JPH116938A - 光導波路デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の光導波路の光軸とファイバアレイの光
軸とをサブミクロンの精度で位置合わせするときに、光
軸合わせ工数に極めて時間を要し、コスト高になるとい
う問題があった。本発明は光軸を容易に合わせることが
可能な光導波路デバイスを提供することを目的とする。 【解決手段】 光導波路の光軸と光ファイバアレイの光
軸とを接続する方法を、第１のシリコン基板上に形成し
たＶ溝に光ファイバを埋設して光ファイバアレイとし、
第２のシリコン基板上にＶ溝と光導波路を形成した後、
第１のシリコン基板上と第２のシリコン基板とを密着し
た光導波路デバイスである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光導波路と光ファイ
バとの接続法に関し、特に光導波路と光ファイバアレイ
を別個のシリコン基板上にその異方性エッチング特性を
利用して、形成した後、それらを接続するときにそれぞ
れのＶ溝を組み合わせることにより、それぞれの光軸の
位置合わせを行う構造の光導波路デバイスに関する。

【０００２】

【従来の技術】有線通信の幹線に光ケーブルが導入され
て以来、光通信装置相互の通信のため光導波路デバイ
ス、光コネクタ等の光接続デバイスも多量に用いられる
ようになった。光ファイバと光デバイスとを接続する際
に、相互の光軸ずれ、傾き及び端面間の空隙等の不具合
が発生し易く、これを解決するために従来より種々の改
良が成されてきた。光導波路と光ファイバとを接続する
方法の一例として、光ファイバを固定するための溝が精
度良く形成された固定台に、光ファイバを接着固定して
光ファイバアレイとし、これを前記光導波路とを接続す
る時に３次元的に可動する微動台に搭載して軸合わせを
行った後、接着固定する方法がある。

【０００３】図５は上述した従来の接続法の一例であっ
て、複数の光ファイバ１１を固定台１１ａの所定の位置
に埋設した光ファイバアレイ１２ａ、１２ｂと光導波路
１３とを接続するために、微動台１４ａ、ｂ及び平面台
１５のそれぞれの高さ（Ｚ軸）を一定に保ちながら、光
導波路１３を平面台１５に搭載して固定し、光ファイバ
アレイ１２ａ、ｂを微動台１４ａ、ｂにそれぞれ搭載す
る。そして、光導波路１３と光ファイバアレイ１２ａと
を接続する場合は、微動台１４ａに備え付けたマイクロ
メータ１６ａと１７ａとでそれぞれＸ軸、Ｙ軸方向を調
整して前記光導波路１３と光ファイバアレイ１２ａとの
光軸を合わせる。また、光導波路１３と光ファイバアレ
イ１２ｂとを接続する場合は、マイクロメータ１６ｂと
１７ｂとでＸ軸、Ｙ軸を調整して、光導波路１３と光フ
ァイバアレイ１２ｂとの光軸を合わせる。

【０００４】光導波路１３と光ファイバアレイ１２ａと
の光軸合わせの手法は、光ファイバ１１にレーザ光を入
射し、光ファイバアレイ１２ａの出射光を光導波路１３
に入射し、該光導波路１３からのレーザ光出力を光計測
器で測定しながら、該光出力が最大になるように微動台
１４ａのマイクロメータ１６ａ、１７ａを調整して光軸
合わせを行い、接着剤等を用いて固定するのが一搬的で
あった。なお、光導波路１３と光ファイバアレイ１２ｂ
との光軸合わせの手法も同様である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような光軸調整方法においては、光導波路の光軸とファ
イバアレイの光軸とをサブミクロンの精度で位置合わせ
を行うため、光軸合わせ工数に極めて時間を要し、コス
ト高になるという問題があった。また、前記光軸を自動
で合わせる装置も市販されているが極めて高価であり、
生産される製品が高価になるという問題があった。本発
明は上記問題点を解決するためになされたものであり、
光ファイバと光導波路とを接続する方法において、光フ
ァイバ同士の相対位置決め精度および光ファイバアレイ
と光導波路とを接続する場合の位置決めを、シリコン材
料にフォトエッチ加工を施すことにより得られるサブミ
クロン以下の精度のＶ溝を用いて行う光導波路無調整接
続法を用いた光導波路デバイスを提供するすることにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る光導波路デバイスの請求項１記載の発明
は、第１のシリコン基板の所定の位置に形成した複数の
Ｖ溝に光ファイバを埋設して光ファイバアレイとし、前
記光ファイバと対応する位置に光導波路を設けた第２の
シリコン基板の所定の位置にＶ溝を形成すると共に、前
記第１のシリコン基板に形成したＶ溝間の山型部と第２
のシリコン基板に形成したＶ溝とを噛み合わせ接合する
ことにより、第１のシリコン基板の光ファイバアレイの
光軸と第２のシリコン基板に形成した導波路の光軸とが
一致するよう構成したことを特徴とする光導波路デバイ
スである。請求項２記載の発明は、シリコン基板をエッ
チングすることにより、前記Ｖ溝を形成したことを特徴
とする請求項１記載の光導波路デバイスである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る光
導波路デバイスの一実施例の斜視図であって、シリコン
基板１にフォトエッチング手法を用いてＶ溝２を形成
し、該Ｖ溝２に光ファイバ３を埋設して固定し、光ファ
イバを保護するためガラス基板等４で露出部を覆う。

【０００８】本発明に係る光導波路デバイスの理解を助
けるために、シリコン基板上のＶ溝形成法について少し
く詳細に説明する。シリコン基板上にＶ溝を作成する方
法はシリコン結晶が有する異方性を巧みに用いたエッチ
ングによる形成法である。ここで、シリコン結晶の格子
面を表す方法として、ミラー指数ｈ、ｋ、ｌで表される
一群の格子面を（ｈ、ｋ、ｌ）という記号で表すことに
する。エッチング溶液に水酸化カリウム水溶液（ＫＯ
Ｈ）を用いてシリコン結晶をエッチングする場合、シリ
コン結晶で最も原子密度の高い（１１１）面に対するエ
ッチング速度が他の（１００）面や（１１０）面に対す
るエッチング速度より極めて遅い（数百分の１）という
特性を用いて、シリコン基板上にＶ溝を形成する。

【０００９】シリコン基板上にＶ溝を形成する手法は、
はじめに図２（ａ）に示すようにシリコン基板上にＳｉ
Ｏ２マスク８、８を形成する。該マスクの形成はシリコ
ン基板上に蒸着等の手段でＳｉＯ２膜を付着し、さらに
その上にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ手法
を用いて不要な部分のレジスト膜を剥離する。これをフ
ッ酸とフッ化アンモニウム水溶液との混合液の中でエッ
チングすることによりレジスト膜の無いＳｉＯ２部分の
みがエッチングされる。その後レジスト膜を剥離するれ
ばシリコン基板上にＳｉＯ２マスクが形成できる。図２
（ａ）はこのようにして、シリコン基板１上にＳｉＯ２
マスク８を形成した場合の模式的断面図である。エッチ
ングマスク８がない部分において、シリコン基板１の表
面即ち、（１００）面に垂直に進行するエッチングスピ
−ドと（１００）面に平行に進行するエッチングスピ−
ドとが異なるためＶ溝Ｖが形成される。エッチン用グマ
スクには、上記したようにシリコン上のＳｉＯ2膜のマ
スクを使用し、エッチャントには水酸化カリウム溶液
（ＫＯＨ）を用いてエッチングを行うのが一般的であ
る。周知のように、シリコン結晶の（１００）面、（１
１０）面及び（１１１）面同士のなす角度は正確に決ま
るので、（１００）面に平行なシリコン基板を用いれば
Ｖ溝の傾斜面と（１００）面とのなす角度は５４．７度
となり、Ｖ溝の傾斜面同士のなす角度は７０．６度とな
る。

【００１０】シリコン基板上に形成するＶ溝の幅、深さ
はＳｉＯ２マスクの開口部の幅Ｗに依存することにな
る。即ち、開口部の幅Ｗを等しくすればＶ溝の幅や深さ
を等しく、且つ高精度（±０．５μｍ以下の誤差）に形
成することができる。尚、ＳｉＯ₂マスクの開口部の幅
Ｗを広くすればＶ溝の深さＤを深くでき、開口部の幅Ｗ
と深さＤの関係はＶ溝角７０．６度で一義的に決まる。
従って、マスクを精度よく成膜することによりＶ溝の間
隔や深さ等をサブミクロンオーダーで成形することが可
能となる。

【００１１】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１に示
す本発明に係る光導波路デバイスの一実施例を分解説明
する図で、図３（ａ）は図１のシリコン基板１を１８０
度反転した斜視図であり、シリコン基板１の表面にＶ溝
２、２・・の幅、深さを光ファイバ３の線径に応じ上記
したエッチング手法を用いて形成する。この場合、前記
シリコン基板１の上面と光ファイバ３を埋設した時の光
ファイバ３の上端が同一平面上になるように形成すると
よい。シリコン基板１と光ファイバ３とは接着剤を用い
て、接着固定する。

【００１２】次に、シリコン基板６上に形成するＶ溝、
逆台形溝と光導波路の形成法について説明する。図３
（ｂ）は図１のＸ軸方向から見たシリコン基板６の断面
図であり、図３（ｃ）は同（ｂ）のＥ−Ｅに於ける断面
を矢印方向から見た断面図である。図３（ｂ）に示す平
面Ｂ上に同（ｃ）に示すＶ溝９、９・・と逆台形溝１
０、１０とを上記したＶ溝形成法を用いて所定の位置に
各部の寸法を精度よく形成する。Ｖ溝９、９・・は断面
Ａ−Ａを示す図４から明らかなようにシリコン基板１上
に形成したＶ溝間の山型部５、５・・と噛み合うように
形成する。この時逆台形溝１０、１０はシリコン基板１
に埋設した光ファイバ３、３を構造的に回避するための
溝であって、必ずしも台形である必要はない。更に、図
３（ｂ）に示すシリコン基板６上の平面Ｃには上述のＶ
溝形成法を用いて光導波路用のＶ溝を形成し、該Ｖ溝に
光ファイバを埋設して光導波路７を形成する。

【００１３】そして、図３（ａ）に示したシリコン基板
１上に構成した光ファイバアレイＥを１８０度反転し、
該アレイＥのＶ溝間の山型部５・・とシリコン基板６上
に形成したＶ溝９・・が噛み合うようにして接着剤を用
いて固定する。このとき、シリコン基板１のＶ溝間の山
型５の壁面とシリコン基板６上に形成したＶ溝の壁面と
が密着している。フォトリソ手法の精度とシリコン上に
形成するＶ溝の精度よいエッチング特性により、シリコ
ン基板１と光ファイバーとで構成した光ファイバアレイ
Ｅの光ファイバ中心とシリコン基板６の平面Ｃ上に形成
した光導波路の軸中心とが精度よく一致することがレー
ザ光を用いた光量測定により確認できた。本発明に係る
光導波路デバイスでにおいては、光ファイバアレイと光
導波路との光軸合わせ工数を必要としないため前記デバ
イスを安価に、多量に生産することが可能となる。ま
た、高価の光軸合わせ用の自動機を用いる必要もないこ
とはいうまでもない。なお、シリコン基板は単結晶材料
であり比較的もろい材質であるから、上記構造の周囲を
樹脂やゴム等の弾性材で被覆して耐衝撃性をもたらせる
構成することが望ましい。

【００１４】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成したの
で、光導波路と光ファイバアレイを接続する方法に於い
て、光ファイバを固定し位置決めする光ファイバアレイ
の精度及び光導波路と前記光ファイバアレイを接続する
部分の相対位置精度を、極めて短時間で高精度に光軸を
合わせることができるという優れた効果を奏する。本発
明に係る光ファイバと光導波路の接合方法を用いること
により、光軸合わせ調整を無くし、また高価な光軸合わ
せ自動機を用いることもなく光導波路デバイスを構成で
きるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光導波路デバイスの実施の一形態
例を示す斜視図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）はシリコン基板上にＶ溝を形成
す場合の説明図である。

【図３】（ａ）は第１のシリコン基板上に形成したＶ溝
に光ファイバを埋設する方法を示す図、（ｂ）、（ｃ）
はそれぞれ第２のシリコン基板に形成したＶ溝、逆台形
溝のＸ軸方向断面図とＹ軸方向断面図である。

【図４】２つのシリコン基板を組み合わせて構成した光
導波路デバイスの断面図である。

【図５】光ファイバアレイと光導波路との従来の光軸合
わせ手法を示す図である。

【符号の説明】

１、６・・シリコン基板 ２、 ９、１０・・Ｖ溝 ３・・光ファイバ ４・・蓋 ５・・Ｖ溝の山型部 ７・・光導波路 ８・・ＳｉＯ２マスク Ａ・・Ｖ溝 Ｗ・・Ｖ溝幅 Ｄ・・Ｖ溝深さ Ｂ、Ｃ・・平面 Ｅ・・光ファイバアレイ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１のシリコン基板の所定の位置に形成
   した複数のＶ溝に光ファイバを埋設して光ファイバアレ
   イとし、前記光ファイバと対応する位置に光導波路を設
   けた第２のシリコン基板の所定の位置にＶ溝を形成する
   と共に、前記第１のシリコン基板に形成したＶ溝間の山
   型部と第２のシリコン基板に形成したＶ溝とを噛み合わ
   せ接合することにより、第１のシリコン基板の光ファイ
   バアレイの光軸と第２のシリコン基板に形成した導波路
   の光軸とが一致するよう構成したことを特徴とする光導
   波路デバイス。
2. 【請求項２】 シリコン基板をエッチングすることによ
   り、前記Ｖ溝を形成したことを特徴とする請求項１記載
   の光導波路デバイス。