JP2017102312A - 光導波路及びその製造方法と光導波路装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の入力側と出力側でコア層の断面サイズが異なる新規な構造の光導波路を提供する。
【解決手段】第１クラッド層２０と、第１クラッド層２０に形成された溝部Ｇと、溝部Ｇに埋め込まれたコア層２２と、第１クラッド層２０及びコア層２２の上に形成された第２クラッド層２４とを含み、コア層２２の一端Ｅ１の幅Ｗ１及び厚みＴ１がコア層２２の他端Ｅ２の幅Ｗ２及び厚みＴ２よりも大きく設定されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、光導波路及びその製造方法と光導波路装置に関する。

従来、電気信号を扱う配線基板の上に光信号を扱う光導波路が形成された光導波路装置がある。光導波路装置は光電気複合基板であり、電気信号の伝達速度の限界を補うために、高速部分を光信号で伝達することができる。

光導波路の端側には光路変換ミラーが配置されており、光素子が光導波路の光路変換ミラーに光結合されるように配線基板に実装される。

特開２００２−２６７８５９号公報 特開２００７−９４３８９号公報

光導波路は、コア層が下側クラッド層と上側クラッド層で囲まれた構造を有し、コア層は感光性の樹脂フィルムがフォトリソグラフィに基づいてパターン化されて形成される。

コア層の断面サイズは樹脂フィルムの厚みに依存し、樹脂フィルムの厚みは１０μｍ程度が限界である。このため、１μｍ×１μｍ〜３μｍ×３μｍの小さな断面サイズを有するコア層を形成することは困難である。

よって、光の入力側と出力側でコア層の断面サイズが異なる光導波路の製造の要求に対して、容易に対応することができない。

光の入力側と出力側でコア層の断面サイズが異なる新規な構造の光導波路及びその製造方法と光導波路装置を提供することを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、第１クラッド層と、前記第１クラッド層に形成された溝部と、前記溝部に埋め込まれたコア層と、前記第１クラッド層及び前記コア層の上に形成された第２クラッド層とを有し、前記コア層の一端の幅及び厚みが前記コア層の他端の幅及び厚みよりも大きい光導波路が提供される。

また、その開示の他の観点によれば、第１クラッド層と、前記第１クラッド層に形成された溝部と、前記溝部に埋め込まれたコア層と、前記第１クラッド層及び前記コア層の上に形成された第２クラッド層とを有し、前記コア層の一端の幅及び厚みが前記コア層の他端の幅及び厚みよりも大きい光導波路と、前記光導波路のコア層の一端に光結合された第１の光ファイバ又は光素子と、前記コア層の他端に光結合された第２の光ファイバとを有する光導波路装置が提供される。

さらに、その開示の他の観点によれば、基板の上に第１クラッド層を形成する工程と、前記第１クラッド層に、一端の幅及び深さが他端の幅及び深さよりも大きい溝部を形成する工程と、前記溝部にコア層を埋め込んで形成する工程と、前記第１クラッド層及び前記コア層の上に第２クラッド層を形成する工程とを有し、前記コア層の一端の幅及び厚みが前記コア層の他端の幅及び厚みよりも大きく形成される光導波路の製造方法が提供される。

以下の開示によれば、光導波路では、第１クラッド層に形成した溝部にコア層が埋め込まれており、コア層の上に第２クラッド層が形成されている。そして、コア層の両端の断面サイズが互いに異なっており、コア層の一端の幅及び厚みがコア層の他端の幅及び厚みよりも大きく設定されている。

コア層の両端の断面サイズは、第１クラッド層に形成する溝部の両端の幅及び深さを変えることにより調整することができる。これにより、光の入力側及び出力側で断面サイズの異なるコア層を備えた光導波路を容易に製造することができる。

樹脂フィルムからコア層を形成する手法に比べて、コア層の断面サイズを小さくすることができるため、小さいコア径の光ファイバなどを低損失で光導波路に光結合することができる。

図１は第１実施形態の光導波路の製造方法を示す斜視図（その１）である。 図２は第１実施形態の光導波路の製造方法を示す斜視図（その２）である。 図３は第１実施形態の光導波路の製造方法を示す斜視図（その３）である。 図４は第１実施形態の光導波路の製造方法を示す斜視図（その４）である。 図５（ａ）及び（ｂ）は第１実施形態の光導波路の製造方法を示す断面図及び平面図（その５）である。 図６（ａ）及び（ｂ）は第１実施形態の光導波路の製造方法を示す断面図及び平面図（その６）である。 図７（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態の光導波路の製造方法を示す断面図（その７）である。 図８は第１実施形態の光導波路を示す断面図、平面図及び側面図である。 図９は第１実施形態の光導波路を使用する光導波路装置を示す断面図である。 図１０（ａ）〜（ｃ）は第２実施形態の光導波路の製造方法を示す断面図（その１）である。 図１１（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態の光導波路の製造方法を示す断面図（その２）である。 図１２（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態の光導波路の製造方法を示す断面図（その３）である。 図１３は配線基板の上に第２実施形態の光導波路が形成された様子を示す断面図である。 図１４（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態の光導波路を使用する光導波路装置を示す断面図である。

以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
図１〜図７は第１実施形態の光導波路の製造方法を説明するための図、図８は第１実施形態の光導波路を示す図、図９は第１実施形態の光導波路を使用する光導波路装置を示す図である。

以下、光導波路の製造方法を説明しながら、光導波路及び光導波路装置の構造について説明する。

第１実施形態の光導波路の製造方法では、図１に示すように、まず、基板１０を用意し、基板１０の上に第１クラッド層２０を形成する。図１〜図８では、基板１０上の光導波路の形成領域のうちの一本のコア層が配置される領域が部分的に示されている。

第１実施形態では、基板１０は、最終的に除去される仮基板として用意され、引き剥がして除去できるポリカーボネート樹脂又はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）などからなる。

第１クラッド層２０はエポキシ樹脂などの樹脂層から形成される。基板１０上の光導波路の形成領域に第１クラッド層２０をパターン化して形成する場合は、感光性の樹脂層がフォトリソグラフィに基づいてパターン化される。第１クラッド層２０の厚みは、例えば１０〜３０μｍ程度である。

続いて、図２に示すように、メタルマスク３０と遮蔽板３２とを用意する。メタルマスク３０はステンレス板などから形成される。メタルマスク３０は中央に開口部からなる光通過部３０ａを備えている。

メタルマスク３０は、レーザを照射する際のマスクとして使用され、光通過部３０ａを通してレーザが照射される。

また、遮蔽板３２は、メタルマスク３０の上に配置され、メタルマスク３０の光通過部３０ａ内でレーザを部分的に遮断するために使用される。遮蔽板３２はステンレス板などから形成さる。

後述するように、メタルマスク３０の光通過部３０ａの長手方向に遮蔽板３２を移動させることにより、メタルマスク３０の光通過部３０ａを徐々に露出させながらレーザが照射される。そして、レーザ加工により、第１クラッド層２０に溝部が形成され、溝部内にコア層が埋め込まれて形成される。

本実施形態では、コア層の一端の断面サイズと他端の断面サイズとが異なるように、コア層を形成する。このため、コア層の一端Ｅ１の幅及び厚みが他端Ｅ２の幅及び厚みよりも大きく設定される。

このようなコア層を形成するため、メタルマスク３０の光通過部３０ａの一端Ｅ１の幅Ｗ１が他端Ｅ２の幅Ｗ２より大きく設定されている。メタルマスク３０の光通過部３０ａの平面形状は、下辺Ｓ１と上辺Ｓ２と有して、下辺Ｓ１の両端の内角が互いに等しい長手状の等脚台形で形成される。

例えば、メタルマスク３０の光通過部３０ａの一端Ｅ１の下辺Ｓ１の幅Ｗ１が３０μｍに設定され、他端Ｅ２の上辺Ｓ２の幅Ｗ２が１μｍに設定され、長さＬが２０００μｍに設定される。

このように、一端Ｅ１の幅Ｗ１が他端Ｅ２の幅Ｗ２よりも大きな長手形状の光通過部３０ａを備えたメタルマスク３０を用意する。

最終的に得られるコア層の幅は、メタルマスク３０の光通過部３０ａの幅によって決定される。また、コア層の厚みは第１クラッド層２０に形成する溝部の深さによって決定される。

溝部の一端Ｅ１の深さを他端Ｅ２の深さより深くするには、次に説明するように、レーザ照射時にメタルマスク３０上で遮蔽板３２を移動させて、光通過部３０ａの露出領域を変化させることによって行われる。

詳しく説明すると、図３に示すように、まず、レーザとして、波長（λ）が２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザが使用される。エキシマレーザは、３ｍｍ×３ｍｍの面領域を一括でレーザ照射して加工する面加工が可能である。

よって、前述したメタルマスク３０の光通過部３０ａの全体に一括してレーザ照射して第１クラッド層２０を加工することができる。

本実施形態では、第１クラッド層２０に溝部を形成する際に、一端Ｅ１の深さが他端Ｅ２の深さよりも深くなるように形成する。

まず、図２において、メタルマスク３０の光通過部３０ａの全体を遮蔽板３２で遮蔽する。続いて、図３に示すように、メタルマスク３０の光通過部３０ａの一端から他端に向けて遮蔽板を一定の速度で移動させながら、エキシマレーザを照射する。

このとき、遮蔽板３２から露出する光通過部３０ａの部分を通して、エキシマレーザが第１クラッド層２０に照射されて、第１クラッド層２０が厚み方向に加工される。

さらに、図４に示すように、連続して遮蔽板３２を一定の速度で移動させ、メタルマスク３０の光通過部３０ａの全体が露出するまでエキシマレーザの照射を続ける。

このとき、エキシマレーザの加工レートは０．１μｍ／１ショットであり、第１クラッド層２０の加工始点の位置Ａでエキシマレーザのショット数が３００ショットになるようにする。これにより、第１クラッド層２０の位置Ａでの深さは３０μｍ（０．１μｍ×３００）となる。

また、第１クラッド層２０の加工終点の位置Ｂでエキシマレーザのショット数が１０ショットになるようにする。これにより、第１クラッド層２０の終点の位置Ｂでの深さは１μｍ（０．１μｍ×１０）となる。

第１クラッド層２０に形成する溝部の長さＬが２０００μｍで、エキシマレーザの加工パルスの周波数が１００Ｈｚ（１秒間のショット数：１００回）の場合の遮蔽板３２の移動速度を算出してみる。

この場合は、遮蔽板３２はエキシマレーザのショット数が２９０ショット（２．９秒）で２０００μｍ移動するようにすればよく、遮蔽板３２の移動速度は６９０μｍ／秒（２０００μｍ／２．９秒）に設定される。

以上により、第１クラッド層２０の表面に溝部Ｇが形成される。次の図５（ａ）の平面図は図４の第１クラッド層２０を平面からみた平面図であり、図５（ｂ）の断面図は図５（ａ）のＩ−Ｉの沿った断面図である。

図５（ａ）に示すように、第１クラッド層２０に形成された溝部Ｇの平面形状は、前述したメタルマスク３０の光通過部３０ａに対応する長手状の等脚台形で形成される。溝部Ｇの一端Ｅ１の幅Ｗ１は他端Ｅ２の幅Ｗ２よりも大きく設定される。

例えば、溝部Ｇの一端Ｅ１の幅Ｗ１が３０μｍであり、他端Ｅ２の幅Ｗ２が１μｍである。

また、図５（ｂ）の断面図に示すように、第１クラッド層２０に形成された溝部Ｇの一端Ｅ１の深さＤ１は、他端Ｅ２の深さＤ２よりも深く設定される。例えば、溝部Ｇの一端Ｅ１の深さＤ１は３０μｍであり、他端Ｅ２の深さＤ２は１μｍである。

これにより、溝部Ｇの底面は、一端Ｅ１から他端Ｅ２の位置になるにつれて高さ位置が徐々に高くなる傾斜面ＩＳとなって形成される。

このようにして、一端Ｅ１の幅Ｗ１及び深さＤ１が他端Ｅ２の幅Ｗ２及び深さＤ２よりも大きな溝部Ｇが形成される。

図５（ｂ）の例では、溝部Ｇの底面が全体にわたって傾斜面ＩＳとなっている。この例の他に、溝部Ｇの底面が一端Ｅ１から長手形状の途中の位置まで水平面となり、そこから他端Ｅ１に向けて同様な傾斜面ＩＳとなるようにしてもよい。

この場合は、前述した図３及び図４の工程で、メタルマスク３０の光通過部３０ａの左側の半分の領域を遮蔽板３２から露出させた状態を始点として、同様に遮蔽板３２を移動させながら、エキシマレーザを照射すればよい。

このように、溝部Ｇの一端Ｅ１の幅及び深さが他端Ｅ２の幅及び深さよりも大きくなるように、溝部Ｇの底面の全体又は一部が傾斜していればよい。

なお、前述した図３及び図４では、メタルマスク３０の開口部からなる光通過部３０ａを通してエキシマレーザを照射している。

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、メタルマスク３０の代わりに、ガラスマスク３４を使用してもよい。図６（ａ）の断面図は、図６（ｂ）の平面図のＩＩ−ＩＩに沿った断面に相当する。

ガラスマスク３４では、透明のガラス基板３４ａの下面にクロム層からなる遮光層３４ｂが形成されている。そして、ガラス基板３４ａの露出部分が光通過部３４ｘとなっている。ガラスマスク３４の光通過部３４ｘは、前述したメタルマスク３０の光通過部３０ａに対応する領域に配置される。

このようなガラスマスク３４の光通過部３４ｘを通して、前述した図３及び図４と同様に遮蔽板３２を移動しながら、エキシマレーザを第１クラッド層２０に照射することにより、同様な形状の溝部Ｇを形成することができる。

このように、エキシマレーザを照射する際に使用するマスクは、レーザが通過する光通過部と、遮光部とを備えていればよく、各種のマスクを使用することができる。

次いで、図７（ａ）に示すように、ディスペンサなどによって第１クラッド層２０の溝部Ｇ内にエポキシ樹脂などの液状樹脂を充填し、１４０℃程度の温度で加熱処理して硬化させる。

これにより、第１クラッド層２０の溝部Ｇ内にコア層２２が埋め込まれて形成される。コア層２２の幅及び厚みは、第１クラッド層２０の溝部Ｇの幅及び深さと同じ寸法で形成される。

続いて、図７（ｂ）に示すように、第１クラッド層２０及びコア層２２の上に第２クラッド層２４を形成する。

第２クラッド層２４はエポキシ樹脂などの樹脂層から形成される。第１クラッド層２０と同様に、第２クラッド層２４をパターン化して形成する場合は、第２クラッド層２４は感光性の樹脂層から形成される。第２クラッド層２４の厚みは、例えば１０〜３０μｍ程度である。

コア層２２は、その屈折率が第１クラッド層２０及び第２クラッド層２４の屈折率よりも高くなるように設定される。

これにより、第１クラッド層２０、コア層２２及び第２クラッド層２４により光導波路１が形成される。

続いて、図７（ｃ）に示すように、光導波路１の第１クラッド層２０から基板１０を引き剥がして、基板１０を除去する。さらに、個々の光導波路の領域が得られるように、第２クラッド層２４の上面から第１クラッド層２０の下面まで切断する。

あるいは、図７（ｂ）の構造体を個々の光導波路の領域が得られるように、第２クラッド層２４の上面から基板１０の下面まで切断した後に、基板１０を除去してもよい。

以上により、図８に示すように、第１実施形態の光導波路１が得られる。

図８の断面図に示すように、第１実施形態の光導波路１は、下から順に、第１クラッド層２０、コア層２２及び第２クラッド層２４が形成されて構築される。また、光導波路１は、コア層２２が第１クラッド層２０及び第２クラッド層２４で囲まれた構造を有する。

図８の側面図（１）及び（２）、平面図を加えて参照すると、第１クラッド層２０に溝部Ｇが形成されており、溝部Ｇにコア層２２が埋め込まれて形成されている。溝部Ｇの下面は一端Ｅ１から他端Ｅ２の位置になるにつれて高さ位置が高くなる傾斜面ＩＳとなっている。

これにより、コア層２２の一端Ｅ１の厚みＴ１が他端Ｅ２の厚みＴ２よりも厚く設定されている。また、図８の平面図に示すように、コア層２２の一端Ｅ１の幅Ｗ１は他端Ｅ２の幅Ｗ２よりも大きく設定されている。図８の平面図では、第２クラッド層２４が透視的に描かれている。

このように、本実施形態の光導波路１のコア層２２の両端の断面サイズが互いに異なっている。図８の側面図（１）及び（２）に示すように、コア層２２の一端Ｅ１の幅Ｗ１及び厚みＴ１が共に他端Ｅ２の幅Ｗ２及び厚みＴ２よりも大きく設定されている。

例えば、コア層２２の一端Ｅ１の断面サイズは、幅Ｗ１が３０μｍであり、厚みＴ１が３０μｍである。また、コア層２２の他端Ｅ２の断面サイズは、幅Ｗ２が１μｍであり、厚みＴ２が１μｍである。

本実施形態では、前述した製造方法により、第１クラッド層２０に一端Ｅ１と他端Ｅ２とで幅及び深さが異なる溝部Ｇを形成し、溝部Ｇにコア層２２を埋め込んでコア層２２を形成している。

このため、感光性の樹脂フィルムをフォトリソグラフィでパターン化してコア層を形成する手法よりも、コア層の断面サイズを小さくすることができる。感光性の樹脂フィルムを使用する場合は、樹脂フィルムの厚み（１０μｍ程度）よりもコア層の厚みを薄くすることは困難である。

本実施形態では、コア層２２の断面サイズは、前述したメタルマスク３０の光通過部３０ａの幅と、レーザ加工で形成される第１クラッド層２０の溝部Ｇの深さとで決定される。

よって、第１クラッド層２０に形成する溝部Ｇの一端Ｅ１と他端Ｅ２とで幅及び深さを変えることにより、一端Ｅ１と他端Ｅ２との間で断面サイズが異なるコア層２２を容易に形成することができる。

これにより、コア層２２の断面サイズを例えば１μｍ×１μｍ〜３μｍ×３μｍに小さく設定することが可能になる。

このように、光の入力側及び出力側で断面サイズの異なるコア層２２を備えた光導波路１を容易に製造することができる。

また、コア層２２の上面は水平面ＨＳとなっており、コア層２２の上に配置された第２クラッド層２４は全体にわたって同じ厚みで形成されている。

このため、コア層２２の両端の断面サイズが異なるとしても、コア層２２の上面の高さ位置は、従来技術と同じ高さ位置に配置される。よって、複数のコア層２２を並べて配置する形態であっても、仕様変更することなく、光ファイバなどを容易に光結合させることができる。

図９には、第１実施形態の光導波路１に光ファイバが光結合された様子が示されている。図９に示すように、コア層２２の一端Ｅ１に第１の光ファイバ４０が光結合され、コア層２２の他端Ｅ２に第２の光ファイバ４２が光結合される。これにより、第１実施形態の光導波路装置２が構築される。

第１の光ファイバ４０はコア４０ａとその周囲のクラッド４０ｂとから形成される。また同様に、第２の光ファイバ４２はコア４２ａとその周囲のクラッド４２ｂとから形成される。

第２の光ファイバ４２のコア４２ａの直径は、第１の光ファイバ４０のコア４０ａの直径よりも小さく設定されている。

第１の光ファイバ４０は、短距離伝送用のマルチモードのファイバであり、コア４０ａの直径は５０μｍ程度である。光導波路１のコア層２２の一端Ｅ１の断面サイズは、第１のファイバ４０のコア４０ａと低損失で光結合できるように、例えば３０μｍ×３０μｍ程度に設定される。

また、第２のファイバ４２は、長距離伝送用のシングルモードのファイバであり、コア４２ａの直径は１０μｍ程度である。光導波路１のコア層２２の他端Ｅ２の断面サイズは、第２のファイバ４２のコア４２ａに低損失で光結合できるように、例えば２μｍ×２μｍ程度に設定される。

このように、本実施形態の光導波路１では、一端Ｅ１と他端Ｅ２とで断面サイズが異なるコア層２２を容易に形成することができる。これにより、コア４０ａ，４０ｂの直径が異なる第１の光ファイバ４０と第２の光ファイバ４２とを光導波路１に低損失で光結合することができる。

このため、特に、直径が小さなコア４２ａを有する第２のファイバ４２の光結合部の光損失を低減させることができ、十分な光通信の性能を得ることができる。

あるいは、第１のファイバ４０の代わりに、光素子を光導波路１のコア層２２の一端Ｅ１に光結合させてもよい。光素子としては、半導体レーザ素子などの発光素子部品又はフォトダイオードなどの受光素子部品などがある。

以上の形態の他に、シリコン基板に発光素子又は受光素子など光素子を作り込む光デバイスがある。そのような光デバイスでは、光素子の発光部又は受光部のサイズが２μｍ〜３μｍと微小に形成される。

本実施形態では、光導波路１のコア層２２の断面サイズを小さく調整できるため、そのような光デバイスの光素子にも容易に光結合することができる。

例えば、図９では、光導波路１のコア層２２の断面サイズの小さい他端Ｅ２に、光デバイスの光素子が光結合される。

（第２実施形態）
図１０〜図１４は第２実施形態の光導波路を使用する光導波路装置を説明するための図である。前述した第１実施形態では基板１０上に光導波路を形成し、光導波路から基板を除去している。第２実施形態では配線基板の上に光導波路が形成される。

第２実施形態では、図１０（ａ）に示すように、まず、配線基板５０を用意する。配線基板５０は電気配線として機能する配線層を備えており、配線層のパッドＰが示されている。

配線基板５０は、例えば、内部に多層配線を備えており、両面側の配線層がビア導体などで接続されている。また、配線基板５０は、ガラスエポキシ樹脂などを基板に使用するリジッド基板であってもよいし、ポリイミドフィルムなどを基材に使用するフレキシブル基板であってもよい。

次いで、図１０（ｂ）に示すように、前述した図１の工程と同様な方法により、配線基板５０の上に下地クラッド層２０ａを形成する。

続いて、図１０（ｃ）に示すように、傾斜角度が４５°程度の傾斜面を有する樹脂部品６０を用意し、樹脂部品６０を下地クラッド層２０ａの上に接着剤（不図示）で固定する。樹脂部品６０は、樹脂部材が回転ブレードなどによって加工されて作成される。

さらに、樹脂部品６０の傾斜面にマスク蒸着などにより光反射性の金層などを形成して、光路変換ミラーＭを得る。光路変換ミラーＭは、光導波路の形成領域の一端側に配置される。

次いで、図１１（ａ）に示すように、下地クラッド層２０ａの上に、光路変換ミラーＭを埋め込むように埋込クラッド層２０ｂを形成する。下地クラッド層２０ａ及び埋込クラッド層２０ｂにより第１クラッド層２０が形成される。

続いて、図１１（ｂ）に示すように、前述した図２〜図４の工程と同様な方法により、第１クラッド層２０に溝部Ｇを形成する。溝部Ｇは前述した図５（ｂ）と同様に底面が傾斜面ＩＳとなって形成される。

続いて、図１２（ａ）に示すように、前述した図７（ａ）の工程と同様に、第１クラッド層２０の溝部Ｇ内にコア層２２を埋め込んで形成する。さらに、図１２（ｂ）に示すように、前述した図７（ｂ）の工程と同様に、第１クラッド層２０の及びコア層２２の上に第２クラッド層２４を形成する。

これにより、第１クラッド層２０、コア層２２及び第２クラッド層２４により光導波路１が形成される。

さらに、コア層２２の他端Ｅ２の断面が露出するように、第２クラッド層２４の上面から配線基板５０の下面まで切断する。

これにより、図１３に示すように、配線基板５０の上に、光路変換ミラーＭと光導波路１とが得られる。光路変換ミラーＭと光導波路１のコア層２２の一端Ｅ１とが互いに光結合するように配置される。

第２実施形態においても、光導波路１のコア層２２は一端Ｅ１の断面サイズと他端の断面サイズとが互いに異なって形成される。また同様に、断面サイズが大きい方のコア層２２の一端Ｅ１の幅及び厚みが、共に断面サイズの小さい方のコア層２２の他端Ｅ２の幅及び厚みよりも大きく設定される。

次に、図１４（ａ）の断面図に示すように、第２クラッド層２４及び第１クラッド層２０をレーザで加工することにより、配線基板５０のパッドＰに到達するコンタクトホールＣＨを形成する。

あるいは、前述した第１クラッド層２０及び第２クラッド層２４を形成する際に、感光性の樹脂層を使用し、フォトリソグラフィによって各ホールを連通させて、コンタクトホールＣＨを形成してもよい。

続いて、発光素子７０を用意し、発光素子７０の接続端子７２をコンタクトホールＣＨ内の配線基板５０のパッドＰに接続する。さらに、コンタクトホールＣＨ内から発光素子７０の下側にアンダーフィル樹脂７４を充填する。

図１４（ｂ）の平面図に示すように、発光素子７０は面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）であり、下面に複数の発光部７０ａを備えている。

また、配線基板５０の上に形成された光導波路１では、発光素子７０の複数の発光部７０ａに対応するように、複数のコア層２２が横方向に並んで配置されている。複数のコア層２２の上面である各水平面ＩＳ（図８）は、同じ高さ位置に配置されている。図１４（ｂ）の平面図では、第２クラッド層２４が透視的に描かれている。

発光素子７０は、複数の発光部７０ａが各コア層２２の一端側に配置された各光路変換ミラーＭに光結合するように搭載される。これにより、発光素子７０の複数の発光部７０ａが各光路変換ミラーＭを介して光導波路１の複数のコア層２２の一端Ｅ１にそれぞれ光結合される。

発光素子７０の発光部７０ａの直径は３５μｍ程度である。光導波路１のコア層２２の一端Ｅ１の断面サイズは、発光素子７０の発光部７０ａと低損失で光結合できるように、例えば３０μｍ×３０μｍ程度に設定される。

また、光導波路１の複数のコア層２２の他端Ｅ２に光ファイバ４４がそれぞれ光結合されている。光ファイバ４４はコア４４ａとその周囲のクラッド４４ｂとにより形成される。

光ファイバ４４は、長距離伝送用のシングルモードのファイバであり、コア４４ａの直径は１０μｍ程度である。光導波路１のコア層２２の他端Ｅ２の断面サイズは、光ファイバ４４のコア４４ａに低損失で光結合できるように、例えば２μｍ×２μｍ程度に設定される。

以上により、第２実施形態の光導波路１を使用する光導波路装置２ａが構築される。

光導波路装置２ａでは、図１４（ａ）の断面図の矢印経路で示すように、ドライバなどのＬＳＩチップ（不図示）から出力される電気信号が発光素子７０に供給され、発光素子７０から下側に光が出射される。

発光素子７０から出射された光は、アンダーフィル樹脂７４、第２クラッド層２４及び第１クラッド層２０を透過して光路変換ミラーＭに到達する。さらに、光路変換ミラーＭで光が反射され、光路が９０°変換されてコア層２２の一端Ｅ１に入射する。

次いで、コア層２２に入射した光は、コア層２２内で全反射を繰り返して伝播し、コア層２２の他端Ｅ２から光ファイバ４４のコア４４ａに入射する。

第２実施形態では、発光素子７０に光結合されるコア層２２の一端Ｅ１の断面サイズを、発光素子７０の発光部７０ａに合わせて大きく設定している。また、シングルモードの光ファイバ４４に光結合されるコア層２２の他端Ｅ２の断面サイズを光ファイバ４４のコア４４ａに合わせて小さく設定している。

このように、第２実施形態においても、光導波路１では、光結合される発光素子や光ファイバに対応するように、コア層２２の一端Ｅ１及び他端Ｅ２の間で断面サイズを変えることができる。

これより、発光素子の発光部のサイズと、光ファイバのコアのサイズが大きく異なる場合であっても、発光素子と光ファイバとを光導波路１を介して低損失で光結合することができる。

あるいは、発光素子７０の代わりに、受光素子を搭載してもよい。この場合は、上記した光経路と逆方向に光伝搬され、受光素子の受光部に光が入射される。

１…光導波路、２，２ａ…光導波路装置、１０…基板、２０…第１クラッド層、２０ａ…下地クラッド層、２０ｂ…埋込クラッド層、２２…コア層、２４…第２クラッド層、３０…メタルマスク、３０ａ，３４ａ…光通過部、３２…遮蔽板、３４…ガラスマスク、３４ａ…ガラス基板、３４ｂ…遮光層、４０…第１の光ファイバ、４０ａ，４２ａ，４４ａ…コア、４０ｂ，４２ｂ，４４ｂ…クラッド、４２…第２の光ファイバ、４４…光ファイバ、５０…配線基板、６０…樹脂部品、７０…発光素子、７０ａ…発光部、７２…接続端子、７４…アンダーフィル樹脂、ＣＨ…コンタクトホール、Ｇ…溝部、Ｍ…光路変換ミラー、ＩＳ…傾斜面。

Claims (11)

1. 第１クラッド層と、
   前記第１クラッド層に形成された溝部と、
   前記溝部に埋め込まれたコア層と、
   前記第１クラッド層及び前記コア層の上に形成された第２クラッド層と
   を有し、
   前記コア層の一端の幅及び厚みが前記コア層の他端の幅及び厚みよりも大きいことを特徴とする光導波路。
2. 前記溝部の底面が傾斜しており、
   前記コア層の一端が配置された前記溝部の深さが、前記コア層の他端が配置された前記溝部の深さよりも深いことを特徴とする請求項１に記載の光導波路。
3. 前記コア層の上面は水平面となっており、コア層の上の前記第２クラッド層の厚みは同じであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光導波路。
4. 複数の前記コア層が横方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光導波路。
5. 第１クラッド層と、
   前記第１クラッド層に形成された溝部と、
   前記溝部に埋め込まれたコア層と、
   前記第１クラッド層及び前記コア層の上に形成された第２クラッド層と
   を有し、前記コア層の一端の幅及び厚みが前記コア層の他端の幅及び厚みよりも大きい光導波路と、
   前記光導波路のコア層の一端に光結合された第１の光ファイバ又は光素子と、
   前記コア層の他端に光結合された第２の光ファイバと
   を有することを特徴とする光導波路装置。
6. 配線基板と、
   前記配線基板の上に形成され、
   第１クラッド層と、
   前記第１クラッド層に形成された溝部と、
   前記溝部に埋め込まれたコア層と、
   前記第１クラッド層及び前記コア層の上に形成された第２クラッド層と
   を有し、前記コア層の一端の幅及び厚みが前記コア層の他端の幅及び厚みよりも大きい光導波路と、
   前記光導波路のコア層の一端に光結合された光路変換ミラーと、
   前記配線基板に接続され、前記光路変換ミラーを介して前記コア層の一端に光結合された光素子と、
   前記コア層の他端に光結合された光ファイバと
   を有することを特徴とする光導波路装置。
7. 基板の上に第１クラッド層を形成する工程と、
   前記第１クラッド層に、一端の幅及び深さが他端の幅及び深さよりも大きい溝部を形成する工程と、
   前記溝部にコア層を埋め込んで形成する工程と、
   前記第１クラッド層及び前記コア層の上に第２クラッド層を形成する工程と
   を有し、
   前記コア層の一端の幅及び厚みが前記コア層の他端の幅及び厚みよりも大きく形成されることを特徴とする光導波路の製造方法。
8. 前記溝部を形成する工程は、
   一端の幅が他端の幅よりも大きい長手形状の光通過部を備えたマスクと、遮蔽板とを用意し、
   前記第１クラッド層の上に前記マスクを配置し、前記マスクの光通過部を前記遮蔽板で遮蔽し、
   前記マスクの光通過部の一端から他端に向けて前記遮蔽板を一定の速度で移動させながら、前記遮蔽板から露出する前記光通過部を通して、レーザを前記第１クラッド層に照射することを含むことを特徴とする請求項７に記載の光導波路の製造方法。
9. 前記コア層の上面は水平面となって形成され、コア層の上の前記第２クラッド層の厚みは同じであることを特徴とする請求項７又は８に記載の光導波路の製造方法。
10. 前記第２クラッド層を形成する工程の後に、
    前記基板を除去する工程を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の光導波路の製造方法。
11. 前記基板は、配線基板であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか一項に記載の光導波路の製造方法。

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