、これに起因する導波特性の劣下
等の種々の問題を解決することができる。

【００２９】また、本発明の作製方法によれば、光素子
搭載部を形成するために不要部分の光導波路を除去する
にあたり、基板凸部及び凹部上に存在する光導波路の厚
さが同一であるために、基板凸部の光導波路の除去が完
了すると、同時に、基板凹部表面の光導波路の除去を完
了することができる。このために、前述した本発明のハ
イブリッド光集積用実装基板の実現が容易になる。

【００３０】また、本発明においては、基板研磨を行う
必要がないので、後工程において基板研磨による基板形
状の変形がない。このために、あらかじめ段差の異なる
複数種類の基板凸部を形成した後に光導波路を形成する
ことにより、構成の異なる複数種類の光素子を搭載する
ことが可能となる。

【００３１】また、同様の理由により、最初の工程で高
精度に基板上に形成された構造物はそのまま用いること
ができ、ガイド溝や各種マーカーの形成が可能となる。
特に、基板の材料としてＳｉを用いた場合、現在の優れ
たマイクロマシン技術を駆使することにより、種々の機
能を実装基板に付加することが可能となる。例えば、光
ファイバ用のガイド溝（Ｖ溝）や光素子アライメント用
のマーカーが形成できる。

【００３２】また、基板研磨を行う必要がないので、光
導波路の材料として有機高分子材料を用いることができ
る。これらにより、経済的な実装基板の作製が可能であ
る。

【００３３】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明について実施
例ともに詳細に説明する。

【００３４】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００３５】（実施例１）図１は、本発明のハイブリッ
ド光集積用実装基板の実施例１の概略構成を示す図であ
り、１は基板、２は光導波路、３は光素子、３ａは光素
子３のアンダークラッド層、３ｂは光素子３のコア、３
ｃは光素子３のオーバークラッド層、４は光素子搭載部
を有する凸部（テラス部）、５はアンダークラッド層、
７はコア、８はオーバークラッド層、４０は傾斜側壁で
ある。

【００３６】本実施例１のハイブリッド光集積用実装基
板は、図１に示すように、前記基板１として、例えば、
Ｓｉ基板を用い、光導波路２として、例えば、石英系導
波路を用い、光素子３として、例えば、半導体レーザダ
イオード（ＬＤ）を用いたものである。前記光導波路２
は、基板１の凹部領域に形成されており、アンダークラ
ッド層５、コアパターン７及びオーバークラッド層８か
らなる。そして、前記光導波路２は、例えば、石英系ガ
ラスで形成されている。すなわち、アンダークラッド層
５、コアパターン７及びオーバークラッド層８は、それ
ぞれ石英系ガラスからなる。

【００３７】前記凸部（Ｓｉ凸部）４の上面に光素子搭
載部の領域が形成されている。前記基板の凸部及び凹部
上から石英系ガラスからなる光導波路２がすべて除去さ
れており、前記凸部（Ｓｉ凸部）４及び凹部（Ｓｉ凹
部）ともにその表面が露出下構造となっている。

【００３８】前記凸部４の上面は、光素子搭載時の高さ
方向アライメント用の基準面となり、この凸部４の高さ
は、光導波路２及び凸部４上の素子搭載部での各層の厚
みと光素子３の構造により設定される。光導波路部にお
いては、高さ方向の精度を出すために、アンダークラッ
ド層５の厚さｄuは、導波損失に影響しない程度に通常
の場合の２０〜３０μｍから１０μｍまで薄膜化した。

【００３９】また、コアパターン層７の厚さｄcを６μ
ｍ、その幅を６μｍ、比屈折率差△を０.７５％に設定
し、オーバークラッド層８の膜厚を２０μｍに設定し
た。したがって、アンダークラッド層５の底面から光導
波路２のコア７の中心までの高さ（ｄu＋ｄc／２）は１
３μｍとなる。

【００４０】一方、光素子搭載部においては、光素子
（ＬＤ）３のコア３ｂの高さ（光素子３の活性層中心と
上部電極表面との距離）Ｌを３μｍ、実装基板内の光素
子搭載部上に形成する電気配線９は、絶縁用ＳｉＯ₂膜
９ａ、導電パターン９ｂ、及び半田膜９ｃからなり、厚
さをそれぞれを１μｍ、１μｍ、３μｍと設定したの
で、凸部４の光素子搭載部の表面から電気配線９の表面
までの高さｇは５μｍとなる。光素子（ＬＤ）３をアッ
プサイドダウンで搭載したときの光素子（ＬＤ）３のコ
ア中心から凸部４の上面までの高さ（Ｌ＋ｇ）は８μｍ
となり、よって、両者の高さの差｛（ｄu＋ｄc／２）−
（Ｌ＋ｇ）｝より、凸部４の高さｈは５μｍに設定して
ある。このように設定したので、図１においては、凸部
４が高さ基準面として機能しているのである。

【００４１】本実施例１の最も特徴的なことは、前述の
ように、凸部４上の光素子搭載部は、すべての光導波路
層が除去されていることにある。特に、凸部４の近傍で
は、凸部４の側面の傾斜側壁４０にも石英系光導波路２
が形成されない構造である。このような構造は、図１４
に示す従来構造、すなわち、凸状のテラス部４’の傾斜
側壁４０に光導波路２’が形成される構造と比較して、
基板１及び光導波路２への応力集中が防止できるという
効果がある。

【００４２】すなわち、傾斜面に熱膨張係数の異なる石
英系光導波路が形成されていると、この領域では、他の
平坦領域とは異なる方向の応力が発生することになるた
めに、傾斜側壁４０では基板１に応力集中が発生する傾
向にあった。本実施例１の構造により、この応力集中が
防止できる。

【００４３】図２は、本実施例１（図１）のハイブリッ
ド光集積用実装基板の作製方法を説明するための各工程
における各部の断面図であり、（ａ）図は基板加工工程
時の断面図、（ｂ）図，（ｃ）図は光導波路形成工程時
の断面図、（ｄ）図は光素子搭載部形成工程時の断面
図、（ｅ）図は電気配線形成工程時の断面図である。図
３は、図２の（ｅ）図における電気配線部の拡大図であ
る。

【００４４】本実施例１のハイブリッド光集積用実装基
板の作製は、図２の（ａ）図に示すように、光素子搭載
部を有する凸部４を形成する部分のＳｉ基板１上に、金
（Ａｕ）からなるマスク１０を用いて水酸化カリウム
（ＫＯＨ）水溶液の異方性エッチングにより光素子搭載
部を有する凸部４を形成する。凸部４の高さｈは５μｍ
に設定した。

【００４５】次に、（ｂ）図に示すように、火炎堆積法
（ＦＨＤ法）により、前記のアンダークラッド層５及び
コア層７の堆積を連続して行い、そして、フッ素系ガス
を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ法）によりコ
ア層７のパターン化を行う。その後、（ｃ）図に示すよ
うに、オーバークラッド層８を堆積して光導波路２を形
成する。この光導波路形成工程において、アンダークラ
ッド層５の膜厚ｄuを１０μｍ、コア層の厚さｄcを６μ
ｍ、その幅を６μｍ、オーバークラッド層８の膜厚を２
０μｍに設定した。

【００４６】なお、前記光導波路形成工程において、光
導波路２の表面には凸部４の段差によって若干の高低が
生じる。この高低が激しい場合には、（ｃ）図における
コアパターン化工程において、パターン精度が著しく劣
化することになる。

【００４７】しかし、本実施例１のように、アンダーク
ラッド層５の厚さを可能な限り薄くし、かつ、これに対
応して光素子搭載部を有する凸部４の高さを低く設定す
ることにより、この問題は解決され、従来のような基板
研磨を必要としなくなった。

【００４８】次に、（ｄ）図に示すように、反応性イオ
ンエッチング（ＲＩＥ）法により、光導波路（石英系光
導波路）２をエッチングして、凸部４及び凹部表面を露
出させる。この後、（ｅ）図及び図３に示すように、凸
部４及び凹部表面に１μｍ厚の絶縁層９ａ、１μｍ厚の
導体パターン９ｂ及び３μｍ厚の半田膜９ｃからなる電
気配線９を形成した。したがって、光素子搭載部を有す
る凸部４の表面から電気配線９の表面までの高さｇは５
μｍとなる。

【００４９】この結果、電気配線９の面から光導波路
（石英系光導波路）２のコア７の中心までの高さは、次
式の〔数２〕により３μｍとなる。

【００５０】

【数２】（ｄu＋ｄc/２）−（ｈ＋ｇ）＝３ したがって、この凸部４上に、図３に示すように、素子
表面から活性層までの高さＬを３μｍに設定した光素子
（ＬＤ）３を搭載すると、光導波路（石英系光導波路）
２との高さ方向の位置合わせが無調芯で完了する。

【００５１】ここで、本実施例１においては、凸部４の
形成にＫＯＨによるウエットエッチング、導波路作製に
ＦＨＤ法を用いているが、この作製方法に何ら限定され
るものではなく、例えば、基板１の凹凸加工にはフッ素
系ガスによるＲＩＥを用い、また、光導波路作製におい
ては、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）を用いることも可能
である。なお、この場合には、Ｓｉ基板凸部の形状は、
本実施例１のように傾斜側壁４０を有するものではな
く、垂直な側壁を持つことになる。また、基板１の材料
としてＳｉを、光導波路用ガラス材料として石英系ガラ
スを用いているが、これらの材料に対しても何ら限定さ
れるものはなく、例えば、基板１として機械加工により
凸部４を形成したアルミナ基板を、光導波路２の材料と
して多成分ガラス、高分子薄膜等の各種誘電材料を用い
ることも可能である。

【００５２】（実施例２）図４は、本発明のハイブリッ
ド光集積用実装基板の実施例２の概略構成を示す図であ
る。本実施例２のハイブリッド光集積用実装基板は、図
４に示すように、基板１の材料としてＳｉを用い、光導
波路２として石英系導波路を用いた実装基板の作製に際
し、光素子３のコアの高さの異なる複数の光素子のハイ
ブリッド光集積に対応して、高さの異なる複数の凸部４
ａ，４ｂを形成した例であり、本実施例２では複数の光
素子３として半導体レーザダイオード（ＬＤ）とフォト
ダイオード（ＰＤ）１１の２素子の集積化を行った。

【００５３】図５は、本実施例２のハイブリッド光集積
用実装基板の作製方法を説明するための各工程における
各部の断面図である。本実施例２のハイブリッド光集積
用実装基板の作製方法は、図５に示すように、最初に、
基板１上にＬＤ（光素子）３とＰＤ１１に対応してそれ
ぞれ高さの異なる凸部４ａ，４ｂの形成を行う。ここ
で、光導波路２及びＬＤ３の構造は、前記実施例１と同
じとし、ＰＤ１１のコア３ａの高さを５μｍに設定する
と、凸部４ａ，４ｂの高さは、ＬＤ３とＰＤ１１に対応
してそれぞれ５μｍと３μｍとなる。複数の凸部４ａ，
４ｂの形成は、凸部高さの大きいものから加工を行い、
まず、（ａ）図に示すように、ＬＤ用凸部４ａを作製す
る部分に金（Ａｕ）からなるマスク１０ａを形成し、両
者の凸部高さの差の２μｍだけエッチングする。次に、
（ｂ）図に示すように、ＰＤ用凸部４ｂを作製する部分
にも金（Ａｕ）からなるマスク１０ｂを形成した後、３
μｍのエッチングを行い、両凸部４ａ，４ｂ共に所定の
高さとする。後は、実施例１と同様の工程により実装基
板の作製を行う（図５のｃ）。

【００５４】本実施例２においては、２つの凸部４ａ，
４ｂを有する場合を示したが、最初に複数の高さからな
る凸部を形成しておきさえすれば、後工程で高さ調整を
することなく複数の光素子３を搭載することが可能であ
り、この構造は既存のマイクロマシン技術を適用するこ
とにより容易に作製可能である。

【００５５】（実施例３）図６は、本発明のハイブリッ
ド光集積用実装基板の実施例３の概略構成を示す図であ
り、（ａ）図は上から見た平面図、（ｂ）図は（ａ）図
のＣ−Ｃ線で切った断面図、（ｃ）図は（ａ）図のＢ−
Ｂ線で切った断面図である。

【００５６】本実施例３のハイブリッド光集積用実装基
板は、図６に示すように、基板１の材料としてＳｉを、
光導波路２として石英系導波路を用いた実装基板の作製
に際し、凸部４上へ光ファイバ１２をガイドする光ファ
イバ用ガイド溝１３の形成を行った例である。

【００５７】図７は、本実施例３のハイブリッド光集積
用実装基板の作製方法を説明するための各工程における
各部の断面図である。本実施例３のハイブリッド光集積
用実装基板の作製方法は、まず、図７の（ａ）図に示す
ように、光素子搭載部を有する凸部及び光ファイバ用ガ
イド溝１３を形成する部分を金（Ａｕ）からなるマスク
１０でカバーし、１０μｍ高さの凸部４を形成する。

【００５８】次に、図７の（ｂ）図に示すように、前記
カバーしていた凸部４上にＫＯＨの異方性エッチングに
より、図６の（ｂ）図に示すようなＶ状の光ファイバ用
ガイド溝１３を形成する。ここで、凸部４の上面から光
導波路２のコア７の中心まで８μｍであり、光ファイバ
１２の外径は１２５μｍであるから、凸部４の上面に１
５６μｍ幅の窓を開けて異方性エッチングを行う。

【００５９】続いて、図７の（ｃ）図に示すように、前
記実施例１と同様の工程により光導波路２の形成から電
気配線９の形成までの工程を行い、そして最後に図７の
（ｄ）図に示すように、ダイシングソーにより前記光導
波路２の光ファイバ接続端面１４を形成する。

【００６０】本実施例３においては、予め基板１上に光
ファイバ用ガイド溝１３を形成しておき、その後、前記
実施例１と同様のガラス膜の堆積やエッチング加工を施
しているが、フッ素系ガスを用いてエッチングを行った
場合、Ｓｉとガラスの大きなエッチング選択比によりＳ
ｉがエッチングストップ面として働くため、形状の変形
が起こらず高精度なガイド溝が作製でき、本実施例３に
おいても過剰損失０．３ｄＢ以下での接続が実現でき
た。

【００６１】（実施例４）図８は、本発明のハイブリッ
ド光集積用実装基板の実施例４の概略構成を示す図であ
り、（ａ）図は集積構造図、（ｂ）図はＬＤ表面の電極
構造図、（ｃ）図は凸部上の形成されたアライメントマ
ーカーを示す図である。

【００６２】図８に示す実施例４のハイブリッド光集積
用実装基板は、基板１の材料としてＳｉを用い、光導波
路２として石英系導波路を用いた実装基板の作製に際
し、光素子搭載部を有する凸部４の表面に形成した光素
子アライメント用マーカー１５とＬＤ３上に形成された
電極パターン１６を合わせてパッシブアライメント法に
よりハイブリッド光集積を行った例である。

【００６３】図９は、本実施例４のハイブリッド光集積
用実装基板の作製方法を説明するための各工程における
各部の断面を示す断面図である。本実施例４のハイブリ
ッド光集積用実装基板の作製方法は、まず、最初に、図
９の（ａ）図に示すように、Ｓｉ基板１上にアライメン
ト用マーカー１５を形成する。次に、図９の（ｂ）図に
示すように、マーカーを形成した部分を金（Ａｕ）から
なるマスク１０でカバーしながら、光素子搭載位置に凸
部４を形成する。その後、図９の（ｃ）図に示すよう
に、前記実施例１と同様の工程により実装基板の作製を
行う。

【００６４】本実施例４においては、１番最初に基板１
が平坦な段階でアライメント用マーカー１５の形成を行
っているので、寸法／形状共に高精度な加工が可能であ
り、また、前記実施例３と同様に後工程での変形も見ら
れず、サブミクロンでの光素子３と実装基板の位置合わ
せが実現できた。

【００６５】（実施例５）図１０は、本発明のハイブリ
ッド光集積用実装基板の実施例５の概略構成を示す図で
あり、（ａ）図は集積化構造を示す図、（ｂ）図は電極
構造を示す図である。

【００６６】図１０に示す実施例５のハイブリッド光集
積用実装基板は、基板１の材料としてＳｉを用い、光導
波路２として石英系導波路を用いた実装基板の作製に際
し、光素子搭載部を有する凸部４の近傍に誘電体層１７
を配置してこの上に電気配線９を形成することにより、
高周波電気特性の改善を図った例である。

【００６７】図１１は、本実施例５のハイブリッド光集
積用実装基板の作製方法を説明するための各工程におけ
る各部の断面図である。本実施例５のハイブリッド光集
積用実装基板の作製方法は、図１１の（ａ）図に示すよ
うに、光素子搭載部のガラス膜除去までは実施例１の工
程と同様である。次に、図１１の（ｂ）図に示すよう
に、光素子搭載部４のＳｉ凸部の横に２０μｍ厚のポリ
イミド層１８を形成し、図１１の（ｃ）図に示すよう
に、そのポリイミド層１８の上にコプレーナー型の電気
配線９を形成した後、最後にＬＤ３ａを搭載した。これ
によりＳｉ基板１上に薄い絶縁膜を介して直接電気配線
９を形成する場合に比較して高周波特性が大幅に改善さ
れ、搭載したＬＤ３の１ギガビット／秒（Ｇｂｉｔ／
ｓ）以上での駆動が可能である。

【００６８】（実施例６）図１２は、本発明のハイブリ
ッド光集積用実装基板の実施例６の概略構成を示す図で
あって、基板１の材料としてＳｉを用い、光導波路２と
して高分子導波路１９を用いた本実施例６のハイブリッ
ド光集積用実装基板を作製し、ＬＤ３のハイブリッド光
集積を行った例である。ここで、本実施基板の作製工程
は、前記実施例１に記載されている工程の中で、ＦＨＤ
法による石英系ガラス堆積の代わりにスピンコート法に
よる高分子導波膜形成を、ＲＩＥ法に用いるガスをフッ
素系から酸素に代えることにより同様の工程で作製され
る。

【００６９】なお、従来の研磨を用いた作製方法では、
光導波路２の材料として有機材料を用いることが困難で
あったが、本発明においては、基板研磨を行わないの
で、光導波路２の材料として有機材料を使用することが
可能であり、また、この成膜にはスピンコート法を用い
ることが可能である。これにより、実装基板作製におい
て大幅な経済性の向上が可能である。

【００７０】以上、本発明を、前記実施例に基づき具体
的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変
更可能であることは勿論である。

【００７１】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を以下に簡単に説明す
る。

【００７２】（１）基板の凸部及び凹部上は光導波路が
除去されており、かつ、光導波路は基板凸部とは接触し
ない様に配置したので、従来構造で懸念された基板凸部
底部での応力集中の発生が抑制できる。

【００７３】（２）高さの異なる複数種類の凸部を、基
板の光素子搭載位置に設けることにより、構造の異なる
複数種類の光素子を同一光実装基板上に搭載することが
可能となる。

【００７４】（３）基板の光素子搭載部を形成する位置
に、光素子を配置した際にそのコア中心の位置と光導波
路のそれが一致するように高さを設定された凸部を予め
形成しておき、その後、順次導波膜の形成／加工、及
び、搭載部の加工を行い、露出した凸部上面を基準面と
して用いてその上に光素子を配置することにより、高精
度な高さ方向アライメントを行うので、従来の実装基板
作製に必須であった研磨工程を用いないで実装基板の作
製を容易に行うことができる。

【００７５】（４）研磨工程が不要であるので、研磨自
体に起因する表面劣化等の問題も解決できる。更に、従
来の実装基板作製では、研磨を用いた場合、その研磨量
の精密な制御ができないため、ファイバガイド溝や光素
子搭載用の位置合わせマーカー等の精度を必要とする構
造物を予め基板上に形成することができなかったが、本
発明においては、研磨工程が不要であるので、ファイバ
ガイド溝や光素子搭載用の位置合わせマーカー等の精度
を必要とする構造物を予め基板上に形成することが可能
となり、特に、基板材料としてＳｉを用いた場合は、既
存のマイクロマシン技術を駆使することにより高精度構
造の作製が可能となる。

【００７６】（５）従来の研磨を用いた実装基板作製に
おいては、光導波路材料としての使用が困難であった有
機材料に関しても、研磨工程が不要であるので、使用可
能となる。

【００７７】（６）前述の効果により、複雑な工程を必
要とする研磨が省けるので、大幅な経済性の向上が期待
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のハイブリッド光集積用実装基板の実
施例１の概略構成を示す図である。

【図２】 本実施例１のハイブリッド光集積用実装基板
の作製方法を説明するための各工程における各部の断面
図である。

【図３】 図２の（ｅ）図における電気配線近傍の拡大
図である。

【図４】 本発明のハイブリッド光集積用実装基板の実
施例２の概略構成を示す図である。

【図５】 本実施例２のハイブリッド光集積用実装基板
の作製方法を説明するための各工程における各部の断面
図である。

【図６】 本発明のハイブリッド光集積用実装基板の実
施例３の概略構成を示す図である。

【図７】 本実施例３のハイブリッド光集積用実装基板
の作製方法を説明するための各工程における各部の断面
図である。

【図８】 本発明のハイブリッド光集積用実装基板の実
施例４の概略構成を示す図である。

【図９】 本実施例４のハイブリッド光集積用実装基板
の作製方法を説明するための各工程における各部の断面
を示す断面図である。

【図１０】 本発明のハイブリッド光集積用実装基板の
実施例５の概略構成を示す図である。

【図１１】 本実施例５のハイブリッド光集積用実装基
板の作製方法を説明するための各工程における各部の断
面を示す断面図である。

【図１２】 本発明のハイブリッド光集積用実装基板の
実施例６の概略構成を示す図である。

【図１３】 従来のハイブリッド光集積用実装基板の問
題点を説明するための図である。

【図１４】 従来のハイブリッド光集積用実装基板の作
製方法の問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１…基板、２…光導波路、３…光素子（ＬＤ）、１１…
光素子（ＰＤ）、４，４ａ，４ｂ…凸部（テラス部）、
３ａ，５…アンダークラッド層、３ｂ，７…コア、３
ｃ，８…オーバークラッド層、９…電気配線、９ａ…絶
縁用ＳｉＯ₂膜、９ｂ…導電パターン、９ｃ…半田膜、
１０，１０ａ，１０ｂ…金からなるマスク、１２…光フ
ァイバ、１３…光ファイバ用ガイド溝、１４…光ファイ
バ接続端面、１５…凸部上光素子アライメントマーカ
ー、１６…光素子上電極マーカー、１７…誘電体層、１
８…ポリイミド層、１９…高分子導波路、４０…斜面側
壁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安 光保 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 日比野 善典 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 鈴木 扇太 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一部に光素子を搭載する凸部を有する平
   坦な基板と、該基板上に設けられたクラッドと、該クラ
   ッドに囲まれた当該クラッドより屈折率の高いコアより
   なる光導波路より構成されたハイブリッド光集積用実装
   基板であって、前記光導波路が前記基板の平坦な部分上
   に形成されてなることを特徴とするハイブリッド光集積
   用実装基板。
2. 【請求項２】 前記基板の凸部上面及び凹部上に電気配
   線が形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の
   ハイブリッド光集積用実装基板。
3. 【請求項３】 前記基板の凹部には誘電体層が設けら
   れ、前記基板の凸部上面及び誘電体層上に電気配線が形
   成されてなることを特徴とする請求項１に記載のハイブ
   リッド光集積用実装基板。
4. 【請求項４】 一部に光素子を搭載する凸部を有し、底
   面から高さＬのところに活性層又はコア層の中心を有す
   る光素子を搭載する基板と、該基板上に設けられたクラ
   ッドと、該クラッドに囲まれた当該クラッドより屈折率
   の高いコアよりなる光導波路より構成されたハイブリッ
   ド光集積用実装基板であって、前記基板の凹部には誘電
   体層が設けられ、前記基板の凸部上面及び誘電体層上に
   電気配線が形成されてなり、前記凸部上面の高さと凹部
   の高さとの差をｈ、前記基板の凸部上面には半田層が設
   けられ、該半田層の最上部の高さと前記基板の凸部上面
   の高さとの差をｇ、前記クラッドのアンダクラッド層の
   厚さをｄu、前記コア層の厚さをｄcとしたとき、Ｌ＝
   （ｄu＋ｄc／２）−（ｈ＋ｇ）なる関係を満たす構成と
   なっていることを特徴とするハイブリッド光集積用実装
   基板。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のうちいずれか１項に記
   載のハイブリッド光集積用実装基板における凸部を複数
   有し、該複数の凸部のうち少なくとも１つは他の凸部と
   高さが異なることを特徴とするハイブリッド光集積用実
   装基板。
6. 【請求項６】 前記基板がシリコン基板であることを特
   徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のハ
   イブリッド光集積用実装基板。
7. 【請求項７】 凹部及び凸部を有する基板の凹部領域上
   にアンダークラッド層、コアパターン、及びオーバーク
   ラッド層からなる光導波路を設け、前記凸部を含む領域
   を光素子搭載部とし、該光素子搭載部上に電気配線を有
   するハイブリッド光集積用実装基板の作製方法であっ
   て、前記基板に凹部及び凸部を形成する基板加工工程
   と、前記基板上の全面に所定の厚さのアンダークラッド
   層を形成した後、該アンダークラッド層上に所定形状の
   コアパターンを形成し、その後、該基板全面にオーバー
   クラッド層を形成する光導波路形成工程と、前記基板の
   凹部以外の領域の前記光導波路を除去する工程と、前記
   凸部の光素子搭載部上に電気配線パターンを形成する電
   気配線形成工程とを備えたことを特徴とするハイブリッ
   ド光集積用実装基板の作製方法。
8. 【請求項８】 凹部及び凸部を有する基板の凹部領域上
   にアンダークラッド層、コアパターン、及びオーバーク
   ラッド層からなる光導波路を設け、前記凸部を含む領域
   を光素子搭載部とし、該光素子搭載部上に電気配線を有
   するハイブリッド光集積用実装基板の作製方法であっ
   て、前記基板に凹部及び凸部を形成する基板加工工程
   と、前記基板上の全面に所定の厚さのアンダークラッド
   層を形成した後、該アンダークラッド層上に所定形状の
   コアパターンを形成し、その後、該基板全面にオーバー
   クラッド層を形成する光導波路形成工程と、前記基板の
   凹部以外の領域の前記光導波路を除去する工程と、前記
   基板凹部領域上に誘電体層を形成した後、前記基板凸部
   上面及誘電体層上に電気配線パターンを形成する電気配
   線形成工程とを備えたことを特徴とするハイブリッド光
   集積用実装基板の作製方法。
9. 【請求項９】 前記基板加工工程において、前記基板の
   凸部上に光ファイバ用ガイド溝を形成することを特徴と
   する請求項７又は８に記載のハイブリッド光集積用実装
   基板の作製方法。
10. 【請求項１０】 前記基板加工工程において、前記基板
    の凸部上面もしくは基板凹部面に光素子搭載時の位置決
    め用マーカーもしくはフォトマスク合わせ用マーカーを
    形成することを特徴とする請求項７乃至９のうちいずれ
    か１項に記載のハイブリッド光集積用実装基板の作製方
    法。
11. 【請求項１１】 前記基板加工工程がシリコン基板にア
    ルカリエッチング液を用いた異方性エッチングにより傾
    斜側壁を有する基板凸部及び凹部を形成する工程からな
    ることを特徴とする請求項７乃至１０のうちいずれか１
    項に記載のハイブリッド光集積用実装基板の作製方法。