JPS63249114A

JPS63249114A - 光回路素子およびその製造方法

Info

Publication number: JPS63249114A
Application number: JP8321687A
Authority: JP
Inventors: Hidetaka Tono; 秀隆東野; Osamu Yamazaki; 山崎　攻
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-04-03
Filing date: 1987-04-03
Publication date: 1988-10-17

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光通信、光応用計測・制御、光学情報処理分
野で、光導波路を用いた光回路素子およびその製造方法
に関するものである。

従来の技術光導波路を用いた光回路素子は、光波の伝送路を固体化
しているために小型、安定で光エネルギーの閉じ込めを
行っているために、光波を含めた電磁界との相互作用が
有効に行なわれ効率の向上が計れる。この素子は、ＶＬ
ＳＩ半導体技術の流用が可能で量産性に富む等々という
点で有用なデバイスであるが、光導波路の寸法が波長〜
数十波長の大きさにしかすぎず、光の入出力結合が難し
く、光回路素子のネックとなっていた。代表的な光の入
出力結合は第８図に示す様に光導波路２の・入出力部に
研磨端面を有した光回路素子３６と、光ファイバ３２の
コア３３と端面結合を行うものである。端面結合は、結
合の調整が可能で、高効率光結合が得られるという特長
がある。

他の従来例を第９図に示す。光回路素子を形成した光導
波路２（第９図（２Ｌ）　）　ｋ光の入出力部分で、ダ
イシングンー等で切断した後（第９図（１））　）　、
切断面を基板ごと研磨して研磨端面３１を得る（第９図
（Ｃ））。この研磨の際に、光導波路２の端部のカケを
防ぐ目的で、ヤトイ等が用いられることもある。

また、高速回転する円形ブレードに研磨剤をそそぎかけ
て、ブレード周辺の研磨剤に働く遠心力で研磨剤を高速
で被茄工物に衝突させて被加工材に非接触で溝を堀ると
いう非接触加工法が最近試みられているが、光回路素子
の茄工には表面破壊のために全く使用されていなかった
。

発明が解決しようとする問題点第８図に示した第１の従来例では、光導波路２のみなら
ず、基板１の端面をも研磨・平坦化を行うために、光フ
ァイバ３２のひつかかシがなく光の入出力結合の際、光
フアイバ芯線３２の固定を研磨端面３１から離れた位置
でおこなわねばならず、機械的振動により光の結合損失
が変動するという問題点があった。またこれを避けるた
めに、研磨端面に光フアイバ芯線３２を接着剤で固定す
るという方法もあるが、これに対しては接着剤の硬化時
に、接着剤の収縮・膨張により光ファイバ３２がたわみ
、光ファイバ３２の端面３６が光回路素子の研磨端面３
１上をすべり、位置ずれを生じて光結合損失増加をおこ
すという問題点を有していた。更にこれを防ぐために、
第８図の様に、光ファイバ３２の補強として、光フアイ
バ支持体３４を設けたシするが、この時には光ファイバ
３２のコア３３を研磨端面３１に近づけるために、支持
体３４をも同時に研磨し、研磨端面３６を形成しなけれ
ばならず、工数が増える。また、光ファイバ３２と支持
体３４が研磨端面３１に接触する部分の寸法が光ファイ
バ３２単体の場合よりも大きくなるために、光導波路端
面３１および光ファイバの端面３６の研磨角度の精度を
上げないと、高光結合効率が得られないという問題点が
あった。

また、接着剤で端面３１に光ファイバ３２と支持体３４
を固定する場合に、第８図では、光ファイバのコア３３
の軸に対し、上下方向に非対称なために接着剤の硬化時
の応力により主として上下方向に位置ずれを生じ、光結
合損失低下を招き、光結合を行う際に問題となる構造で
あった。

第２の第９図の従来例では、切断時に基板や光導波路の
端部が欠けるので、端面研磨の工程で欠けの部分を削シ
落すのに長時間を要していた。また、切断後の基板の研
磨治具への貼り着け、取りはずし工程や、研磨時の洗浄
工程等にも長時間を要していた。

また、非接触加工法では、数μｍの厚みのブレードを用
いるために、加工溝の深さが１００μｍ程度までと深く
できず、一方基板の厚みは取扱い時の破損防止のために
は数１００μｍ以上を必要とするため、基板の切断分離
には用いる事ができないという問題点を有していた。ま
た、非接触加工法では、研磨剤が高速で基板表面や光導
波路表面に衝突するため、表面の加工溝付近が削られて
、光導波路が破壊されてしまうという問題点を有してい
た。

問題点を解決するための手段上記問題を解決するため本発明は基板上に形成された光
入出力用光導波路を設けた光回路素子において、光入出
力光導波路端面を含む一部の基板側面が、光学的に平滑
な端面を有するステップを具備した構造とする。

また、光導波路よりも屈折率の小さなクラッド層をその
上に設けることにより、光導波路の表面散乱が少なく、
かつ、端面原工時の光導波路保護をも兼ねることができ
る。

第２の本発明では、基板上に光導波路形成後、保護部材
をその上に設け、高速回転円形ブレードで研磨液を加速
させ被加工物に衝突させて削る非接触加工時により、光
学的に平滑な側面を有する溝児工を行って光導波路端面
を光学的に平滑にした後、基板を切断する方法を行う。

また、保護部材を除去可能なりトイとし、光導波路上に
密着固定して、非接触加工後あるいは基板切断後に除去
する方法としても良い。あるいは、保護部材を屈折率が
光導波路の屈折率よりも小さくなる様に選び、光導波路
上に堆積した後非接触茄工を行う。

更には、基板の切断の方法として、溝と反対側の基板面
上に対向して支点を配置し、溝をはさんで光回路の表面
上に少なくとも２ケ所の力点から支点側へ圧力をｍえて
破断することにより行う方法を用いる。この方法で特に
、単結晶材料を基板として用いる場合に、基板の臂開面
もしくは破断容易面と、前記基板の主面との交線方向に
、溝加工を行った後、溝を切断する方法を用いる。また
、基板がサファイアＣ面で、光導波路材料にＰＬＺＴ（
ｘ／ｙ／ｚ）を用いる場合には、サファイア基板のく２
〒１０〉軸方向に沿って切断を行う。

あるいは、溝の近傍を高速グレードで加工した溝の少く
とも側面に傷をつけずに切断するという方法を用いる。

作用第１の本発明において、光回路素子と光ファイバとの結
合の際に、光導波路を含む基板側面の一部が光学的に平
滑なため高効率端面結合が得られる。また基板側面に設
けたステップの上に光フアイバ芯線を固定することがで
き、機械的振動に強くなる。光ファイバは端面研磨を必
要とせず、璧開した光フアイバ芯線の端面で十分であり
、光結合を容易とし、また接着剤等による固定時の位置
ずれはステップで光フアイバ芯線を支持するために極め
て小さくすることが出来る。

また、光導波路表面にクラッド層を設けると、表面の光
散乱を低減し、かつ、加工時の光導波路の保護をも兼ね
る事ができる。

第２の本発明により、光導波路端面を含む加工溝側面は
光学的に平滑な面が一度の工程で得られ、端面研磨の様
に長時間を要せず、短時間で出来て生産性が良い。また
、非接触加工による溝那工と、切断工程を分離すること
により第１の発明であるステップをも同時に形成するこ
とが可能である。

表面に保護部材を設けることにより、非接触加工時の従
来の問題点であった光導波層表面破壊を防止することが
できる。また、保護部材を除去可能なりトイとする事に
より、非接触加工時の光導波路端面の保護が出来かつ面
だれがなく光学的に平滑な光導波路を含む光結合部端面
が得られる。ヤトイを貼り合わせるだけであり、製作性
が良い。

溝ｍ工、切断後、ヤトイを除去し、その後光導波路表面
を追７１０７１１］工することができる。

あるいは、保護部材にクラッド層を堆積することにより
、光導波路の保護の役目と、光導波路の表面散乱の低減
化が可能となる。

切断の方法を、破断により行う事により、作業時間が短
く、生産性が向上する。溝をはさんで対向する両基板端
面の光学的に平滑な面が一度に形成できる特長をもち、
量産性に富む。

特に、基板が単結晶材料の場合は、切断方向を基板の襞
間面もしくは破断容易面と基板の主面との交線に沿って
切断する場合には、基板の切断が容易に行えるという特
長がある。

更に、基板がサファイアＣ面で光導波路材料がｐｒ、ｚ
’ｒ（ｘ／ｙ／ｚ）の場合は、サファイア基板のく２〒
１０〉軸方向に襞間あるいは破断が容易であシ、歩留ま
シが向上する。

切断の方法を、ダイヤモンドカッター等の高速回転ブレ
ードで行う場合には、切断面の形状に凸凹があるけれど
も、切断位置は正確に制御出来、確実で高精度なダイシ
ングが可能となる。

実施例第１図、第２図は本第１の発明のそれぞれ第１および第
２の実施例を示す光回路素子の断面図を示す。製作方法
については後述するので、ここでは省略する。第１図に
おいて、基板１表面上には光導波路２からなる光回路が
形成されている。光導波路２を含む基板１の側面の一部
の端面３は。

光学的に平滑な面となっており、また同図においてその
面の端部は、光導波路側は欠けのない面となっており、
他端は、ステップ１０につながっている。ステップ１０
は、粗面の切断面４により切断されている構造となって
いる。この構造において、光の入出力を、光導波路２の
端面３を介して行う。本実施例では、基板１の切断後に
追７１０７１０工が可能な構造となっている。

第２図において、第１図と相違する点は、光導波路２上
に、光導波路よりも屈折率の小さなクラッド層５を堆積
させである点である。本実施例において、クラッド層６
は、光導波路２の光閉じ込めを行うとともに、界面での
散乱の低減化に役立っている。また、ｍ工前後の光導波
路２の表面保護の役目もしている。この実施例では、端
面３形成後１表面保護層を除去する必要もなく、そのま
ま放置することが可能であり、生産性に富む。

第３図は、第１の本発明の第２の実施例を用いた光結合
の様子を示す断面図である。第２の実施例である光回路
素子６に光ファイバ７を光結合させる実施例を示してい
る。光ファイバ７はコア８の端面９を、光導波路２の端
面３につき合わせ、位置合わせを行った後、樹脂等で固
定する。その際に、光ファイバ７はステップ１ｏ上で固
定されるために、従来問題となっていた上下方向の位置
ずれは極めてわずかである。従って、光ファイバ７は芯
線を用いることが出来、端面９は、襞間面を用いる事が
可能となシ、安定で生産性に富む光結合が極めて容易に
行うことが出来る。もちろん、光回路素子６の端面３は
光学的に平滑なために、端面３での光の散乱１回折もな
く、また、光ファイバ７の端部９を隙間なく接近させら
れ、高効率の光結合が実現できる。

なお、本発明の実施において、基板、光導波路材料に制
限はなく、Ｔ１拡散ＬｉＮｂＯ３光導波路や、サファイ
ア基板上のＰ　Ｌ　Ｚ　Ｔ　（Ｐｂ、　　４Ｌａ剖警（
ｚｒ＋”Ｔ６ｉＴ　）ａｏｏ　”　）ｏ≦”　＋　７　
＊　ｚ≦１ｏＯ９ｙ＋ｚ＝１００）系薄膜光導波路等い
づれの組合せでも同様な効果が得られるのは明らかであ
る。

また、光回路素子の光導波路の平滑な端面に反射防止膜
を形成しても同様な効果が得られるのは明らかなことで
ある。

次に、第２の本発明の光回路素子の製造方法についての
実施例を述べる。第４図は第２の発明の第１の実施例を
示す工程断面図を示す。同図において、基板１上に光導
波路２から成る光回路素子を公知の方法で形成後、その
表面上に保護部材２６をワックス等を用いて貼９つける
（第４図（ａ））。

その後表面から非接触原工法（後述）により溝１６を堀
る（第４図（ｂ））。溝の深さは、光導波路２の中心か
ら、光結合に用いる光フアイバ芯線の半径程度にすれば
、光ファイバとの結合の際に、本第１の発明の実施例第
３図の様にステップ１０がちょうど良い位置に形成され
ることになる。次に、基板１の溝１５の直下に支点１３
を設け、保護部材２６上の２つ以上の力点１４に力Ｆ１
　＋　Ｆ２を扉える（第４図（Ｃ））。実際には、支点
として、ナイフェツジや、細い針金等を用いると良い結
果が得られた。力’ｉ＋’２を茄えると、基板１は破断
し、切断面４を形成すると同時にステップ１ｏが形成さ
れている。切断面４は粗面で光結合用としては用いるこ
とが出来ないが、溝加工を行ってできた溝１５の両端面
３は光学的に平滑な而が得られ、光結合用に十分良好な
ものである。破断した光回路素子を、有機溶剤中にて超
音波洗浄して保護部材２６を除去して光回路素子が完成
する（第４図（ｄ））。この方法は、切断が簡便で極め
て短時間で行える特長がある。また、光回路素子の一度
の溝加工により、同時に２面の端面平滑化加工が行えて
、破断により両端面を傷つけることなく素子の分離・切
断が行われ同時にステップも形成されている点に特長が
ある。この様にして作製した光回路素子は、表面に退却
加工が可能であυ、例えば金属電極形成等も後から行え
る特長がある。

第５図は、第２の本発明で実施する非接触加工法の概要
を示す断面図を示す。同図において、高速回転する円形
ブレード１１に、研磨液１２をそそぎ、保護部材２６に
近づける。円形ブレード１１は、５〜６μｍ程度の厚み
の硬質材斜（例えば炭化珪素等）で作られており、研磨
液１２がブレードに付着しながら高速回転するために遠
心力を受ける。遠心力により研磨液１２中の砥粒２１等
が円形ブレードから離れて茄速された砥粒２１が被ｍ工
物の保護部材２６．光導波路２、および基板１に高速で
衝突する。この衝突の際に、被ｍ工部材が削シ取られ、
溝１５を形成する。研磨液と被ｍ工部材のぬれ性が溝１
６の側面精度に与え、ぬれ性の良い程、滑らかな面が得
られる。溝１５の側面は、数ｎｍの滑らかさで仕上がる
。この際に、被ｍ工物の表面は削られて傷がついたり破
壊されたりする。本第２の発明ではこの問題を解決する
ために、光導波路２上に保護部材２６を設け、破壊部分
が光導波路２に届かない様にしたものである。また、光
導波路２の端面が面だれを起すことのない様に、保護部
材を密着させるか、堆積させるかの方法を用いている。

第６図は、本第２の発明の第２の実施例を示す工程断面
図を示す。基板１上に光導波路２から成る光回路を形成
後、屈折率が光導波路２よりも不さなクラッド層２を設
ける（第６図（！Ｌ）　）。次に、非接触ｍ工法により
溝１５を形成する（第６図（ｂ））。

その後、溝１６にそって、溝６の少なくとも１つの側面
を傷つけずに高速回転ブレード１６にて切断する（第６
図（Ｃ））。端面３は本第２の発明の第１の実施例と同
様に光学的に平滑な面が得られる。

その後洗浄して本第１の発明の光回路素子を得る。

本実施例の場合には、保護部材のクラッド層６を除去す
る工程が不要であり、また光導波路の界面散乱を低下さ
せることが可能であるという特長を有している。

第７図には、本第２の発明の光回路素子の製造方法によ
り製造した本第１の発明の光回路素子の第３の実施例を
具体的に示す。サファイア基板４１は（ｏｏｏｌ）面を
用い、その上にＰＩ、ＺＴ（２Ｂ１０／１　ｏｏ）薄膜
光導波路４２をブレーナ・マクネトロン・スパッタリン
グ法によりエピタキシャル成長させて、光回路を形成後
、酸化タンタル系クラッド層４３をスパッタによ多形成
した。この様にして得られた光回路素子の集合体を端面
那工後切断を行った。得られたＰＬＺＴ薄膜４２は、（
１１１）面がサファイア基板４１の（ｏｏｏｌ）面と平
行になｐ、ＰＬＺＴ（２〒〒〉軸がサファイアく２〒１
０〉軸と平行なる関係を呈示した。端面４４のｍ工は、
本第２の発明の実施例で述べた様に、非接触加工法によ
り、１０μｍ程度の幅の深さ６３７ｚｍの溝を形成して
行った。

この時の研磨液には、極微細ダイヤモンド砥粒を混入し
た、ＰＬＺＴやサファイヤにぬれ性の良いものを用いる
と、良好な平滑端面が得られた。溝の形成方向は、サフ
ァイヤ基板のく２〒〒０〉方向とした。ＰＬＺＴ（２Ｂ
１０／１００）薄膜の場合は、面内方向に異存しないカ
ー効果を呈示するために、この溝形成方向の限定は光回
路素子形成上何らの障害ともならないという利点がある
。

溝形成後、サファイア基板４１の溝と反対側にナイフェ
ツジを配置し、クラッド層４３０表面の溝をはさんだ２
点から圧力を加えると、（１ｏｉｏ）面近傍でサファイ
ア基板が骨間した。天然サファイアは骨間しないといわ
れるが、発明者等は合成サファイア基板を用いて実験を
行った結果、うま〈襞間に成功した。第７図に示すごと
くに、切断分離【２、ステップ４６も高歩留まシで形成
することが出来た。得られた端面４４も光学的に平滑な
面となっておシ、良好な光結合が得られた。

以上の様に、本第２の発明の実施においては、従来の研
磨の工程に於ける様な複雑かつ長時間の工程が不要とな
シ、生産性が飛躍的に向上する。

発明の効果第１の本発明の実施により、高効率で安定な光結合が、
従来になく容易に得られる構造とすることが可能であり
、歩留まりが向上し、生産性が向上するという効果があ
る。

また、第２の本発明の実施により、工数の大幅な削減と
生産性の大幅な向上が計られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ第１の本発明の第１およ
び第２の実施例の光回路素子を示す側面断面図、第３図
は第１の本発明の第２の実施例の光回路素子を用いて光
ファイバと光結合を行う様子を示す側面断面図、第４図
および第６図はそれぞれ第２の本発明の第１および第２
の実施例の光回路素子の製造方法を示す工程概略断面図
、第５図は第２の本発明の実施における非接触用工法の
概略を示す断面図、第７図は第１の本発明の具体的な第
３の実施例の光回路素子を示す側面断面図、第８図は従
来の光回路素子および、それを用いて光ファイバと光結
合を行う様子を示す側面断面図、第９図は従来の他の光
回路素子の製造方法を示す工程断面図である。１・・・・・・基板、２・・・・・・光導波路、３．４
４・・・・・・端面、４・・・・・・切断面、６，４３
・・・・・・クラッド層、６・・・・・・光回路素子、
７・・・・・・光ファイバ、８・・・・・・コア、９・
・・・・・光フアイバ端面、１０．４６・・・・・・ス
テップ、１１・・・・・・円形ブレード、１２・・・・
・・研磨液、１３・・・・・・支点、１４・・・・・・
力点、１６・・・・・・溝、１６・・・・・・高速回転
ブレード、２１・・・・・・砥粒、２６・・・・・・保
護部材、４１・・・・・・サファイア基板、４２（・・
・・・ＰＩ、ＺＴ系薄膜光導波路、４６・・・・・・襞
間面。イーーー基１反２−九４恢路ｌｆｆ−一づ鼻２ｆ−一一区粒２Ｃ−−−イ１ヒｖｌ舒署く腎

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板と前記基板上に形成された光導波路から成る
光回路素子において、前記基板側面の一部が光学的に平
滑な端面を有するステップを具備し、かつ、前記光学的
に平滑な端面に、前記光導波路の光入出力端面が含まれ
ることを特徴とする光回路素子。
（２）光導波路上に前記光導波路より屈折率の小さなク
ラッド層を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の光回路素子。
（３）基板上に光導波路を形成して光回路を形成した後
、前記光回路上に保護部材を設け、高速回転する円形ブ
レードと研磨液を用いた非接触加工法により、光学的に
平滑な側面を有する溝加工を前記光回路に行った後、前
記基板を切断する光回路素子の製造方法。
（４）保護部材が、除去可能な、ヤトイとし、前記光回
路に密着固定して用い、非接触加工後あるいは基板切断
後除去することを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
の光回路素子の製造方法。
（５）保護部材が、光導波路よりも屈折率の小さなクラ
ッド層とし、前記光導波路上に堆積した後非接触加工を
行うことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の光回
路素子の製造方法。
（６）溝と反対側の基板面上に前記溝に対向して支点を
配置し、前記溝をはさんだ光回路の表面上の少なくとも
２ケ所の力点から支点側に圧力を加えて前記基板を破断
することにより基板の切断を行うことを特徴とする特許
請求の範囲第３項記載の光回路素子の製造方法。
（７）基板として単結晶材料を使用し、基板の劈開面も
しくは破断容易面と、前記基板の主面とが交わって成す
結晶軸方向に沿って、溝加工を行った後、前記結晶軸方
向に沿って前記溝を切断したことを特徴とする特許請求
の範囲第６項記載の光回路素子の製造方法。
（８）基板をサファイアＣ面とし、光導波路材料をＰＬ
ＺＴ（ｘ／ｙ／ｚ）（Ｐｂ＿１＿−＿（＿ｘ＿／＿１＿
０＿０＿）Ｌａ＿ｘ＿／＿１＿０＿０（Ｚｒ＿ｙ＿／＿
１＿０＿０Ｔｉ＿ｚ＿／＿１＿０＿０）＿ｘ＿／＿４＿
０＿０Ｏ＿３、０≦ｘ、ｙ、ｚ≦１００、ｙ＋ｚ＝１０
０）とし、サファイア基板の〈２＠１＠＠１＠０〉軸方
向に沿って切断したことを特徴とする特許請求の範囲第
７項記載の光回路素子の製造方法。
（９）基板の溝の近傍を高速回転ブレードで前記溝の少
なくとも１側面を残して切断することを特徴とする特許
請求の範囲第３項記載の光回路素子の製造方法。