JPH11248953A - マイクロレンズ付き光導波路およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光素子との接続効率が高く、クロストークも
低いマイクロレンズ付き光導波路およびその製造方法を
提供することを課題とする。 【解決手段】 光導波用のコア、当該コアを取り囲む光
閉じ込め用のクラッドおよびコアへ光の入出射を行う光
入出射用の端面からなる埋込型の光導波路と当該光導波
路の表面に設けられた集光用のマイクロレンズよりなる
マイクロレンズ付き光導波路であって、（イ）光入出射
用の端面の少なくとも一方の端面が、光の進行方向を変
更させるように楔型に形成された楔型端面であり、
（ロ）かつマイクロレンズが、(a) 端面の一方のみが楔
型端面である場合は、当該楔型端面へ光の入出射を行う
光入出射部、もしくは、(b) 端面の両方が楔型端面であ
る場合は、当該楔型端面の少なくとも一方の光入出射
部、のいずれか一方の位置に設けられていること、を解
決手段とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光素子との接続効
率が高いマイクロレンズ付き光導波路およびその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光導波路と光ファイバーや光素子の接続
には、接続損失が小さく小型軽量で作業性に優れ、かつ
信頼性の高いことが要求される。

【０００３】たとえば、碓氷他著「1997年電子情報通信
学会通信ソサイエテイ大会講演論文集B −10−133 」に
は、ポリマー光導波路とフォトダイオード（ＰＤ；Phot
oDiode)、あるいは面発光レーザー（VCSEL ；Vertical
Cavity Surface EmittingLaser ）との光結合構造が述
べられている。図１０は、この報告に示されたポリマー
光導波路とＰＤとの光結合構造の例を示す断面図であ
る。図中、基板１９上に固定されたＰＤ５１は、基板上
の電極５３と金線５２でワイヤーボンディングされ電気
的に接続されている。このコア１１とクラッド１２から
なる埋込型のポリマー光導波路１０は、図１の左側の光
入出射用の端面から光を入射させ、斜めに切断された楔
型端面１０ａで光路を９０度曲げられＰＤ５１の表面に
光を照射するように位置合わせされた後、基板１９上の
固定用台座５０に固定される。面発光レーザーとの光結
合の場合も同様であるが、レーザーから出射した光が斜
め切断された楔型端面１０ａの光入出射部１４から光導
波路１０に入射することになる。この例では、光導波路
１０がポリマーでありフレキシブルで取り扱いやすいと
いう利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリマ
ー光導波路から出射する光が光素子に到達するまでに広
がるため、ＰＤでの受光効率が低下する、あるいは半導
体レーザ（ＬＤ；LaserDiode ）からの光がポリマー光
導波路に充分入射しない、さらには、光導波路が隣接す
る場合は、隣り合うＰＤあるいはＬＤへ光結合してクロ
ストークが増加するという問題があった。

【０００５】本発明の目的は、光素子との接続効率が高
くクロストークも低いマイクロレンズ付き光導波路およ
びその製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の請求項１では、光導波用のコア、当該コア
を取り囲む光閉じ込め用のクラッドおよび前記コアへ光
の入出射を行う光入出射用の端面からなる埋込型の光導
波路と当該光導波路の表面に設けられた集光用のマイク
ロレンズよりなるマイクロレンズ付き光導波路であっ
て、（イ）前記光入出射用の端面の少なくとも一方の端
面が、光の進行方向を変更させるように楔型に形成され
た楔型端面であり、（ロ）かつ前記マイクロレンズが、
a 前記端面の一方のみが前記楔型端面である場合は当該
楔型端面へ前記光の入出射を行う光入出射部、もしく
は、b 前記端面の両方が前記楔型端面である場合は当該
楔型端面の少なくとも一方の前記光入出射部、のいずれ
か一方の位置に設けられていることを特徴とするマイク
ロレンズ付き光導波路を提案する。これによれば、光導
波路を導波してきて楔型端面で進行方向を変えられた光
が、光導波路表面から出射する際にマイクロレンズを通
ることにより集光され、効率よくＰＤなどの光素子に入
射する。あるいはＬＤなどの光素子からの光がマイクロ
レンズを介することにより集光されて効率よく光導波路
に入射することになる。また、光導波路の両端にマイク
ロレンズを設けた場合は、当該光導波路が２つの光素子
を効率よくブリッジする役割を持つ構成とすることがで
きる。

【０００７】また、請求項２では、請求項１記載のマイ
クロレンズ付き光導波路が、前記コア、前記光入出射用
の端面および前記マイクロレンズよりなる以下のａから
ｃの光導波ユニットのうち、任意の当該光導波ユニット
を組み合わせて前記クラッドに複数個並設して一体とな
したことを特徴とするマイクロレンズ付き光導波路を提
案する。 a) 前記端面のうち一方のみが前記楔型端面であり、前
記マイクロレンズが当該楔型端面の前記光入出射部に設
けられている光導波ユニット b) 前記端面の両方が前記楔型端面であり、前記マイク
ロレンズが両方の当該楔型端面の前記光入出射部に設け
られている光導波ユニット c) 前記端面の両方が前記楔型端面であり、前記マイク
ロレンズがいずれか一方の前記楔型端面の前記光入出射
部にのみ設けられている光導波ユニット これによれば、光導波路同士を近接して設ける場合で
も、上記のとおり光素子と光導波路の結合効率が高いの
で、近接する導波路間での光の漏れ、すなわちクロスト
ークも小さくなり、接続効率の優れた小型の光導波路を
確実に提供することが出来る。さらに、多様な組み合わ
せを持った光導波路を提供することも可能となる。

【０００８】また、第１項記載のマイクロレンズが、当
該光導波路を構成する材料と同一の材料で形成されてい
ることを特徴とする光導波路を提案する（請求項３）。
即ち、光導波路と同じ材料でマイクロレンズを作製する
ことにより、たとえば屈折率の違いによる反射、熱膨張
率の違いによる応力の発生などを防ぐことができるの
で、信頼性に優れた素子を確実に提供することが出来
る。

【０００９】さらに、前記マイクロレンズの形成された
光導波路表面が、レンズ材とは異なる屈折率の材料でさ
らに覆われ、平坦化されていることを特徴とする光導波
路を提案する（請求項４）。即ち、光導波路表面に電極
を形成して、光素子を位置合わせし、半田などで固定す
る場合には、光導波路表面が平坦であることがきわめて
重要であるが、これによれば、マイクロレンズを備えた
光導波路表面をレンズ材とは異なる屈折率の材料で平坦
化することにより、マイクロレンズの集光作用を保った
まま、光導波路と光素子を固定することが容易になる。

【００１０】さらに、請求項５ではマイクロレンズが屈
折率分布型レンズであることを特徴とする光導波路を提
案する。屈折率分布型のマイクロレンズを用いれば、ク
ラッド材中に直接マイクロレンズを作成することができ
るので、マイクロレンズを備えても光導波路表面は平坦
であり、あらためて平坦化工程を経ずに済むという利点
がある。

【００１１】また、請求項６ではフツ素化ポリイミドで
光導波路のコアおよびクラッドを形成することを提案す
る。このように、マイクロレンズを備えた光導波路をフ
ツ素化ポリイミドで形成することにより、耐熱性が高く
低損失なフツ素化ポリイミド光導波路に、光素子との結
合性の高さを付け加えることができ、フィルム光導波路
の形で使用する用途においても、フィルム導波路本来の
フレキシビリティを損なわずに、光素子との結合効率を
高めることができる。

【００１２】請求項７乃至請求項１０では、前記マイク
ロレンズ付光導波路の製造方法を提案するが、請求項７
は、光導波路を作製した後、光導波路表面にレンズ材を
塗布しマイクロレンズを形成するマイクロレンズ付き光
導波路の製造方法を提案する。この製造方法によれば、
光導波路の完成後にマイクロレンズを作るため、マイク
ロレンズを持たない既存の光導波路にマイクロレンズを
新たに設けることも容易に行うことができる。また、マ
イクロレンズの核となるべきレンズパターンをたとえば
フォトリソグラフイで形成した後、改めてレンズ材を塗
布することにより、レンズパターンをレンズ材が滑らか
に覆い、容易にレンズ形状である滑らかな凸形状を形成
するのに利用できる。このときマイクロレンズの形状
は、核となるレンズパターンの大きさと高さ、塗布され
るレンズ材の粘度などにより決まり、その位置はフォト
リソグラフイでのマスク位置で決まる。したがって、こ
れらのパラメーターを調整することにより、所望の集光
性能を持ったマイクロレンズを再現性よく作製すること
ができる。

【００１３】また、請求項８は、光導波路の作製途中に
マイクロレンズを作り込む方法を提案する。これによれ
ば、マイクロレンズの核となるレンズパターンを埋込型
光導波路の上部クラッド層を直接エッチングすることで
形成できるので、レンズパターンを作成するためのレン
ズ材塗布工程が不要となり、製造コストを低減すること
ができる。なお、コア層を加工することでも同様にレン
ズ形状を形成することができるが、反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ；Reactive Ion Etching）等のエッチング
でコア表面が荒らされるために、光の導波損が増える可
能性が高い。したがって、導波損を増やさないために
は、コアに直接接触しないクラッド層での加工が望まし
いわけである。

【００１４】また、請求項９に示される製造方法では、
連続的に厚みが変化するマスクパターンを使って光導波
路表面にレンズ形状を形成する方法を提案する。これに
よれば、エッチング用のマスクの厚みを連続的に変化さ
せ、このマスクを介してＲＩＥなどの手法で光導波路を
エッチングすることにより、レンズパターンを作成する
ことなく光導波路表面に直接マイクロレンズを形成する
ことができる利点がある。

【００１５】最後に、請求項１０は、屈折率分布型のレ
ンズ形成に電子線、あるいは紫外線照射を利用する方法
である。これによれば、光導波路が電子線あるいは紫外
線の照射で屈折率が変化する材料でできていれば、容易
にマイクロレンズを形成することが可能である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図面によって本発明の実施の形態
を説明する。

【００１７】◎第1 実施形態 まず、本発明における第１実施形態について説明する。
図１は、この発明に係る第１実施形態におけるマイクロ
レンズ付き光導波路を示す図である。図２は、第１実施
形態における光導波ユニットを示した図である。図３
は、第１実施形態における第１の製造方法によるマイク
ロレンズ付き光導波路の製造工程を示す断面図である。
図４は、第１実施形態における第２の製造方法によるマ
イクロレンズ付き光導波路の製造工程を示す断面図であ
る。図５は、第１実施形態における連続的に厚みが変化
したマスクパターンを用いた第３の製造方法によるマイ
クロレンズ付き光導波路の製造工程を示す断面図であ
る。図６は、第１実施形態における連続的に厚みが変化
したマスクパターンを用いた第３の製造方法によるマイ
クロレンズの製造工程を示す断面図である。図９は、第
１実施形態におけるマイクロレンズ作成のためのレンズ
パターン形成の斜視図である。

【００１８】図1 によりこの発明に係る第１実施形態の
マイクロレンズ付き光導波路の構造を説明する。 （ア） 図１に示すマイクロレンズ付き光導波路１を構
成する光導波路１０は、コア１１とそれを取り囲むクラ
ッド１２およびコアの両端に位置する光入出射用の端面
からなる埋込型の光導波路である。コア１１は光を導波
する役割を果たし、クラッド１２はコア内に光を閉じ込
める役割を果たし、光入出射用の端面はコア１１に光を
入射もしくは出射する役割を果たす。この光導波路１０
は、たとえば屈折率の異なる２種類のフツ素化ポリイミ
ドで形成され、高い屈折率を持つ材料で構成されるコア
１１とこれより低い屈折率の材料で構成されるクラッド
１２の屈折率差は約１％であるが、用途によっては、こ
れよりも屈折率差が大きい場合も小さい場合もあり、状
況によって適宜選択される。なお、コア１１の数は必要
に応じて相当数とし、クラッド１２の中に並設される。

【００１９】（イ） 光導波路１０の光入出射用の端面
の少なくとも一方は光の進行方向を変えるように楔型に
形成された楔型端面１０ａである。この楔型端面１０ａ
はダイシングなどにより光導波路１０の端面を切断する
ことにより形成される。この楔型端面１０ａの切先の角
度を４５度とすれば、光の進行方向は９０度変えられる
ことになり、実用上はこの角度が採用される。以下、切
先の角度をおおよそ４５度にした場合について説明する
が、この角度に限定されるものではない。ここで、本発
明において端面とは、コアを切断する位置にある端面を
いい、コアに沿った側の端面を指すものではない。な
お、楔型端面１０ａを設けた場合の光の入出射は、楔型
に切断された切断面からではなく、光が切断面で反射さ
れるため、図１などに示す光導波路の表面１０ｂに位置
する光入出射部１４から行なわれる。

【００２０】（ウ） マイクロレンズ１３は、楔型端面
１０ａの光入出射部１４に設けられるが、楔型端面１０
ａが２つある場合はこれの双方もしくはいずれか一方に
位置するように設けられる。このマイクロレンズ１３
は、コア１１に入射する入射光１５´および出射する出
射光１５を集光するために設けられるが、入射光１５´
用と出射光１５用の区別はなく、どちらの用途にも用い
ることができる。即ち、本発明においては、光の入射を
行う部分と光の出射を行う部分に特段の区別はない。な
お、出射光１５（入射光１５´）の中心とマイクロレン
ズ１３の中心とが一致するように、即ち両者の光軸が一
致するように両者を配置すると、光は広がりを抑えられ
て集光され、その先に位置するＰＤなどの素子に受光さ
れる。また、たとえばＬＤなどからの入射光１５´がマ
イクロレンズ１３を介して光導波路１０に入射する場合
も、無駄無く集光されるため高効率な光結合特性が得ら
れる。

【００２１】また、本発明のマイクロレンズ付き光導波
路１は、構造的には、以下のａからｃの光導波ユニット
単体として形成される場合と、任意の光導波ユニットを
組み合わせてクラッドに複数個並設して一体として形成
される場合がある。 a) 端面のうち一方のみが楔型端面１０ａであり、マイ
クロレンズ１３が楔型端面の光入出射部１４に設けられ
ている光導波ユニット（図2 （ａ）） b) 端面の両方が楔型端面１０ａであり、マイクロレン
ズ１３が両方の楔型端面の光入出射部１４に設けられて
いる光導波ユニット（図2 （ｂ）） c) 端面の両方が楔型端面１０ａであり、マイクロレン
ズ１３がいずれか一方の楔型端面の光入出射部１４にの
み設けられている光導波ユニット（図２（ｃ）） 光導波ユニットを組み合わせる場合は、その組み合わせ
は、周期的であっても非周期的であっても、同一のユニ
ットを組み合わせたものでも構わない。ちなみに光導波
路１０は、通常３から１０程度の光導波ユニットからな
る。なお、ａの光導波ユニットには、光は通常の端面か
ら入射（出射）され、マイクロレンズ１３を設けた光入
出射部１４から出射（入射）されることになる。また、
ｂの光導波ユニットは、当該光導波路１０がＰＤやＬＤ
などの光素子同士を最も効率良くブリッジする役割を果
たすことになる。

【００２２】なお、マイクロレンズ付き光導波路１のサ
イズは用途によっても異なるが、その一例をあげるとシ
ングルモード用のものでコア１１の幅が約８μｍ、マイ
クロレンズ１３の直径が１０から数十μｍ、コア１１同
士の間隔（ピッチ）が約２５０μｍでありマイクロレン
ズ１３を並設するのに充分な間隔が採用される。また、
マイクロレンズ１３の厚さは、通常はマイクロレンズの
直径と同じ程度かこれよりも小さな値をとるが、これも
用途により直径よりも大きな値をとる場合もあり、マイ
クロレンズとＰＤなどの光素子との距離や、その間にあ
る媒体の屈折率などによって適宜選択される。

【００２３】このようなマイクロレンズ付き光導波路の
製造方法（第１の製法）の例を図３により説明する。 （ア） まず、シリコンなどの基板１９上にスピンコー
トなどの手法により、たとえばフツ素化ポリイミドから
なる下部クラッド層１２ａを形成する（図３（ａ））。

【００２４】（イ） その上にたとえば下部クラッド層
１２ａよりも高い屈折率を持ったフツ素化ポリイミドの
コア層１１ａを形成した後（図示せず）、フォトリソグ
ラフィーとＲＩＥなどの手法でバターニングしコア１１
を必要数下部クラッド層１２ａの上に形成する（図３
（ｂ））。これにより形成されるコア１１の断面形状は
矩形となる。

【００２５】（ウ） 次に、その上に上部クラッド層１
２ｂを形成して埋込型の光導波路１０とする（図３
（ｃ））。

【００２６】（エ） さらに、以下の工程でマイクロレ
ンズ１３を光導波路の表面上に形成するが、まず、たと
えばレンズ材１３ａを光導波路の表面１０ｂ上に塗布す
る（図示せず）。なお、このレンズ材１３ａはコア１１
を構成する材料と同一のものでもよいし、クラッド１２
を構成する材料と同一のものでもよい。

【００２７】（オ） 次に、前記（イ）と同様に、フォ
トリソグラフイとＲＩＥなどを用いて光入出射部１４の
うちマイクロレンズ１３を形成しようとする位置にマイ
クロレンズの基となるレンズパターン１３ｂを形成する
（図３（ｄ））。即ち、塗布したレンズ材上へのレジス
ト材塗布工程・露光工程・除去工程によりマスクパター
ン１３ｄを作成し（図示せず）、次にＲＩＥなどにより
マスクパターン１３ｄに基づいて垂直にエッチングを行
った後、マスクパターン１３ｄを除去して、レンズパタ
ーン１３ｂを形成することになる。このレンズパターン
１３ｂは円盤状などのほか様々な形状を採用してもよ
い。なお、図９は、図３（ｄ）に示された状態の斜視図
であるが、基板１９は省略し、光導波路１０にはコア１
１を一本のみ示した。

【００２８】（カ） 次に、レンズパターン１３ｂが形
成された光導波路の表面１０ｂ上にレンズ材１３ａとし
てコア１１を構成する材料などを塗布すると、円盤状の
レンズパターン１３ｂの周りに滑らかな断面形状の凸部
が形成されマイクロレンズ１３となる（図３（ｅ））。
なお、図３（ｆ）は図３（ｅ）の側面からの断面図であ
る。この断面形状は、レンズパターン１３ｂの形状、レ
ンズ材１３ａの粘性などを適宜選択し、組み合わせるこ
とにより種々の形のものを形成することができる。

【００２９】（キ） 最後に、マイクロレンズ１３が形
成された光導波路１０を基板１９から剥離しマイクロレ
ンズ１３の形成された面とは反対側の面から、たとえば
ダイシングブレード４０を用いて、マイクロレンズ１３
の中心と切断面の中心が一致するように光導波路１０の
マイクロレンズ１３が設けられている側の端面を楔型に
切断し、楔型端面１０ａを形成する（図３（ｇ））。こ
の楔型端面１０ａは、実用上は、光の進行方向を約９０
度変化させるため、切先角がおおよそ４５度となるよう
に切断される。この際、マイクロレンズ１３の中心と切
断面の中心、即ち両者の光軸がずれた場合は光を効率よ
く入出射することができなくなるので注意を要する。な
お、マイクロレンズ１３が光導波路１０の光の出射側と
入射側に設けられている場合は、楔型端面１０ａを必ず
光導波路１０の両端に設けることになるが、マイクロレ
ンズ１３を一方にしか設けない場合でも、楔型端面１０
ａを光導波路１０の両端に設ける場合もある。楔型端面
１０ａを両端に持つ光導波ユニットとこれを一方にしか
持たない光導波ユニットを組み合わせてなるマイクロレ
ンズ付き光導波路１を作成する場合は、必要に応じて光
導波ユニット単位で楔型端面１０ａを形成することもあ
る。このようにして作成される楔型端面１０ａは、用途
にもよるが、ダイシングブレード４０で切断するだけの
切りっぱなしの状態でも充分な反射特性を有する仕上が
りとなっている。

【００３０】次に、製造方法の別な例（第２の製法）を
図４に示す。 （ア） まず、図４に示す方法と同様に形成された埋込
型光導波路１０において、光入出射部１４のうちマイク
ロレンズ１３を形成しようとする位置にリソグラフィー
技術によりマイクロレンズ１３を形成するためのマスク
パターン１３ｄを形成する（図４（ｂ））。

【００３１】（イ） 次に、このマスクパターン１３ｄ
を介してたとえばＲＩＥによりクラッド１２表面、即ち
光導波路の表面１０ｂをエッチングして凸状に加工し、
レンズパターン１３ｂを作成する（図４（ｃ））。

【００３２】（ウ） さらに、この加工されたクラッド
１２表面上（レンズパターン１３ｂ上）にレンズ材１３
ａとして再度クラッド材などを塗布すると、クラッド１
２表面上の凸部が滑らかに覆われて凸レンズ状に成形さ
れ、マイクロレンズ１３が形成される（図４（ｄ））。

【００３３】（エ） 最後に基板１９から剥離して、光
の進行方向を変えるため、光導波路１０の一方もしくは
両方の端面を楔型端面１０ａに形成するが、この方法は
上記第１の方法で示した手段と同様のものである。

【００３４】最後に、連続階調を持ったフォトマスクを
使用した製造方法（第３の製法）の例を図５および図６
に示す。 （ア） まず、上記と同様に形成された埋込型光導波路
１０の光導波路の表面１０ｂ上にレジスト材１３ｃを塗
布する。なお、上部クラッド層１２ｂはエッチングによ
り厚さが薄くなるため、予め厚めに作っておくのがよ
い。

【００３５】（イ） 次に、連続階調を持ったフォトマ
スク２０を介して紫外線２１を照射して現像し、マイク
ロレンズ１３を形成しようとする所定の位置に連続的に
厚みが変化したマスクパターン１３ｄを形成する。この
操作により作成するマスクーパターン１３ｄは、中央部
が肉厚で周囲に行くにしたがって徐々に肉厚が薄くなる
凸型をしたものである（図５（ｃ））。

【００３６】（ウ） このマスクパターン１３ｄを介し
て、たとえばＲＩＥにより光導波路の表面１０ｂをエッ
チングすると、図５（ｄ）に示すように、光導波路の表
面１０ｂが凸レンズ状に成形され、光導波路１０にマイ
クロレンズが形成される。なお、図５（ｅ）は光の進行
方向から見た断面図である。このようにして形成された
マイクロレンズ１３の断面形状は、マスクパターンの断
面形状を、マスクと光導波路材料のＲＩＥに対する選択
比に等しいだけ縦方向に拡大したものとなる。したがっ
て、マスクパターン１３ｄの断面形状、つまりは連続階
調を持ったフォトマスク２０の連続階調の変化の仕方を
制御することでマイクロレンズ１３の断面形状を制御
し、レンズの焦点などを制御することができる。このよ
うな手段を使うことで、形成されるマイクロレンズ１３
の位置や大きさを精密に設定することが可能となる。

【００３７】（エ） 最後に基板１９から剥離して、必
要に応じて楔型端面１０ａを形成するが、これは上記第
１の製法などの場合と同様の方法による。

【００３８】ここで、連続的に厚みが変化したマスクパ
ターン１３ｄによりマイクロレンズ１３が作成される機
序、即ち仕組みを図６によりさらに説明する。エッチン
グ工程において、仮にマスクパターンを構成するマスク
材とエッチングの対象となる被エッチング材とのＲＩＥ
に対する選択比が５であるとすると、０．５μの肉厚を
持ったマスク材で被エッチング材の一部を覆った場合、
マスク材がすべてエッチングされる間に、マスク材で覆
われていなかった部分は２．５μｍ（＝０．５＊５）エ
ッチングされることになる。同様に、１μｍの肉厚を持
ったマスク材で被エッチング材の一部を覆った場合、マ
スク材がすべてエッチングされる間にマスク材で覆われ
ていなかった部分は５μｍエッチングされることにな
る。したがって、連続的に厚みが変化したマスクパター
ン１３ｄを使った場合は、図６の（ａ）から（ｄ）に示
すように、マスクパターンの断面形状（肉厚）を反映し
たエッチングを行うことが可能となる。即ち、マスクパ
ターンの断面形状の選択比倍された形状で導波路部がレ
ンズ形状に加工されることになる。また、図６におい
て、一番盛り上がった部分のマイクロレンズの厚さＢ
は、一番盛り上がった部分のマスクパターンの厚さＡを
選択比倍したものとなる（Ｂ＝選択比＊Ａ）。なお、こ
の方法は、マスクパターン１３ｄをもエッチングするた
め、マスクパターンの除去工程は不要である。

【００３９】以上は、光導波路１０の構成材料としてフ
ツ素化ポリイミドを例に上げたが、ガラスなどの無機材
料、アクリルやエポキシ樹脂などの有機材料、特に紫外
線硬化型の樹脂も好適に使える。なお、第１の製法およ
び第２の製法でマイクロレンズを形成する場合は、マイ
クロレンズ１３の形成材料として、核となるレンズパタ
ーン１３ｂを滑らかに覆う材料であれば限定されない
が、有機材料がそのような用途には向いているといえよ
う。

【００４０】なお、光導波路１０として埋込型導波路以
外でもここに述べた方法を適用することが可能である。
また、上記の例は、いずれもマイクロレンズ１３を形成
した後に楔型端面１０ａを形成する構成であるが、楔型
端面１０ａを形成した後にマイクロレンズ１３を設ける
構成としてもよい。特に、第１の製造方法の場合は、マ
イクロレンズを持たない光導波路にマイクロレンズを新
たに設けることをも想定したものであるから、実際上、
楔型端面１０ａを形成した後にマイクロレンズ１３を設
ける構成も充分ありうる。

【００４１】このように、光導波路１０の光入出射部１
４などにマイクロレンズを形成することで、光ファイバ
ーや光素子と光導波路との間に、高効率でクロストーク
の小さい光接続が可能となる。

【００４２】◎第２実施形態 次に、本発明における第２実施形態について図７および
図８を用いて説明するが、本実施形態は、光導波路１０
のマイクロレンズ１３を備えた側の表面が平坦な、マイ
クロレンズ付き光導波路１に関するものである。ここ
で、図７は、この発明に係る第２実施形態における第１
のバリエーションのマイクロレンズ付き光導波路の側断
面図である。図８は、この発明に係る第２実施形態にお
ける第２のバリエーションのマイクロレンズ付き光導波
路を示す図である。

【００４３】本発明における第２実施形態のマイクロレ
ンズ付き光導波路の構造は、数種類のバリエーションが
考えられるが以下２つのバリエーションについて説明す
る。

【００４４】○第１のバリエーション 本バリエーションのマイクロレンズ付き光導波路１は、
図８に示すように第１実施形態におけるマイクロレンズ
付き光導波路１のレンズが付いた側の表面を、マイクロ
レンズ１３よりも低い屈折率の材料で覆って平坦化層１
７を設け表面を平坦化したものである。

【００４５】ここで、たとえば光導波路１０のコア１１
は屈折率１．６のフツ素化ポリイミドであり、クラッド
１２は屈折率１．４４のフツ素化ポリイミドであり、マ
イクロレンズ１３の材料はコア１１と同じフツ素化ポリ
イミドである。このとき、平坦化層１７を構成する平坦
化材１６として、たとえばクラッド１２に用いたフッ素
化ポリイミドを使うことができる。このとき、マイクロ
レンズ１３の表面は空気ではなくクラッド１２を構成す
る材料に覆われるため、焦点距離がやや長くなり集光性
能が低下する。したがって、なるべく屈折率の小さい材
料を用いて平坦化することによリマイクロレンズ１３の
焦点を短くすることが可能となる。

【００４６】このようなマイクロレンズ付き光導波路の
製造方法の例を説明する。 （ア） 光導波路作成工程およびマイクロレンズ作成工
程は、第１実施形態と同じ製造法でよい。

【００４７】（イ） 次に、マイクロレンズ１３が設け
られている側の光導波路の表面１０ｂ上を、マイクロレ
ンズ１３よりも低い屈折率の平坦化材１６で覆って平坦
化層１７を設け、マイクロレンズ付き光導波路１の表面
全体を平坦化してレンズの突起をなくする。

【００４８】（ウ） 最後に、表面が平坦化されたマイ
クロレンズ付き光導波路１を基板１９から剥離し、第１
の実施形態の場合と同様に、楔型端面１０ａを作成す
る。

【００４９】○第２のバリエーション 本バリエーションのマイクロレンズ付き光導波路１は、
図８に示すように光導波路の表面１０ｂに、屈折率分布
型の表面平坦マイクロレンズ３３を形成した例である。

【００５０】ここで、マイクロレンズ３３の形成を行う
光導波路１０自体は、第１のバリエーションのものと同
様の構成である。なお、マイクロレンズ３３は、光導波
路の表面１０ｂ、詳しくは上部クラッド層１２ｂ内に形
成されている。

【００５１】次に、このようなマイクロレンズ付き光導
波路の製造方法の例を説明する。 （ア） 光導波路の作成工程は、第１実施形態と同じで
ある。

【００５２】（イ） 表面平坦マイクロレンズ３３の作
成は、光導波路の表面１０ｂのマイクロレンズ３３を設
けようとする位置に電子線などを照射することにより作
成する（詳細は後述）。

【００５３】（ウ） 最後に、マイクロレンズ付き光導
波路１を基板１９からはずし、楔型端面１０ａを作成す
るのは第１のバリエーションの場合と同様である。

【００５４】ここで、本バリエーションにおける表面平
坦マイクロレンズ３３の作成方法の説明を行う。たとえ
ばフツ素化ポリイミドで形成した埋込型の光導波路１０
のマイクロレンズを形成しようとする位置に、たとえば
電子線を照射する。この電子線の照射により、照射部分
のクラッド１２の屈折率が増加する。ここで、電子線の
強度分布がたとえば中心が強く周辺部で弱い場合には、
中心部で屈折率が高く周辺に行くに従いなだらかに屈折
率が減少していくような形状に屈折率の分布構造を上部
クラッド層１２ｂ内に形成することができる（図８
（ｂ））。これにより、平坦な表面を持つ表面平坦マイ
クロレンズ３３を光導波路表面１０ｂに形成することが
できる。なお、通常の電子線は、ビームの中央に電子密
度が高い強度分布となっているため、上記のような強度
分布を持った電子線を作り出すのは比較的容易である。

【００５５】本方法は、上記のように第１実施形態や第
２実施形態の第１のバリエーションでの方法と異なり、
電子線などの照射による材料の屈折率の変化を利用した
ものであり、マイクロレンズを作成した場合でも光導波
路表面１０ｂは平坦である。なお、電子線は材料の内部
に浸透する深さが浅いので、コア１１に影響を与えない
加工を容易に行うことができる。また、電子線の浸透深
さは、電子の加速電圧により容易に制御することができ
る。

【００５６】また、上記とは別に、電子線を回折格子状
に照射することにより、光が回折で集光されるブラッグ
レンズを表面平坦マイクロレンズ３３として形成するこ
ともできる。なお、紫外線を用いる場合には、回折用の
マスクを用いることでブラッグレンズの形成が容易であ
る。

【００５７】なお、表面平坦マイクロレンズ３３の作成
基材としてフツ素化ポリイミドを用いたのは、これに電
子線が当たるとフツ素原子を含んだ官能基や原子団が分
子中から抜けて屈折率が増加するからである。その他の
材料として、たとえば、ファイバーグレーテイングを作
製する時に使用するファイバー材料のガラスが、本発明
の用途に好適に使用できる。紫外線照射で屈折率変化が
引き起こせるからである。また、マイクロレンズ１３・
３３の形成工程は、楔型端面１０ａの形成の後に行って
もよいのは第１実施形態の場合と同様である。

【００５８】このように、光導波路１０の光入出射部１
４に平坦にマイクロレンズを形成することで、光ファイ
バーや光素子と光導波路との間に、高効率でクロストー
クの小さい光接続が可能となるだけでなく、たとえば光
素子を光導波路に固定することが可能となる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、光導波路とＰＤな
どの光素子とを接続するに際して、光導波路の光射出部
にマイクロレンズを形成することで、導波された光がマ
イクロレンズにより集光され、効率良く光素子に入射す
る。また、逆にＬＤなどの光素子からの光がマイクロレ
ンズを介することにより集光されて効率良く光導波路に
入射する。このため、光素子と光導波路の結合効率を高
くする効果がある。また、光導波路が近接する場合は、
近接する導波路間での光の漏れ、即ちクロストークも小
さくすることができる。

【００６０】さらに、マイクロレンズを光導波路と同じ
材料で形成することにより、信頼性に優れた光導波路が
得られる。また、マイクロレンズを含む光導波路表面を
平坦化したり、もともと表面が平坦な屈折率分布型のマ
イクロレンズを形成することで、光導波路と光素子の間
に安定な光接続が得られる。

【００６１】このようなマイクロレンズ付き光導波路の
製造方法に関していえば、フォトリソグラフィなどの手
法でマイクロレンズの核となるレンズパターンを形成し
た後、そのパターンを覆うようにレンズ材料を塗布し、
凸状のマイクロレンズを形成することで、制御性、再現
性よく、所望の形状、位置にマイクロレンズを形成する
ことができる。この方法は、既存のマイクロレンズを持
たない光導波路にマイクロレンズを設ける場合にも充分
適用できるので、廃棄物問題の観点からも好ましいとい
える。

【００６２】さらに、連続的に厚みが変化したマスクパ
ターンを用いてエッチングすることにより、エッチング
で直接マイクロレンズ形状を形成することができ、製造
工程の簡略化および製造コストの軽減を図ることができ
る。また、電子線あるいは紫外線照射によるレンズ材料
の屈折率変化を利用することにより、表面が平坦なマイ
クロレンズを容易に形成することができる。これらの手
法により、光素子との高効率な接続特性を持った光導波
路を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明に係る第１実施形態におけるマイク
ロレンズ付き光導波路を示す図である。（ａ）は斜視図
を、（ｂ）はＡ- Ａ断面における断面図を示す。

【図２】 第１実施形態における光導波ユニットを示し
た図である。（ａ）はａタイプの光導波ユニットを示す
断面図、（ｂ）はｂタイプの光導波ユニットを示す断面
図、（ｃ）はｃタイプの光導波ユニットを示す断面図、
（ｄ）は３つのタイプの光導波ユニットを組み合わせた
一例を示す斜視図である。

【図３】 第１実施形態における第１の製造方法による
マイクロレンズ付き光導波路の製造工程を示す断面図で
ある。（ａ）は基板上に下部クラッド層を設けた図、
（ｂ）はコアを設けた図、（ｃ）上部クラッド層を設け
た図、（ｄ）はレンズパターンを設けた図、（ｅ）はレ
ンズ材を塗布しマイクロレンズを形成した図、（ｆ）は
（ｅ）を側面から見た図、（ｇ）は端面の形成を示す図
である。

【図４】 第１実施形態における第２の製造方法による
マイクロレンズ付き光導波路の製造工程を示す断面図で
ある。（ａ）は光導波路を示す図、（ｂ）はクラッド上
にマスクパターンを設けた図、（ｃ）はエッチングを行
った図、（ｄ）はレンズ材を塗布した図である。

【図５】 第１実施形態における連続的に厚みが変化し
たマスクパターンを用いた第３の製造方法によるマイク
ロレンズ付き光導波路の製造工程を示す断面図である。
（ａ）は光導波路を示す図、（ｂ）は連続階調を持った
フォトマスクを用いた露光工程を示す図、（ｃ）は作成
された連続的に厚みが変化したマスクパターンを示す
図、（ｄ）エッチングを行った図、（ｅ）は（ｄ）を側
面から見た図である。

【図６】 第１実施形態における連続的に厚みが変化し
たマスクパターンを用いた第３の製造方法によるマイク
ロレンズの製造工程を示す断面図である。（ａ）は作成
された連続的に厚みが変化したマスクパターンを示す
図、（ｂ）はエッチングの初期段階を示す図、（ｃ）は
エッチングの最終段階を示す図、（ｄ）はエッチングの
最終段階を示す図である。

【図７】 この発明に係る第２実施形態における第１の
バリエーションのマイクロレンズ付き光導波路を示す側
断面図である。

【図８】 この発明に係る第２実施形態における第２の
バリエーションのマイクロレンズ付き光導波路を示す図
である。（ａ）は上面図を、（ｂ）は側断面図を示す。

【図９】 第１実施形態におけるマイクロレンズ作成の
ためのレンズパターン形成の斜視図である。

【図１０】 ポリマー光導波路とＰＤとの光結合構造の
例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ マイクロレンズ付き光導波路 １０ 光導波路 １０ａ 楔型端面 １０ｂ 光導波路の表面 １１ コア １１ａ コア層 １２ クラッド １２ａ 下部クラッド層 １２ｂ 上部クラッド層 １２´ 加工されたクラッド １３ マイクロレンズ １３ａ レンズ材 １３ｂ レンズパターン １３ｃ レジスト材 １３ｄ マスクパターン １４ 光入出射部 １５ 出射光 １５´ 入射光 １６ 平坦化材 １７ 平坦化層 １９ 基板 ２０ 連続階調を持ったフォトマスク ２１ 紫外線 ３３ 表面平坦マイクロレンズ ３４ 照射部分 ４０ ダイシングブレード ４１ 切削片 ５０ 光導波路固定台 ５１ 光素子（フォトダイオード（ＰＤ）） ５２ 金線 ５３ 電極 Ａ マスクパターンの厚さ Ｂ マイクロレンズの厚さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石沢 鈴子 東京都新宿区西新宿三丁目20番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光導波用のコア、当該コアを取り囲む光
   閉じ込め用のクラッドおよび前記コアへ光の入出射を行
   う光入出射用の端面からなる埋込型の光導波路と当該光
   導波路の表面に設けられた集光用のマイクロレンズより
   なるマイクロレンズ付き光導波路であって、（イ） 前
   記光入出射用の端面の少なくとも一方の端面が、光の進
   行方向を変更させるように楔型に形成された楔型端面で
   あり、（ロ） かつ前記マイクロレンズが、以下のａも
   しくはｂのいずれか一方の位置に設けられていること、 a) 前記端面の一方のみが前記楔型端面である場合は、
   当該楔型端面へ前記光の入出射を行う光入出射部 b) 前記端面の両方が前記楔型端面である場合は、当該
   楔型端面の少なくとも一方の前記光入出射部 を特徴とするマイクロレンズ付き光導波路。
2. 【請求項２】 請求項１記載のマイクロレンズ付き光導
   波路が、前記コア、前記光入出射用の端面および前記マ
   イクロレンズよりなる以下のａからｃの光導波ユニット
   のうち、任意の当該光導波ユニットを組み合わせて前記
   クラッドに複数個並設して一体となしたことを特徴とす
   るマイクロレンズ付き光導波路。 a) 前記端面のうち一方のみが前記楔型端面であり、前
   記マイクロレンズが当該楔型端面の前記光入出射部に設
   けられている光導波ユニット b) 前記端面の両方が前記楔型端面であり、前記マイク
   ロレンズが両方の当該楔型端面の前記光入出射部に設け
   られている光導波ユニット c) 前記端面の両方が前記楔型端面であり、前記マイク
   ロレンズがいずれか一方の前記楔型端面の前記光入出射
   部にのみ設けられている光導波ユニット
3. 【請求項３】 前記マイクロレンズを構成するレンズ材
   が、前記光導波路の前記コアもしく前記クラッドを構成
   する材料と同一の材料で形成されていることを特徴とす
   る請求項１もしくは請求項２記載のマイクロレンズ付き
   光導波路。
4. 【請求項４】 前記光導波路の前記マイクロレンズを備
   えた側の表面が、前記レンズ材の屈折率よりも小さい屈
   折率の材料でさらに覆われ、平坦化されていることを特
   徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のマ
   イクロレンズ付き光導波路。
5. 【請求項５】 前記マイクロレンズが屈折率分布型レン
   ズであり、当該レンズが前記光導波路の前記クラッドを
   構成するクラッド材中に形成されていることを特徴とす
   る請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のマイクロ
   レンズ付き光導波路。
6. 【請求項６】 前記光導波路の前記コアと前記クラッド
   が屈折率の異なるフッ素化ポリイミドで構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか1 項
   記載のマイクロレンズ付き光導波路。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記
   載のマイクロレンズ付き光導波路において、前記マイク
   ロレンズが、（イ） 前記光導波路のクラッド上へのレ
   ンズ材の塗布工程、（ロ） 当該レンズ材上へのマスク
   パターンの形成工程、（ハ） 当該マスクパターンを介
   して前記レンズ材表面をエッチングしレンズの基となる
   レンズパターンを形成する工程、（ニ） 形成した当該
   レンズパターンに前記レンズ材を再塗布する工程、を経
   て形成されることを特徴とするマイクロレンズ付き光導
   波路の製造方法。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記
   載のマイクロレンズ付き光導波路において、前記マイク
   ロレンズが、（イ） 前記光導波路のクラッド上へのマ
   スクパターンの形成工程、（ロ） 当該マスクパターン
   を介して前記クラッド表面をエッチングし前記レンズパ
   ターンを形成する工程、（ハ） 形成した当該レンズパ
   ターンに前記レンズ材を再塗布する工程、を経て形成さ
   れることを特徴とするマイクロレンズ付き光導波路の製
   造方法。
9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記
   載のマイクロレンズ付き光導波路において、前記マイク
   ロレンズが、（イ） 前記光導波路のクラッド上へ連続
   的に厚みが変化するようにマスクパターンを形成する工
   程、（ロ） 当該マスクパターンを介して当該光導波路
   の前記クラッド材をエッチングする工程、を経て形成さ
   れることを特徴とするマイクロレンズ付き光導波路の製
   造方法。
10. 【請求項１０】 請求項５記載のマイクロレンズ付き光
    導波路において、前記マイクロレンズを電子線あるいは
    紫外線の照射により屈折率分布型レンズとし、前記光導
    波路のクラッド材中に形成することを特徴とするマイク
    ロレンズ付き光導波路の製造方法。