JP2003302544A - 光路変換機能付高分子光導波路素子およびその製造方法 - Google Patents
光路変換機能付高分子光導波路素子およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、上記の問題を回避すべく集光
機能を用いず、受発光素子に微小光導波路あるいは微小
光ファイバを突き当てることにより、光路変換を行える
光導波路素子を提供することにある。 【構成】ポリイミド光導波路を長さ1mm、幅5mmに
切りだし、片側端面を45°カットした。45°カット
光導波路を縦型にし、シリコンウェハから剥離し、長さ
5cmの光導波路の端面に熱硬化型エポキシを用い、両
者を接着固定した。このようにして得られた光路変換付
光導波路素子を、面発光レーザ上に突き当てた。
機能を用いず、受発光素子に微小光導波路あるいは微小
光ファイバを突き当てることにより、光路変換を行える
光導波路素子を提供することにある。 【構成】ポリイミド光導波路を長さ1mm、幅5mmに
切りだし、片側端面を45°カットした。45°カット
光導波路を縦型にし、シリコンウェハから剥離し、長さ
5cmの光導波路の端面に熱硬化型エポキシを用い、両
者を接着固定した。このようにして得られた光路変換付
光導波路素子を、面発光レーザ上に突き当てた。
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は高分子光導波路に関
し、特に光集積回路、光インターコネクション用光学部
品等を製造する方法に関する。 【0002】 【従来の技術】光部品、あるいは光ファイバの基材とし
ては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴
を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が
広く使用されているが、最近では高分子系の材料も開発
され、無機系材料に比べて加工性や価格の点で優れてい
ることから、光導波路用材料として注目されている。例
えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、あるい
は、ポリスチレンのような透明性に優れた高分子をコア
とし、そのコア材料よりも屈折率の低い高分子をクラッ
ド材料としたコア−クラッド構造からなる平板型光導波
路が作製されている(特開平3−188402号)。こ
れに対して耐熱性の高い透明性高分子であるポリイミド
を用い低損失の平板型光導波路が実現されている(特開
平2−110500号)。コストなどの要求から光イン
ターコネクション分野において、面発光型レーザ(VC
SEL)が搭載されようとしているが、基板に対して垂
直に出射するレーザ光を基板に対して水平な光導波路に
入射するとき、約90°の光路変換が必要となる。高分
子光導波路では、ダイシングソーによって、約45°に
切削し、90°光路変換を可能にしている(特開平10
−300961)。しかしながら、この場合、必要な場
所以外も45°に切削してしまうこと、切削時に汚染の
恐れがあること、更には、受発光素子との間隔を50μ
m以下にすることは難しく、切削だけでは集光機能が無
いため光が発散してしまい損失の原因になるなどの問題
がある。マイクロレンズを用いることも考えられるが、
そのような場合、樹脂の粘度、濡れ性の管理などコスト
高になってしまう。また、空気中を伝搬するため、反射
が起こり入出力強度も小さくかつ不安定になるなどの問
題があった。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題を回避すべく集光機能を用いず、受発光素子に微
小光導波路あるいは微小光ファイバを突き当てることに
より、光路変換を行える光導波路素子を提供することに
ある。 【0004】 【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討し
た結果、光導波路端面に縦型の微小光導波路あるいは微
小光ファイバを形成することにより、前記課題を解決す
ることを見出し本発明を完成させた。 【0005】すなわち本発明は、光路変換を行うために
第1の光導波路の光入出射端面が45°カット面となっ
ており、他の光導波路が第1の光導波路と直交して接合
されていることを特徴とする光導波路素子である。ここ
で45°カット面を備えた第1の光導波路および他の導
波路はいずれも光ファイバでもよいし、平板上に設けら
れた導波路でもよい。 【0006】 【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
ここでは、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液
を用いたポリイミド光導波路を例に挙げて説明するが、
光導波路の材料としてポリアミド酸溶液以外の光学用材
料の樹脂溶液などを用いて作製することももちろん可能
である。また、光路変換のための樹脂は、UV硬化エポ
キシアクリレートを例に挙げて説明するが、UV硬化エ
ポキシアクリレート以外の樹脂溶液、熱硬化タイプの樹
脂溶液などを用いて作製することももちろん可能であ
る。図1に本発明の光路変換付光導波路素子作製方法の
一例、図2に本発明の光路変換付光導波路素子の構造図
を示す。 【0007】まず、シリコンウェハ1上に下部クラッド
層2を形成する。その上にコア層3を形成する。次に、
所望のコアパターンの描いてあるマスクパターンを用い
て、レジストパターン形成を行う。このレジストをマス
クとして酸素プラズマでドライエッチングする。次に、
残ったレジストを剥離液で除去する。次に上から上部ク
ラッド層4を形成する(図1(a))。次に、シリコンウ
ェハから、光導波路を剥離する。このようにして得られ
た光導波路フィルム11を、所望の形状にダイシングソ
ー等で切り出す(図1(b))。同様に作製した光導波路
フィルムあるいは光ファイバを1mm程度の長さに切削
し、片側を45°に切削する(図1(c))。必要であ
れば、45°切削端面を金属などでコートし、反射効率
を上げるため鏡面とする。その後、この45°カット光
導波路あるいは光ファイバを縦型にし、光路変換が必要
な場所に必要なだけ光導波路端面に接着材6を用いて固
定を行う(図1(d))。あるいは、微小光導波路を45°
切削せずに接着し、接着後、45°面を出すために切削
あるいは研磨を行う。 【0008】このようにして、光路変換機能付光導波路
素子14が作製出来る。この構造を有することにより、
面発光レーザや面受光素子などの受発光素子13に対し
て隙間を与えることなく接合でき、受発光素子と光導波
路との結合効率の大幅向上が達成可能となる。微小光導
波路長が長い場合、必要であれば、樹脂や金属などの補
強板を用いて接合部を補強し、突き当てたときに精度良
く固定出来るようにする。本発明における微小光導波路
あるいは微小光ファイバ長を例えば100μm以下に
し、上下反対に設置することにより、図2で示したよう
な上向きの面発光レーザおよび面受光素子だけでなく、
下向きの面発光レーザおよび面受光素子にも適用出来る
ことが分かる。 【0009】引き続いて、いくつかの実施例を用いて本
発明を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種
々の高分子の溶液を用いることにより数限りない本発明
の高分子光導波路が得られることは明らかである。した
がって、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもの
ではない。 【0010】(実施例1)4インチシリコンウェハ上に
2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサ
フルオロプロパン二無水物(6FDA)と2,2−ビス
(トリフルオロメチル)−4, 4' −ジアミノビフェニ
ル(TFDB)のポリアミド酸の15wt%DMAc溶
液を加熱後膜厚が15μmになるようスピンコートし
た。これを380℃で1時間加熱イミド化して下部クラ
ッド層とした。この上にコア層となる6FDAと4,
4' −オキシジアニリン(ODA)のポリアミド酸約1
5wt%DMAc溶液を加熱イミド化後膜厚が50μm
になるようにスピンコートし、加熱イミド化した。その
上からSi含有のレジストを膜厚3μmになるようにス
ピンコートし90℃で仮乾燥した。50μm幅、長さ6
cmのパターンが40本描かれているガラスマスクパタ
ーンを用いて、露光、現像を行い、レジストパターンニ
ングを行った。次に反応性イオンエッチングによりコア
層を50μm分エッチングした。その後、残ったレジス
トを剥離液で剥離した。最後に上部クラッド層となる6
FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc
溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱
イミド化して上部クラッド層4を得た。このようにして
埋め込み型光導波路が形成される。その後、このシリコ
ンウェハ上の光導波路を5wt%のフッ酸水溶液中に浸
漬させ、シリコンウェハから光導波路を剥し、フィルム
光導波路を作製した。長さ5cm、幅5mmになるよう
に光導波路をダイシングソーにより切り出した。同じよ
うに作製したポリイミド光導波路を長さ1mm、幅5m
mに切りだし、片側端面を45°カットした。45°カ
ット光導波路を縦型にし、シリコンウェハから剥離し、
長さ5cmの光導波路の端面に接着材として熱硬化型エ
ポキシを用い、両者を接着固定した。図2に示すよう
に、このようにして得られた光導波路11と光導波路1
2を接合した光路変換付光導波路素子14を、受発光素
子13である面発光レーザ上に突き当て、突き当て部と
接着部2箇所の結合損失を測定したところ、合計1dB
以下であった。 【0011】この構成では接合部でクラッド層を通過す
ることになるが、その距離が短いので損失が小さいと考
えられる。 【0012】(比較例1)4インチシリコンウェハ上に
6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMA
c溶液を加熱後膜厚が15μmmになるようスピンコー
トした。これを380℃で1時間加熱イミド化して下部
クラッド層とした。この上にコア層となる6FDAとO
DAのポリアミド酸約15wt%DMAc溶液を加熱イ
ミド化後膜厚が50μmになるようにスピンコートし、
加熱イミド化した。その上からSi含有のレジストを膜
厚3μmになるようにスピンコートし90℃で仮乾燥し
た。50μm幅、長さ6cmのパターンが40本描かれ
ているガラスマスクパターンを用いて、露光、現像を行
い、レジストパターンニングを行った。次に反応性イオ
ンエッチングによりコア層を50μm分エッチングし
た。その後、残ったレジストを剥離液で剥離した。最後
に上部クラッド層となる6FDAとTFDBのポリアミ
ド酸の15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法
により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層
を得た。このようにして埋め込み型光導波路が形成され
る。その後、このシリコンウェハ上の光導波路を5wt
%のフッ酸水溶液中に浸漬させ、シリコンウェハから光
導波路を剥し、フィルム光導波路を作製した。次に幅5
mm、長さ5cmにダイシングソー等でフィルム光導波
路を切り出した。次に、光導波路の端面をダイシングソ
ーによって45°カットを行った。45°カット面が反
射面となるように光導波路と面発光レーザの基板面を平
行に配置し、結合損失を測定したところ3dB以上であ
った。このとき光導波路と面発光レーザの光結合部はお
よそ100μmの空隙があった。 【0013】 【本発明の効果】本発明による光路変換付高分子光導波
路素子により、受発光素子との結合効率が良好でかつ量
産性の優れた光導波路、光部品が製造できる。
し、特に光集積回路、光インターコネクション用光学部
品等を製造する方法に関する。 【0002】 【従来の技術】光部品、あるいは光ファイバの基材とし
ては、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという特徴
を有する石英ガラスや多成分ガラス等の無機系の材料が
広く使用されているが、最近では高分子系の材料も開発
され、無機系材料に比べて加工性や価格の点で優れてい
ることから、光導波路用材料として注目されている。例
えば、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、あるい
は、ポリスチレンのような透明性に優れた高分子をコア
とし、そのコア材料よりも屈折率の低い高分子をクラッ
ド材料としたコア−クラッド構造からなる平板型光導波
路が作製されている(特開平3−188402号)。こ
れに対して耐熱性の高い透明性高分子であるポリイミド
を用い低損失の平板型光導波路が実現されている(特開
平2−110500号)。コストなどの要求から光イン
ターコネクション分野において、面発光型レーザ(VC
SEL)が搭載されようとしているが、基板に対して垂
直に出射するレーザ光を基板に対して水平な光導波路に
入射するとき、約90°の光路変換が必要となる。高分
子光導波路では、ダイシングソーによって、約45°に
切削し、90°光路変換を可能にしている(特開平10
−300961)。しかしながら、この場合、必要な場
所以外も45°に切削してしまうこと、切削時に汚染の
恐れがあること、更には、受発光素子との間隔を50μ
m以下にすることは難しく、切削だけでは集光機能が無
いため光が発散してしまい損失の原因になるなどの問題
がある。マイクロレンズを用いることも考えられるが、
そのような場合、樹脂の粘度、濡れ性の管理などコスト
高になってしまう。また、空気中を伝搬するため、反射
が起こり入出力強度も小さくかつ不安定になるなどの問
題があった。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の問題を回避すべく集光機能を用いず、受発光素子に微
小光導波路あるいは微小光ファイバを突き当てることに
より、光路変換を行える光導波路素子を提供することに
ある。 【0004】 【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意検討し
た結果、光導波路端面に縦型の微小光導波路あるいは微
小光ファイバを形成することにより、前記課題を解決す
ることを見出し本発明を完成させた。 【0005】すなわち本発明は、光路変換を行うために
第1の光導波路の光入出射端面が45°カット面となっ
ており、他の光導波路が第1の光導波路と直交して接合
されていることを特徴とする光導波路素子である。ここ
で45°カット面を備えた第1の光導波路および他の導
波路はいずれも光ファイバでもよいし、平板上に設けら
れた導波路でもよい。 【0006】 【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
ここでは、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸溶液
を用いたポリイミド光導波路を例に挙げて説明するが、
光導波路の材料としてポリアミド酸溶液以外の光学用材
料の樹脂溶液などを用いて作製することももちろん可能
である。また、光路変換のための樹脂は、UV硬化エポ
キシアクリレートを例に挙げて説明するが、UV硬化エ
ポキシアクリレート以外の樹脂溶液、熱硬化タイプの樹
脂溶液などを用いて作製することももちろん可能であ
る。図1に本発明の光路変換付光導波路素子作製方法の
一例、図2に本発明の光路変換付光導波路素子の構造図
を示す。 【0007】まず、シリコンウェハ1上に下部クラッド
層2を形成する。その上にコア層3を形成する。次に、
所望のコアパターンの描いてあるマスクパターンを用い
て、レジストパターン形成を行う。このレジストをマス
クとして酸素プラズマでドライエッチングする。次に、
残ったレジストを剥離液で除去する。次に上から上部ク
ラッド層4を形成する(図1(a))。次に、シリコンウ
ェハから、光導波路を剥離する。このようにして得られ
た光導波路フィルム11を、所望の形状にダイシングソ
ー等で切り出す(図1(b))。同様に作製した光導波路
フィルムあるいは光ファイバを1mm程度の長さに切削
し、片側を45°に切削する(図1(c))。必要であ
れば、45°切削端面を金属などでコートし、反射効率
を上げるため鏡面とする。その後、この45°カット光
導波路あるいは光ファイバを縦型にし、光路変換が必要
な場所に必要なだけ光導波路端面に接着材6を用いて固
定を行う(図1(d))。あるいは、微小光導波路を45°
切削せずに接着し、接着後、45°面を出すために切削
あるいは研磨を行う。 【0008】このようにして、光路変換機能付光導波路
素子14が作製出来る。この構造を有することにより、
面発光レーザや面受光素子などの受発光素子13に対し
て隙間を与えることなく接合でき、受発光素子と光導波
路との結合効率の大幅向上が達成可能となる。微小光導
波路長が長い場合、必要であれば、樹脂や金属などの補
強板を用いて接合部を補強し、突き当てたときに精度良
く固定出来るようにする。本発明における微小光導波路
あるいは微小光ファイバ長を例えば100μm以下に
し、上下反対に設置することにより、図2で示したよう
な上向きの面発光レーザおよび面受光素子だけでなく、
下向きの面発光レーザおよび面受光素子にも適用出来る
ことが分かる。 【0009】引き続いて、いくつかの実施例を用いて本
発明を更に詳しく説明する。なお、分子構造の異なる種
々の高分子の溶液を用いることにより数限りない本発明
の高分子光導波路が得られることは明らかである。した
がって、本発明はこれらの実施例のみに限定されるもの
ではない。 【0010】(実施例1)4インチシリコンウェハ上に
2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサ
フルオロプロパン二無水物(6FDA)と2,2−ビス
(トリフルオロメチル)−4, 4' −ジアミノビフェニ
ル(TFDB)のポリアミド酸の15wt%DMAc溶
液を加熱後膜厚が15μmになるようスピンコートし
た。これを380℃で1時間加熱イミド化して下部クラ
ッド層とした。この上にコア層となる6FDAと4,
4' −オキシジアニリン(ODA)のポリアミド酸約1
5wt%DMAc溶液を加熱イミド化後膜厚が50μm
になるようにスピンコートし、加熱イミド化した。その
上からSi含有のレジストを膜厚3μmになるようにス
ピンコートし90℃で仮乾燥した。50μm幅、長さ6
cmのパターンが40本描かれているガラスマスクパタ
ーンを用いて、露光、現像を行い、レジストパターンニ
ングを行った。次に反応性イオンエッチングによりコア
層を50μm分エッチングした。その後、残ったレジス
トを剥離液で剥離した。最後に上部クラッド層となる6
FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMAc
溶液をスピンコート等の方法により塗布し、これを加熱
イミド化して上部クラッド層4を得た。このようにして
埋め込み型光導波路が形成される。その後、このシリコ
ンウェハ上の光導波路を5wt%のフッ酸水溶液中に浸
漬させ、シリコンウェハから光導波路を剥し、フィルム
光導波路を作製した。長さ5cm、幅5mmになるよう
に光導波路をダイシングソーにより切り出した。同じよ
うに作製したポリイミド光導波路を長さ1mm、幅5m
mに切りだし、片側端面を45°カットした。45°カ
ット光導波路を縦型にし、シリコンウェハから剥離し、
長さ5cmの光導波路の端面に接着材として熱硬化型エ
ポキシを用い、両者を接着固定した。図2に示すよう
に、このようにして得られた光導波路11と光導波路1
2を接合した光路変換付光導波路素子14を、受発光素
子13である面発光レーザ上に突き当て、突き当て部と
接着部2箇所の結合損失を測定したところ、合計1dB
以下であった。 【0011】この構成では接合部でクラッド層を通過す
ることになるが、その距離が短いので損失が小さいと考
えられる。 【0012】(比較例1)4インチシリコンウェハ上に
6FDAとTFDBのポリアミド酸の15wt%DMA
c溶液を加熱後膜厚が15μmmになるようスピンコー
トした。これを380℃で1時間加熱イミド化して下部
クラッド層とした。この上にコア層となる6FDAとO
DAのポリアミド酸約15wt%DMAc溶液を加熱イ
ミド化後膜厚が50μmになるようにスピンコートし、
加熱イミド化した。その上からSi含有のレジストを膜
厚3μmになるようにスピンコートし90℃で仮乾燥し
た。50μm幅、長さ6cmのパターンが40本描かれ
ているガラスマスクパターンを用いて、露光、現像を行
い、レジストパターンニングを行った。次に反応性イオ
ンエッチングによりコア層を50μm分エッチングし
た。その後、残ったレジストを剥離液で剥離した。最後
に上部クラッド層となる6FDAとTFDBのポリアミ
ド酸の15wt%DMAc溶液をスピンコート等の方法
により塗布し、これを加熱イミド化して上部クラッド層
を得た。このようにして埋め込み型光導波路が形成され
る。その後、このシリコンウェハ上の光導波路を5wt
%のフッ酸水溶液中に浸漬させ、シリコンウェハから光
導波路を剥し、フィルム光導波路を作製した。次に幅5
mm、長さ5cmにダイシングソー等でフィルム光導波
路を切り出した。次に、光導波路の端面をダイシングソ
ーによって45°カットを行った。45°カット面が反
射面となるように光導波路と面発光レーザの基板面を平
行に配置し、結合損失を測定したところ3dB以上であ
った。このとき光導波路と面発光レーザの光結合部はお
よそ100μmの空隙があった。 【0013】 【本発明の効果】本発明による光路変換付高分子光導波
路素子により、受発光素子との結合効率が良好でかつ量
産性の優れた光導波路、光部品が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】光路変換機能付高分子光導波路の作製方法の一
例を示す図 【図2】光路変換機能付高分子光導波路の構成の一例を
示す図 【符号の説明】 1:基板、2:下部クラッド、3:コア、4:上部クラ
ッド、5:光導波路 6:接着材、11:光導波路フィルム、12:光導波
路、13:受発光素子
例を示す図 【図2】光路変換機能付高分子光導波路の構成の一例を
示す図 【符号の説明】 1:基板、2:下部クラッド、3:コア、4:上部クラ
ッド、5:光導波路 6:接着材、11:光導波路フィルム、12:光導波
路、13:受発光素子
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】 光路変換を行うために第1の光導波路の
光入出射端面が45°カット面となっており、他の光導
波路が第1の光導波路と直交して接合されていることを
特徴とする光導波路素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002108553A JP2003302544A (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | 光路変換機能付高分子光導波路素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002108553A JP2003302544A (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | 光路変換機能付高分子光導波路素子およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003302544A true JP2003302544A (ja) | 2003-10-24 |
Family
ID=29392303
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002108553A Pending JP2003302544A (ja) | 2002-04-10 | 2002-04-10 | 光路変換機能付高分子光導波路素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2003302544A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006184773A (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-13 | Mitsui Chemicals Inc | 光導波路およびこれを備えた光電気混載基板 |
WO2007074911A1 (ja) | 2005-12-28 | 2007-07-05 | Omron Corporation | 光モジュール |
US7907802B2 (en) | 2006-04-27 | 2011-03-15 | Omron Corporation | Optical transmission module |
WO2014199831A1 (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-18 | 日本碍子株式会社 | 光路変更素子、光路変更素子の接続構造、光源デバイスおよび光実装デバイス |
-
2002
- 2002-04-10 JP JP2002108553A patent/JP2003302544A/ja active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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