WO2020245875A1 - 光導波路チップ - Google Patents

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信建 小勝負
平林　克彦
笠原　亮一
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Definitions

  • the present invention relates to an optical waveguide chip, and more particularly to an optical waveguide chip having a light-shielding structure for removing stray light.
  • PLC is an optical circuit formed on a semiconductor substrate, etc. by applying semiconductor process technologies such as photolithography and dry etching. Depending on the circuit pattern, optical duplexers, optical switches, wavelength duplexers, etc. are used. It can be realized. Since PLC has excellent mass productivity and high reliability, it has been used for various purposes as a core component of optical networks.
  • stray light propagating in a part other than the optical waveguide is incident on a light receiving element or the like to deteriorate the signal, so it is important to remove or suppress this stray light.
  • a groove is formed by removing the clad of the optical waveguide (for example, see Patent Document 1), a light-shielding material is filled in the formed groove (for example, see Patent Document 2), or an optical waveguide is used.
  • a light-shielding material is provided on the end face on the injection side excluding the core of the above (see, for example, Patent Document 3), or the light emitting direction is configured to be perpendicular to the incident direction of the light in the light receiving element (see, for example, Patent Document 4). ) Was being considered.
  • the incident light 1 incident from the left end of the figure passes through the fiber 3 in the fiber block 2 and is incident on the input waveguide 5 of the optical waveguide chip 10.
  • the incident light 1 that has passed through the input waveguide 5 of the optical waveguide chip 10 is branched into two by a 3 dB branched optical waveguide 6.
  • One of the two branches of light propagates through the first output waveguide 7a and is output to the light receiving element 12 as output light 8a.
  • the other of the light bifurcated by the 3 dB-branched optical waveguide 6 propagates through the second output waveguide 7b and is output to the light receiving element 12 as the output light 8b.
  • a groove filled with a light-shielding material 9 is formed between the first output waveguide and the second output waveguide. The stray light generated in each part exemplified by the shaded arrow is absorbed by the light-shielding material 9, but also slips through the side of the light-shielding material 9.
  • a member called a yatoi plate 4 is attached to the upper surface of the optical waveguide chip 10 with its end faces aligned. ing.
  • the fiber block 2 and the yatoi plate 4 are provided in order to increase the adhesive cross-sectional area and increase the mechanical strength of the bonded portion when the PLC and the optical fiber are bonded and fixed.
  • the fiber block and the yatoi plate 4 are generally made of glass or the like (see, for example, Patent Document 6). For this reason, there is also stray light that leaks from the yatoi plate 4 and slips through the upper part of the light-shielding material 9.
  • stray light directly incident on the light-shielding material 9 can be removed, but stray light propagating on the side portion of the chip and the space on the chip is removed. It's difficult to do.
  • the structure is such that the light emitting direction is perpendicular to the light incident direction so that the stray light generated at the junction between the optical fiber and the input waveguide does not enter the light receiving element.
  • a long circuit length is required to bend the optical waveguide, and there is also a problem that the optical waveguide chip becomes large.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 4-333829 Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-5548 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-350043 JP-A-2018-180513 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-2282 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-48628
  • an opening is provided at a position corresponding to the optical input / exit surface of the optical waveguide, not on the optical waveguide chip but on the optical waveguide chip.
  • a light-shielding structure such as a light-shielding plate 11 having a slit or the like.
  • a light-shielding structure such as a light-shielding plate 11 is formed on the substrate end surface of the chip after the waveguide is formed, so that the manufacturing process is a plurality of steps. , There was a problem that the production cost increased.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to reduce the cost without increasing the manufacturing process without forming a light-shielding structure on the end face of the waveguide substrate (chip). It is an object of the present invention to provide an optical waveguide chip capable of removing stray light and a method for manufacturing the same.
  • An example of an embodiment of the present invention is characterized by having the following configurations in order to achieve such an object.
  • An optical waveguide chip equipped with an optical waveguide circuit is laminated on a substrate, a lower clad layer laminated on the substrate, a core layer laminated on the lower clad layer and serving as a propagation path of an optical signal, and a core layer. Consists of an upper clad layer The upper and lower clad layers of the region that does not correspond to the propagation path of the optical signal are removed to the edge of the chip. The area from which the upper and lower clad layers have been removed is filled with a light absorbing substance.
  • An optical waveguide chip characterized in that the height of the packed light absorbing substance is higher than the uppermost surface of the upper clad layer.
  • a 3dB-branched optical waveguide that splits the input light propagating through the input waveguide into two, It includes first and second output waveguides that propagate one of the two branched input lights, respectively.
  • the optical waveguide chip according to any one of configurations 1 to 5, wherein the light absorbing substance is filled so as to cover the first and second output waveguides.
  • a 3dB-branched optical waveguide that splits the input light propagating through the input waveguide into two, It includes first and second output waveguides that propagate one of the two branched input lights, respectively.
  • the optical waveguide chip according to any one of configurations 1 to 5, wherein the light absorbing substance is filled without covering the upper surfaces of the first and second output waveguides.
  • the set of the optical waveguide chips according to any one of the configurations 1 to 7 is arranged on a plurality of wafers.
  • An optical waveguide chip characterized in that an optical waveguide and a light-shielding structure are formed by a common optical waveguide forming process and a light-shielding structure forming process for each wafer, and then separated by a cutting line common to the set of each optical path chip. Manufacturing method.
  • the present invention it is possible to suppress stray light while suppressing the increase in size of the optical waveguide chip. Further, since it is not necessary to form a light-shielding structure on the end face of the chip, it is possible to suppress stray light without increasing the number of manufacturing steps, and cost reduction can be expected.
  • FIG. 3 is an IV-IV cross-sectional view of the conventional optical waveguide chip of FIG. It is a top view of the optical waveguide chip of Embodiment 1. It is a VI-VI substrate sectional view of the optical waveguide chip of Embodiment 1.
  • FIG. It is VII-VII sectional view of the optical waveguide chip of Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure explaining the manufacturing method of the optical waveguide chip of Embodiment 1. It is a figure explaining another manufacturing method of the optical waveguide chip which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view of the optical waveguide chip of Embodiment 3.
  • FIG. 5 shows a top view of the optical waveguide chip 100 of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a substrate including an optical axis of the input waveguide of the optical waveguide chip 100 of the first embodiment, and
  • FIG. 7 is a substrate perpendicular to the optical axis of the output waveguide of the optical waveguide chip 100 of the first embodiment. The cross-sectional view is shown.
  • the optical fiber 3 attached to the fiber block 2 is connected to the input end of the optical waveguide chip 100 of the first embodiment, and the upper surface of the optical waveguide chip 100 is collectively called a yatoi plate 4.
  • the member is attached.
  • the fiber block 2 and the yatoi plate 4 are necessary for increasing the adhesive cross-sectional area and increasing the mechanical strength of the bonded portion when the PLC and the optical fiber are bonded and fixed.
  • the fiber block and the yatoi plate are generally made of glass or the like (see, for example, Patent Document 6).
  • light receiving elements 12 that receive the output lights 8a and 8b are arranged at the output ends of the first and second output waveguides 7a and 7b.
  • the input light 1 input to the fiber 3 provided in the fiber block 2 propagates through the input waveguide of the optical waveguide chip, and the input light 1 propagating through the input waveguide 5 is branched into two by a 3 dB-branched optical waveguide.
  • One of the two branches of light propagates through the first output waveguide 7a and is output to the light receiving element 12 as output light 8a.
  • the other of the light bifurcated by the 3 dB-branched optical waveguide 6 propagates through the second output waveguide 7b and is output to the light receiving element 12 as the output light 8b.
  • a light-shielding structure in which a light-shielding material (light absorbing substance) 21 is formed is formed so as to cover the first output waveguide 7a and the second output waveguide 7b.
  • the light-shielding material 21 is filled to the end of the chip as shown in FIG. 5, and the light-shielding material 21 propagates in space as shown in the cross-sectional view of the substrate including the optical axis of the input waveguide of FIG.
  • the upper clad layer is formed to a height of 0.1 mm or more from the uppermost surface, and in order to maintain a small shape, the height is set to 1.5 mm or less.
  • the light-shielding material 21 is formed so as to cover the upper surfaces of the first output waveguide 7a and the second output waveguide 7b as shown in the cross-sectional view of the substrate perpendicular to the optical axis of the output waveguide of FIG. ..
  • the optical waveguide is a so-called planar optical integrated circuit.
  • a lower clad layer made of quartz glass is provided on the surface of a silicon substrate, and an upper surface of the clad layer is provided with a lower clad layer.
  • a core portion corresponding to a propagation path of an optical signal formed of quartz glass is provided, and an upper clad layer formed of quartz glass is provided on the upper surface of the core portion.
  • a region in which the upper and lower clad layers are removed up to the end of the chip is provided, and the region is filled with the light-shielding material 21. ..
  • the height of the light-shielding material is at least 0.1 mm or more higher than the uppermost surface of the upper clad layer.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a method for manufacturing the optical waveguide chip 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 8A above is a magnified view of a set of two optical waveguide chips 100 and 200 according to the first embodiment of FIG. 5 in which the output waveguide side is arranged so as to face each other. Is a top view, and FIG. 8B is a cross-sectional view of the substrate including the optical axis of the input waveguide.
  • the set of chips is cut and separated at the central cutting line 400, and finally becomes two optical waveguide chips.
  • FIG. 8 (c) below shows a silicon wafer 300 in which four sets of two optical waveguide chips of FIG. 8A are arranged as an example, and a total of eight optical waveguide chips are shown. ing.
  • the cutting / separation at the central cutting line 400 may be performed in a wafer state, or may be separated into a set of chips and then cut. If the cutting line 400 is arranged on the wafer so as to be a common cutting line 400 for each set of the optical waveguide chips, the cutting / separation at the cutting line 400 can be performed in the wafer state, which is efficient.
  • a glass layer to be a lower clad is formed on a silicon substrate (silicon wafer 300) by a flame deposition method or the like, and the refractive index is determined from the clad by photolithography technology and etching technology. It also forms a high core glass material layer to form an optical waveguide pattern. After that, the glass layer to be the upper clad is deposited again to form the core-embedded optical waveguide.
  • a region in which the clad layer is removed is formed at a predetermined position on the wafer by photolithography technology and etching technology, and then the light-shielding material 21 is filled in this region. And cure.
  • the region to be filled with the light-shielding material 21 does not need to be formed by removing the entire clad layer, and may be etched by 0.1 mm or more.
  • the etching depth is adjusted so that the light-shielding material has a predetermined height (thickness), the surface that the light-shielding material contacts is physically or chemically modified, and the surface tension and wettability of the light-shielding material ( The contact angle) can be adjusted.
  • the surface tension and wettability (contact angle) of the light-shielding material are adjusted so that the cross section of the light-shielding material is raised.
  • the light-shielding material 21 in the present embodiment is a mixture of a silicone resin as a base material and carbon black generally used as a light-shielding material.
  • the light incident on the light-shielding material is attenuated in light power mainly by absorption in carbon black. Surface tension and wettability can be adjusted by selecting the base material.
  • a thermosetting resin or a photocurable resin can be used as the base material of the light-shielding material.
  • the light-shielding material is patterned in place on the wafer by a dispenser, an inkjet printer, or screen printing. After that, if a thermosetting resin is used as the light-shielding material, the light-shielding material is cured by heat treatment, and if a photocurable resin is used, the light-shielding material is cured by light irradiation. After forming the light-shielding structure, the wafer is cut by dicing to form chips.
  • the pattern of the region for filling the optical waveguide and the light-shielding material is a second optical waveguide chip having the same pattern as the first optical waveguide chip so as to be line-symmetric with respect to the emission surface of the first optical waveguide chip. Is arranged so that the first optical waveguide chip and the second optical waveguide chip form a continuous pattern. As a result, the wafer area can be used without waste.
  • the first optical waveguide chip 100 and the second optical waveguide chip 200 have the same pattern, but they may be different. Further, only the first optical waveguide chip 100 may be patterned. In that case, as shown in FIG. 9, a region to be filled with the light-shielding material 21 is provided longer than the chip length, and after the light-shielding material 21 is filled and cured. The excess chips may be cut off at the cutting line 400 so that the light-shielding material layer is exposed on the output end face.
  • the description has been given of the glass-based waveguides it is also possible to use InP waveguide or GaAs waveguide, LiNbO 3 waveguide, a polymer waveguide or the like.
  • the light leaked at the junction between the optical fiber and the input waveguide and the 3 dB branched optical waveguide is removed by a light-shielding material is shown, but the light is emitted in a waveguide circuit having another shape. If there is a leaking part, stray light can be removed or suppressed by forming a region filled with a light-shielding material in the vicinity thereof. For example, the place where light leaks is a bent part (particularly when the radius of curvature is small), a part where a wave is combined or a part where the light is demultiplexed.
  • FIG. 10 shows a top view of the substrate of the optical waveguide chip 500 of the second embodiment.
  • FIG. 11 shows a cross-sectional view (XI-XI cross section) of the optical waveguide chip 500 of the second embodiment, which is perpendicular to the optical axis of the output waveguide.
  • the configuration of the optical waveguide of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • the difference from the first embodiment is the coating area of the light-shielding material 22.
  • the light-shielding material 22 is filled only in the region where the clad layer is removed, and the first output waveguide 7a and the second output It does not cover the upper surface of the waveguide 7b. If the height of the applied light-shielding material 22 is equal to or higher than a predetermined height and the output point of the output waveguide is not visible from the stray light generation point, the upper surfaces of the first output waveguide and the second output waveguide are used. It is possible to remove the stray light because the light-shielding material on the way blocks the stray light without covering it.
  • FIG. 12 shows a top view of the optical waveguide chip 700 according to the third embodiment.
  • the configuration of the optical waveguide according to the present embodiment is the same as that of the first embodiment.
  • the difference from the first embodiment is that the laser 101 is provided on the input side of the optical waveguide chip 700 instead of the optical fiber.
  • stray light generated at the junction between the laser and the input waveguide can also be absorbed by the light-shielding material, and deterioration of the characteristics can be suppressed.
  • the present invention it is possible to suppress stray light while suppressing the increase in size of the optical waveguide chip. Further, since it is not necessary to form a light-shielding structure on the end face of the chip, stray light can be suppressed without increasing the number of manufacturing steps, and the manufacturing cost can be reduced.

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Abstract

光導波回路が、基板と、基板上に積層された下部クラッド層と、下部クラッド層上に積層され光信号の伝搬経路にあたるコア層と、コア層上に積層された上部クラッド層からなり、光信号の伝搬経路にあたらない領域の上部および下部クラッド層がチップの端まで除去されており、上部および下部クラッド層が除去された領域に光吸収物質が充填されており、充填されている光吸収物質の高さが上部クラッド層の最上面より高いことを特徴とする光導波路チップとした。

Description

光導波路チップ
　本発明は光導波路チップに関し、より詳細には、迷光除去のための遮光構造を備えた光導波路チップに関する。
　近年、メディカル・ディスプレイ分野等における光デバイスの重要性が高まっている。これまで通信分野で用いられてきた光デバイスの、通信以外の分野への応用が求められており、中でも平面光導波路（Planer Lightwave Circuit、ＰＬＣ）を基本とした光デバイスが注目されている。
　ＰＬＣは、フォトリソグラフィやドライエッチングといった半導体プロセスの技術を応用し、半導体基板等の上に光回路を形成したものであり、回路パターンにより光合分波器、光スイッチおよび波長合分波器などを実現することができる。ＰＬＣは量産性に優れ、信頼性も高いため、光ネットワークの基幹部品としてこれまでさまざまな用途に利用されてきた。
　ＰＬＣでは、光導波路以外の部分を伝搬する迷光が受光素子などに入射して信号を劣化させるため、この迷光を除去・抑制することが重要となる。迷光抑制の方法として、従来、光導波路のクラッドを除去することにより溝を形成したり（例えば特許文献１参照）、形成した溝に遮光材を充填したり（例えば特許文献２参照）、光導波路のコアを除く射出側端面に遮光材を設けたり（例えば特許文献３参照）、光の出射方向が受光素子における光の入射方向に対して垂直となるように構成したり（例えば特許文献４参照）する方法が考えられていた。
　しかし、光導波路のクラッド層に溝を形成したり遮光材を充填したりする構造では、光導波路の分岐部や曲げ部などで発生し、クラッド層を伝搬する迷光を除去することはできるが、光ファイバと入力導波路との接合部などで発生し、空間を伝搬する迷光を除去することは困難であるという問題があった。
　図１の従来の光導波路チップ１０の上面図では、図の左端から入射した入射光１はファイバブロック２中のファイバ３を通過して、光導波路チップ１０の入力導波路５に入射する。光導波路チップ１０の入力導波路５を通過した入射光１は、３ｄＢ分岐光導波路６で２分岐される。
　２分岐された光の一方は、第１の出力導波路７ａを伝搬して、出力光８ａとして受光素子１２に出力される。同様に、３ｄＢ分岐光導波路６で２分岐された光の他方は、第２の出力導波路７ｂを伝搬して、出力光８ｂとして受光素子１２に出力される。第１の出力導波路と第２の出力導波路の間には、遮光材９が充填された溝部が形成されている。網掛けの矢印で例示される各部で発生する迷光は、遮光材９で吸収されるものもあるが、遮光材９の脇をすり抜けてしまうものもある。
　図２の従来の光導波路チップ１０の基板断面図（図１のＩＩ－ＩＩ断面図）に示すように、光導波路チップ１０の上面には、端面を合わせてヤトイ板４と呼ばれる部材が取り付けられている。ファイバブロック２やヤトイ板４は、ＰＬＣと光ファイバを接着固定する際、その接着断面積を大きくし、接着部の機械的強度を高めるために設けられている。ファイバブロックやヤトイ板４は、一般にガラスなどで作られている（例えば特許文献６参照）。このため、ヤトイ板４から漏れ出て、遮光材９の上部をすり抜けてしまう迷光もある。
　図１、２に示されるように、従来の光導波路チップ１０の構造では、遮光材９に直接入射する迷光は除去可能であるが、チップの側部やチップ上の空間を伝搬する迷光を除去することは困難である。
　また、特許文献２に示されるようなクラッド層に形成した溝に遮光材を充填する構造では、遮光材が端から流れてしまうため基板の端まで遮光材を充填することが困難であり、導波路層であっても迷光を完全に除去することが困難であるという問題もあった。
　また、特許文献４に示されるような、光ファイバと入力導波路との接合部などで発生した迷光が受光素子に入射しないよう、光の出射方向を光の入射方向に対し垂直とする構造とすることもできるが、このような構造では、光導波路を曲げるために長い回路長が必要となり、光導波路チップが大型化するという問題もあった。
特開平４－３３３８２９号公報 特開平９－５５４８号公報 特開平２００１－３５００４３号公報 特開２０１８－１８０５１３号公報 特開２０１４－２２８２号公報 特開２０１４－４８６２８号公報
　また従来、図３、図４（図３のＩＶ－ＩＶ断面）に示すように、光導波路チップの上ではなく光入出端面において、光導波路の光入出面にあたる位置に開口部（ピンホール１４やスリットなど）を有する遮光板１１のような遮光構造を設ける方法もあった。（例えば特許文献５参照）
　しかしながら、光入出端面に開口部を有する遮光構造を設ける方法では、導波路が形成された後に、チップの基板端面に遮光板１１などの遮光構造を形成するため、その製造工程は複数の工程となり、生産コストが増加するという問題があった。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、導波路基板（チップ）端面への遮光構造の形成などを行わずに、製造工程を増やすことなく、低コストで迷光除去が可能な光導波路チップおよびその製造方法を提供することである。
　本発明の実施形態の一例は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。
（構成１）
　光導波回路を備えた光導波路チップであって、
　前記光導波回路は、基板と、前記基板の上に積層された下部クラッド層と、前記下部クラッド層の上に積層され光信号の伝搬経路にあたるコア層と、前記コア層の上に積層された上部クラッド層からなり、
　前記光信号の伝搬経路にあたらない領域の上部および下部クラッド層がチップの端まで除去されており、
　前記上部および下部クラッド層が除去された領域に光吸収物質が充填されており、
　前記充填されている光吸収物質の高さが上部クラッド層の最上面より高い
ことを特徴とする光導波路チップ。
（構成２）
　前記光吸収物質の高さが、上部クラッド層の最上面から０．１mm以上、１．５mm以下である
ことを特徴とする構成１に記載の光導波路チップ。
（構成３）
　前記光導波路チップの入力導波路の上面にヤトイ板を設けた
ことを特徴とする構成１または構成２に記載の光導波路チップ。
（構成４）
　前記光導波回路の入力端に光ファイバを設けた
ことを特徴とする構成１～３のいずれか１項に記載の光導波路チップ。
（構成５）
　前記光導波路チップの入力端にレーザを設けた
ことを特徴とする構成１～３のいずれか１項に記載の光導波路チップ。
（構成６）
　入力導波路を伝搬した入力光を２分岐する３ｄＢ分岐光導波路と、
　２分岐された前記入力光の一方をそれぞれ伝搬する、第１および第２の出力導波路を備え、
　前記第１および第２の出力導波路を覆って前記光吸収物質が充填されている
ことを特徴とする構成１～５のいずれか１項に記載の光導波路チップ。
（構成７）
　入力導波路を伝搬した入力光を２分岐する３ｄＢ分岐光導波路と、
　２分岐された前記入力光の一方をそれぞれ伝搬する、第１および第２の出力導波路を備え、
　前記第１および第２の出力導波路の上面を覆うことなく前記光吸収物質が充填されている
ことを特徴とする構成１～５のいずれか１項に記載の光導波路チップ。
（構成８）
　構成１～７のいずれか１項に記載の光導波路チップの組を複数ウエハの上に配置し、
　前記ウエハの単位で共通の光導波路形成プロセスおよび遮光構造の形成プロセスで光導波路および遮光構造を形成した後に、各光導路チップの前記組に共通の切断ラインで切り離す
ことを特徴とする光導波路チップの製造方法。
　本発明によれば、光導波路チップの大型化を抑制しつつ、迷光の抑制が可能となる。また、チップ端面への遮光構造の形成を行う必要がないので、製造工程数を増やすことなく迷光を抑制することが可能となり、コスト削減が期待できる。
従来の光導波路チップの上面図である。 図１の従来の光導波路チップのＩＩ－ＩＩ基板断面図である。 従来の別の光導波路チップの上面図である。 図３の従来の光導波路チップのＩＶ－ＩＶ断面図である。 実施形態１の光導波路チップの上面図である。 実施形態１の光導波路チップのＶＩ－ＶＩ基板断面図である。 実施形態１の光導波路チップのＶＩＩ－ＶＩＩ断面図である。 実施形態１の光導波路チップの製造方法を説明する図である。 実施形態１に係る光導波路チップの別の製造方法を説明する図である。 実施形態２に係る光導波路チップの上面図である。 実施形態２の光導波路チップのＸＩ－ＸＩ断面図である。 実施形態３の光導波路チップの上面図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
（実施形態１）
　図５～７を参照して、本発明の実施形態１に係る光導波路チップについて説明する。図５は、実施形態１の光導波路チップ１００の上面図を示したものである。図６は、実施形態１の光導波路チップ１００の入力導波路の光軸を含む基板断面図であり、図７は、実施形態１の光導波路チップ１００の出力導波路の光軸に垂直な基板断面図を示したものである。
　図５において、実施形態１の光導波路チップ１００の入力端には、ファイバブロック２に取り付けられた光ファイバ３が接続され、光導波路チップ１００の上面には、端面を合わせてヤトイ板４と呼ばれる部材が取り付けられている。ファイバブロック２やヤトイ板４は、ＰＬＣと光ファイバを接着固定する際、その接着断面積を大きくし、接着部の機械的強度を高めるために必要である。ファイバブロックやヤトイ板は、一般にガラスなどで作られている（例えば特許文献６参照）。
　図５において、第１及び第２の出力導波路７ａ、７ｂの出力端には、出力光８ａ、８ｂを受光する受光素子１２が配置されている。ファイバブロック２に設けられたファイバ３に入力した入力光１は、光導波路チップの入力導波路を伝搬し、入力導波路５を伝搬した入力光１は３ｄＢ分岐光導波路で２分岐される。２分岐された光の一方は、第１の出力導波路７ａを伝搬して、出力光８ａとして受光素子１２に出力される。同様に、３ｄＢ分岐光導波路６で２分岐された光の他方は、第２の出力導波路７ｂを伝搬して、出力光８ｂとして受光素子１２に出力される。
　実施形態１の光導波路チップ１００では、第１の出力導波路７ａと第２の出力導波路７ｂとを覆って、遮光材（光吸収物質）２１が形成された遮光構造が形成されている。
　本実施形態では、図５に示すようにチップの端まで遮光材２１が充填されており、遮光材２１は図６の入力導波路の光軸を含む基板断面図に示すように、空間を伝搬する迷光を有効に除去するため、上部クラッド層の最上面から０．１mm以上の高さまで形成されており、また小型の形状を維持するため、高さは１．５mm以下としている。
　これにより、クラッド層を伝搬し受光素子に重畳しうる迷光や、光ファイバと入力導波路との接合部等で発生した迷光を有効に吸収し、抑制・除去することができる。また、遮光材２１は、図７の出力導波路の光軸に垂直な基板断面図に示すように第１の出力導波路７ａと第２の出力導波路７ｂの上面を覆って形成されている。
　実施形態１に係る光導波路チップ１００では、光導波路はいわゆる平面型光集積回路であり、例えば、シリコン基板の表面に石英系ガラスで形成された下部クラッド層が設けられ、このクラッド層の上面に石英系ガラスで形成された光信号の伝搬経路にあたるコア部が設けられ、このコア部の上面に石英系ガラスで形成された上部クラッド層が設けられている。また、光導波路チップの出射端側の光信号の伝搬経路にあたらない領域には、チップの端まで上部および下部クラッド層を除去した領域が設けられ、その領域に遮光材２１が充填されている。遮光材の高さは、上部クラッド層の最上面より少なくとも０．１mm以上高い。
（光導波路チップの製造方法）
　図８は、実施形態１に係る光導波路チップ１００の製造方法を説明する図である。
　上の図８（ａ）は、図５の実施形態１に係る光導波路チップ１００と２００を２つ、出力導波路側を対向配置した組の基板拡大表示した図であり、図８（ａ）が上面図、図８（ｂ）が入力導波路の光軸を含む基板断面図である。チップの組は中央の切断ライン４００で切断・分離されて、最終的に２つの光導波路チップとなる。
　下の図８（ｃ）は、図８（ａ）の２つの光導波路チップの組を例示的に４組、配置したシリコンウエハ３００を示すものであり、計８個の光導波路チップが示されている。中央の切断ライン４００での切断・分離は、ウエハ状態で行ってもよいし、チップの組に分離してから切断してもよい。光導波路チップの各組に共通の切断ライン４００となるようにウエハ上に配置しておけば、切断ライン４００での切断・分離は、ウエハ状態で行うことができ効率的である。
　まず、光導波路形成プロセスについては、シリコン基板（シリコンウエハ３００）上に火炎堆積法などを用いて下部クラッドとなるガラス層を形成し、その上にフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により屈折率がクラッドよりも高いコアとなるガラス材料層を形成し、光導波路パターンを形成する。その後に、再度上部クラッドとなるガラス層を堆積させて、コア埋め込み型の光導波路を形成する。
　次に、遮光構造の形成プロセスについては、光導波路形成時と同様、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、ウエハの所定の位置にクラッド層を除去した領域を形成後、この領域に遮光材２１を充填し、硬化する。
　遮光材２１を充填する領域は、クラッド層全てを除去して形成する必要はなく、０．１ｍｍ以上エッチングされていればよい。遮光材が所定の高さ（厚さ）になるよう、エッチング深さを調整したり、遮光材が接触する面を物理的または化学的に改質したり、遮光材の表面張力やぬれ性（接触角）を調整したりすることができる。本実施形態では、遮光材の表面張力とぬれ性（接触角）を調整して、遮光材の断面が盛り上がるように形成した。
　本実施形態における遮光材２１は、シリコーン樹脂を母材とし、遮光材として一般的に用いられるカーボンブラックを混合したものである。遮光材に入射される光は、主にカーボンブラックにおける吸収によって光パワーが減衰する。表面張力やぬれ性は母材の選択によって調整することができる。また、遮光材の母材には熱硬化型樹脂や光硬化型樹脂を用いることができる。
　遮光材の充填は、遮光材が充填された部分を切り出す前に実施する必要があり、本実施形態ではウエハ状態にて実施する。ウエハの所定の位置にディスペンサやインクジェットプリンタ、またはスクリーン印刷によって遮光材をパターニングする。その後、遮光材として熱硬化型樹脂を用いていれば熱処理を、光硬化型樹脂を用いていれば光照射によって遮光材を硬化する。遮光構造形成後は、ダイシングによりウエハを切断し、チップ化する。
　ここで、光導波路および遮光材充填のための領域のパターンは、第１の光導波路チップの出射面に対し線対称となるよう、第１の光導波路チップと同じパターンの第２の光導波路チップを配置し、第１の光導波路チップと第２の光導波路チップが連続したパターンとする。それにより、ウエハ面積を無駄なく使用することができる。
　本実施形態では第１の光導波路チップ１００と第２の光導波路チップ２００は同じパターンとしたが、異なっていても良い。また、第１の光導波路チップ１００のみをパターン化しても良く、その場合は図９に示すように、遮光材２１を充填する領域をチップ長より長めに設け、遮光材２１を充填・硬化後に出力端面に遮光材層が露出するよう、切断ライン４００で余分なチップを切り落とせばよい。
　本実施形態では、ガラス系導波路の場合について説明したが、ＩｎＰ導波路やＧａＡｓ導波路、ＬｉＮｂＯ３導波路、ポリマー導波路等を用いることもできる。
　ここで、本実施形態では、光ファイバと入力導波路との接合部、および３ｄＢ分岐光導波路で漏れた光を遮光材により除去する例を示しているが、その他形状の導波路回路において光が漏れる箇所があれば、その近傍に遮光材を充填する領域を形成することで迷光の除去・抑制が可能である。例えば、光が漏れる箇所としては、曲げ部（特に曲率半径が小さい場合）や、合波や分波する箇所である。
（実施形態２）
　図１０、１１を参照して、実施形態２に係る光導波路チップについて説明する。図１０は、実施形態２の光導波路チップ５００の、基板上面図を示したものである。図１１は、実施形態２の光導波路チップ５００の、出力導波路の光軸に垂直な基板断面図（ＸＩ－ＸＩ断面）を示したものである。
　実施形態２の光導波路の構成は、実施形態１と同様である。実施形態１と異なる点は、遮光材２２の塗布領域である。図１１の基板断面図に示すように、実施形態２の光導波路チップ５００では、遮光材２２はクラッド層を除去した領域にのみ充填されており、第１の出力導波路７ａと第２の出力導波路７ｂの上面を覆っていない。塗布された遮光材２２の高さが所定の高さ以上あり、迷光の発生点から出力導波路の出力点が見通しに無ければ、第１の出力導波路と第２の出力導波路の上面を覆うことなくても、途中の遮光材が迷光を遮るので迷光を除去することが可能である。
（実施形態３）
　図１２を参照して、実施形態３の光導波路チップについて説明する。図１２は、実施形態３に係る光導波路チップ７００の上面図を示したものである。本実施形態に係る光導波路の構成は、実施形態１と同様である。実施形態１と異なる点は、光導波路チップ７００の入力側に光ファイバでなく、レーザ１０１が設けられている点である。本実施形態により、レーザと入力導波路との接合部等で発生する迷光も遮光材で吸収することができ、特性の劣化を抑制することができる。
　以上のように、本発明によれば、光導波路チップの大型化を抑制しつつ、迷光の抑制が可能となる。また、チップ端面への遮光構造の形成を行う必要がないので、製造工程数を増やすことなく迷光を抑制することが可能となり、製造コストが削減できる。

Claims (8)

  1. 　光導波回路を備えた光導波路チップであって、
    　前記光導波回路は、基板と、前記基板の上に積層された下部クラッド層と、前記下部クラッド層の上に積層され光信号の伝搬経路にあたるコア層と、前記コア層の上に積層された上部クラッド層からなり、
    　前記光信号の伝搬経路にあたらない領域の上部および下部クラッド層がチップの端まで除去されており、
    　前記上部および下部クラッド層が除去された領域に光吸収物質が充填されており、
    　前記充填されている光吸収物質の高さが上部クラッド層の最上面より高い
    ことを特徴とする光導波路チップ。
  2. 　前記光吸収物質の高さが、上部クラッド層の最上面から０．１mm以上、１．５mm以下である
    ことを特徴とする請求項１に記載の光導波路チップ。
  3. 　前記光導波路チップの入力導波路の上面にヤトイ板を設けた
    ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光導波路チップ。
  4. 　前記光導波回路の入力端に光ファイバを設けた
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光導波路チップ。
  5. 　前記光導波路チップの入力端にレーザを設けた
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の光導波路チップ。
  6. 　入力導波路を伝搬した入力光を２分岐する３ｄＢ分岐光導波路と、
    　２分岐された前記入力光の一方をそれぞれ伝搬する、第１および第２の出力導波路を備え、
    　前記第１および第２の出力導波路を覆って前記光吸収物質が充填されている
    ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光導波路チップ。
  7. 　入力導波路を伝搬した入力光を２分岐する３ｄＢ分岐光導波路と、
    　２分岐された前記入力光の一方をそれぞれ伝搬する、第１および第２の出力導波路を備え、
    　前記第１および第２の出力導波路の上面を覆うことなく前記光吸収物質が充填されている
    ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光導波路チップ。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の光導波路チップの組を複数ウエハの上に配置し、
    　前記ウエハの単位で共通の光導波路形成プロセスおよび遮光構造の形成プロセスで光導波路および遮光構造を形成した後に、各光導路チップの前記組に共通の切断ラインで切り離す
    ことを特徴とする光導波路チップの製造方法。
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