JP3221541B2 - 光導波路と光ファイバとの接続構造および接続方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波回路と光ファイ
バとの無調芯接続技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光導波回路の製作において、光導波路に
光ファイバを簡便に、かつ、低損失に接続することは極
めて重要である。このための手段として、従来から、光
導波回路基板上に設けたファイバガイド溝を用いて、無
調芯で接続することが検討されている。

【０００３】図１１および図１２は、基板上の光導波路
端部近傍に設けたガイド溝を用いての光ファイバ接続の
一例を示すものであり、図１１は斜視図、図１２は断面
図である（山田他「ファイバガイド溝付光導波路および
その製造方法」特開平２−２１１４０６号公報参照）。
１は基板であり、その表面には凸部１Ａ，凹部１Ｂが設
けてある。２は光導波路であり、２ａはその下部クラッ
ド層、２ｂはコア、２ｃは上部クラッド層である。３は
ガイド溝であり、これは導波路端部の長手方向に隣接し
て設けられた基板凸部領域に深溝を掘って形成してあ
る。図１２に示すように、このガイド溝３中に光ファイ
バ４が挿入されている。４ａは光ファイバ４のコアであ
る。この際、ガイド溝の底面とコア中心間の距離緒Ｏ
Ｂ、およびガイド溝の側壁とコア中心間の距離ＯＡは、
ともに光ファイバの半径に等しく設定してあるので、光
ファイバ４をガイド溝３に設置しただけで、無調芯で光
軸合わせが完了する。

【０００４】しかしながら、このように基板上にガイド
溝を作り込む場合には、基板に深さ６０μｍ以上の深い
溝を精度よく形成する必要があり、このために、光導波
回路の形成に要する時間が極めて長くなるという問題が
ある。また、この構造では、ガイド溝部を導波路本体に
隣接した長手方向に設ける必要があるので、チップ長が
長くなると言う問題がある。一般には、ガイド溝部に必
要な長さはファイバ１本あたり３〜５ｍｍ程度である。
従って、光導波路部が１０ｍｍの光回路であっても、ガ
イド溝部を両端に付ければチップ長は２０ｍｍになり、
ガイド部を設けることによりチップ長が２倍になってし
まう。光導波回路の製作においては、一般には、図１３
（ａ）に示すように１枚のウェーハ上に複数の回路を形
成し、最後に必要な大きさのチップに切り出して使うこ
とになる。図１３（ｂ）は１チップを示す拡大図であ
る。したがって、ガイド溝が存在すると図１３（ｃ）に
示すように１チップあたりの大きさが大きくなり、１枚
のウェーハに形成できるチップの数が少なくなり、チッ
プの量産性の観点からの問題も生じる。図１３（ｃ）は
ウェーハ全体の平面図、図１３（ｄ）は１チップを示す
拡大図である。

【０００５】このような、プロセス時間およびチップの
量産性の観点からの問題点を解決する方法として、図１
４，図１５に示す方法も提案されている（姫野他「光導
波路・光ファイバ接続法」特開平１−４７１０号公報参
照）。図１４は全体の構成を示し、図１５は接続部の断
面構造を示している。すなわち、光導波路基板１には、
基板端部において光導波路コア２ｂの近傍のコア２ｂの
中心から所定だけ距離離れた位置に、ストッパ部６が設
けられている。一方光導波路に接続すべき光ファイバ４
は、光ファイバ保持板５に保持されている。この保持板
には、光ファイバ用ガイド溝５ａ、および、光導波路基
板上のストッパ部６との位置合わせ用のガイド壁７が形
成されている。このような構造とすることにより、光フ
ァイバ保持台５のガイド溝５ａ中に光ファイバ４を整列
したのち、これを光導波路基板のストッパ部６に接触さ
せるように搭載するだけで光導波路と光ファイバとの位
置合わせが実現する。この方法では、図１１に示したよ
うな深いガイド溝を光導波路基板中に形成する必要がな
いので、加工時間の短縮、および、１枚のウェーハに形
成できるチップ数の増大が可能となる。

【０００６】しかしながら、この方法は、コアを極薄い
上部クラッド層で覆った「リッジ型光導波路」には適用
できても、コアを十分に厚い上部クラッド層中に埋め込
んだ構造の「埋め込み型光導波路」に適用することは困
難である。これは、リッジ型光導波路では、コアをパタ
ン化して高さ基準面を設けるにあたり、膜厚が薄いため
に、高い精度で高さ基準面を形成することが可能となる
のに対して、埋め込み型光導波路では深い段差を形成す
る必要があるためである。例えば、コア厚６μｍ、上部
クラッド厚３０μｍの導波路では、深さ３６μｍ以上の
エッチングが必要であり、これを精度１μｍ以上で実現
することは容易ではない。

【０００７】さらにこの構造では、横方向位置合わせの
ための基準面として、光導波路上に設けたストッパ部６
と、光ファイバ保持板側壁７で形成したガイド壁を用い
ている。このために、光ファイバ保持板上にガイド溝を
設けると同時に光ファイバ保持板のガイド壁部の位置を
ガイド溝に対して高精度で制御することが必要となる。
一般に、平坦な基板上にガイド溝を精度良く形成するこ
とは比較的容易であるが、基板上のガイド溝（この場合
は保持板のガイド溝５ａ）に対しての基板側壁（この場
合には保持板の側壁７）の位置を高精度で決めることは
容易ではない。このため、光ファイバ保持板の形成が容
易ではないという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
無調芯光ファイバ接続技術はリッジ型光導波路への適用
は容易であっても、厚い光導波膜のエッチングを必要と
する埋め込み型光導波路へ適用する場合には、高さ基準
面を正確に決定することが困難であるという問題があっ
た。また、たとえ高さ基準面の決定精度が上がったとし
ても、深いエッチングが必要であり、そのために、長時
間の光導波路加工が必要となるという問題もあった。さ
らに、導波路端部の外側にガイド溝を形成することは、
光導波路チップの小型化を難しくするので、量産性の点
で問題があった。

【０００９】本発明の目的は、これらの問題点を解決
し、埋め込み型光導波路に対しても、高い精度で位置決
めが実現できるとともに、光導波路チップの小型化を可
能とする光導波路と光ファイバとの接続構造および接続
方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による光導波路と
光ファイバの接続構造は、基板上に形成された下部クラ
ッド、コア、および上部クラッドからなる光導波路と、
光ファイバ支持台に保持された光ファイバとの接続構造
であって、前記基板は凹部および凸部を有し、前記光導
波路は、前記基板の凹部上に形成された下部クラッド、
コア、および上部クラッドを有し、該コア中心の高さは
前記基板の凸部の上面の高さより所定量高く設定されて
おり、前記光導波路端部では、該コアを中心とした所定
幅の上部クラッドを残し側方の上部クラッドを除去した
形態の上部クラッドパタンが形成されており、かつ、該
上部クラッドパタンの側方領域では前記基板凸部の上面
が露出しており、前記光ファイバ保持台は、その下面に
連続的に設けられた光ファイバ整列溝と上部クラッドパ
タン嵌合溝を有しており、該光ファイバ保持台は該下面
が前記基板凸部の上面に接触し、かつ、前記上部クラッ
ドパタン嵌合溝と前記上部クラッドパタンとが嵌合した
状態で、前記光導波路端部上に固定されており、該光フ
ァイバ保持台の該光ファイバ整列溝中に光ファイバが挿
入固定されていることを特徴とする。

【００１１】ここで、上記光導波路基板端部の上部クラ
ッドパタンは、基板中央部に近い方のパタン幅が、基板
先端部近傍のパタン幅より太くなるようにテーパが設け
られてもよい。

【００１２】さらに、上記光ファイバ保持台に形成した
光ファイバ整列溝と同一形状の上部クラッドパタン嵌合
溝は、その断面形状が、頂角２φ、最大幅ｗのＶ字型を
しており、上記光導波路基板において、基板凸部上面か
ら光導波路コア中心までの高さがｇ、光導波路コア中心
から上部クラッドパタン上面までの高さがｈ、上部クラ
ッドパタンの幅がｄであり、かつ、使用すべき光ファイ
バの半径がｒであるとき、これらのパラメータの間に
は、

【００１３】

【数３】 Ｗ＝２（ｇ ｔａｎφ＋ｒ／ｃｏｓφ） （１） ｈ＋ｇ＝（ｗ−ｄ）／２ｔａｎφ （２） なる関係が成立するようにしてもよい。

【００１４】このとき、上記光導波路基板端部の上部ク
ラッドパタンは、基板中央部に近い方のパタン幅ｄ₁
が、上記（１）式および（２）式で決まる最適パタン幅
ｄと同一またはそれより狭い幅となり、かつ、該上部ク
ラッドパタンの根元での幅ｄ₂は最適パタン幅ｄより広
くなるようにテーパが設けてもよい。

【００１５】さらに、本発明の接続構造は、基板上に形
成された下部クラッド、コア、および上部クラッドから
なる光導波路と、光ファイバ部品に保持された光ファイ
バとの接続構造であって、前記基板は凹部および凸部を
有し、前記光導波路は、前記基板凹部上に下部クラッ
ド、コア、および上部クラッドが形成されており、前記
コア中心の高さは前記基板凸部の上面の高さより所定量
高く設定されてあり、前記光導波路端部では、該コアを
中心とした所定幅の上部クラッドを残し側方の上部クラ
ッドを除去した形態の上部クラッドパタンが形成されて
あり、かつ、該上部クラッドパタンの側方領域では前記
基板凸部の上面が露出しており、光ファイバ保持台は、
その下面に連続的に設けた上部クラッドパタン嵌合溝お
よび該上部クラッドパタン嵌合溝から所望距離離して形
成されたガイドピン嵌合溝を有しており、該光ファイバ
保持台は該下面が前記基板凸部上面に接触し、かつ、前
記上部クラッドパタン嵌合溝と該上部クラッドパタンと
が嵌合した状態で、前記光導波路端部上に固定されてお
り、光ファイバを保持したガイドピンを有する前記光フ
ァイバ部品が、該ガイドピンが前記光ファイバ保持台の
ガイドピン嵌合溝に挿入された状態で保持固定されてい
ることを特徴とする。

【００１６】上記光導波路基板端部の上部クラッドパタ
ンは、基板中央部に近い方のパタン幅が、基板先端部近
傍のパタン幅より太くなるようにテーパが設けられてい
てもよい。

【００１７】また、上記光ファイバ保持台に形成した上
部クラッドパタン嵌合溝は、その断面形状が、頂角２
φ、最大幅ｗのＶ字型をしており、また、該ガイドピン
嵌合溝は幅Ｌ、頂角２φのＶ字型をしており、上記光導
波路基板において、基板凸部上面から光導波路コア中心
までの高さがｇ、光導波路コア中心から上部クラッドパ
タン上面までの高さがｈ、上部クラッドパタンの幅がｄ
であり、かつ、使用すべきガイドピンの半径がＲである
とき、これらのパラメータの間には、

【００１８】

【数４】 ｈ＋ｇ＝（ｗ−ｄ）／２ｔａｎφ （３） Ｌ＝２（ｇ ｔａｎφ＋Ｒ／ｃｏｓφ） （４） なる関係が成立してもよい。

【００１９】さらに、上記光導波路基板端部の上部クラ
ッドパタンは、基板中央部に近い方のパタン幅ｄ₁ が、
上記（３）式で決まる最適パタン幅ｄと同一またはそれ
より狭い幅となり、かつ、該上部クラッドパタンの根元
での幅ｄ₂ は最適パタン幅ｄより広くなるようにテーパ
が設けられていてもよい。

【００２０】また、本発明の光導波路と光ファイバとの
接続方法は、凹部および凸部が設けられた光導波路基板
であって、該基板の凹部上には下部クラッド、コア、上
部クラッドからなり、かつ、該コア中心の高さが前記基
板の凸部上面から所定量高く設定されている光導波路が
形成されており、該光導波路基板端部では前記上部クラ
ッドが前記コアを取り囲む所定幅の領域に凸状の上部ク
ラッドパタンとして設けられ、かつ、該上部クラッドパ
タンの側方領域には該基板の凸部上面が露出して設けら
れてある光導波路基板の端部上に、高さ基準面と、該高
さ基準面上に連続的に設けられた光ファイバ整列溝と上
部クラッドパタン嵌合溝とを有する光ファイバ保持台
を、該高さ基準面を該基板の凸部上面に接触させ、か
つ、該上部クラッドパタン嵌合溝と該上部クラッドパタ
ンとを嵌合させた状態で、搭載固定した後、該光ファイ
バ保持台の該光ファイバ整列溝中に光ファイバを挿入す
ることを特徴とする。

【００２１】

【作用】本発明の光導波路と光ファイバとの結合構造の
第１の特徴によれば、埋め込み型光導波路を用いている
にも係わらず、基板凸部表面が高精度で高さ基準面とし
て機能する。さらに、上部クラッドを所望幅の凸状パタ
ンに形成することにより、この上部クラッドパタンを横
方向の位置決め基準面として使うことができる。このた
めに、本構造により光導波路と光ファイバとの高精度無
調芯接続が実現できる。また、光導波路基板上の高さ基
準面、すなわち基板凸部は光導波路コアの側方に配置で
きるとともに、その高さは、高々コア底面と同程度であ
るので、基板凸部を露出させるのに要する加工時間は、
光導波路基板に直接ガイド溝を形成する場合と比較して
大幅に短縮できる。さらに、ウェーハ上に複数の光導波
回路を配置するにあたり、ガイド溝領域を導波路の長手
方向に隣接する領域に設ける必要がなくなるので、チッ
プサイズの小型化が可能となる。このために、１ウェー
ハ上に多数の光導波回路を配置することが可能となり、
量産性が向上するという作用がある。

【００２２】これに加えて、本発明の第１の特徴によれ
ば、上部クラッドパタンが横方向位置決めのガイド機能
を発揮することができるので、光ファイバ保持台には上
部クラッドパタン嵌合溝および光ファイバ整列溝のみを
高精度で形成するだけで、特に外形寸法を制御すること
が不要となる。このために、光ファイバ保持台の形成が
容易になるという作用もある。

【００２３】この際、光ファイバ保持台に形成する上部
クラッド嵌合溝と光ファイバ整列溝とを同一寸法とし
て、上部クラッド嵌合溝に光ファイバ整列溝の機能を兼
ねさせれば、光ファイバ保持台へは単純な溝のみを形成
すればよいので、溝形成が一層容易となる。さらに、上
部クラッドパタン幅がその根元の方が先端部より広くな
るようなテーパ構造を持つように設定すれば、上部クラ
ッドパタンの寸法が最適値よりずれた場合であっても、
常に光ファイバの光軸と光導波路の光軸とを調芯するこ
とが容易となる。

【００２４】また、前述した式（１）および（２）を満
たすように上部クラッド寸法を設定すれば、光ファイバ
保持台に設ける上部クラッド嵌合溝として断面がＶ字型
の溝を用いることが可能となる。このようなＶ溝は機械
加工、あるいは、シリコン基板の化学エッチングにより
容易に形成できるので、量産性が向上するという作用が
ある。

【００２５】また、本発明の第２の特徴によれば、光導
波路基板に特別の深溝加工を施すことなく、ガイドピン
用の嵌合溝を設置することができるので、光導波路基板
に直接ガイドピン用嵌合溝を形成する場合と比較して大
幅に加工時間を短縮できる。さらに、光導波路基板にガ
イドピン嵌合溝形成領域を設ける必要が無くなるので、
１ウェーハ上に多数の光導波回路を配置することが可能
となり、量産性が向上するという作用がある。また、本
発明の光導波路と光ファイバとの接続方法の特徴によれ
ば、光導波路基板に光ファイバを事前には有しない光フ
ァイオバ整列溝を無調芯で搭載した後に、最後にこの光
ファイバ整列溝に光ファイバを挿入し、光導波路と光フ
ァイバとの位置合わせが実現できる。この際、接着剤等
で光ファイバを固定することはもちろん可能であるが、
それに加えて、光ファイバを必要に応じて着脱して用い
ることも可能となるという作用がある。

【００２６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２７】実施例１ 図１は、本発明の第１の実施例の光ファイバと光導波路
の接続構造を示す分解斜視図である。光導波路２は、表
面に底面が平坦な凹部および上面が平坦な凸部を設けた
シリコン基板１の凹部領域１ｂ上に設けてあり、コア２
ｂが十分な厚さを有する下部クラッド２ａおよび上部ク
ラッド２ｃに埋め込まれた「埋め込み型光導波路」構造
をしている。基板端部近傍には、上部クラッドが所望の
形状にエッチングされており、シリコン基板の凸部表面
１ａが露出している。また、この領域ではコア周囲の上
部クラッド層も、後述するような所望の寸法にパタン化
してある。

【００２８】一方光ファイバ４は、光ファイバ保持台３
に保持されている。光ファイバ保持台の平坦な下面に
は、光ファイバ整列溝と上部クラッドパタン嵌合溝を兼
ねるＶ溝３ａが形成されており、光ファイバ４をＶ溝３
ａ中に設置すると、光ファイバ保持台の高さ基準面（下
面の平坦部）３ｂから所望の高さに光ファイバのコア４
ａの中心が配置されるようになっている。なお、このよ
うなＶ溝は、光ファイバ保持台としてシリコン基板を用
いて、それを異方性エッチングすることにより形成して
もよいし、また、機械加工によってもよい。なお、機械
加工を用いる場合には、光ファイバ保持台の材料はシリ
コンに限定されず、例えば石英ガラスやセラミックでも
よい。

【００２９】図２に平面図を示すように、光ファイバ４
はＶ溝３ａのうちの光ファイバ整列溝３ａ−２の領域
に、すなわちＢＢ′で示した線上の位置に、先端部がく
るように設置されている。同図中の３ａ−１は、上部ク
ラッドパタン嵌合溝の領域である。したがって、図１に
おいて、光ファイバ保持台のＢＢ′で示される位置と保
持台端部ＤＤ′を、それぞれ、光導波路基板端部ＡＡ′
とパタン化された上部クラッドの根元ＣＣ′と合致する
ように搭載すればよい。この時の光ファイバと光導波路
との位置関係を、図３に従って説明する。今、光ファイ
バの半径をｒ、シリコン基板の凸部表面１ａから光導波
路のコア２ｂの中心までの高さをｇ、光ファイバ保持台
に設けたＶ溝３ａの側壁の傾き角度をφとする。ここで
下部クラッドの上面が基板凸部の上面より低いのは後述
する固定材を設けるためであって、その必要がなければ
この段差は必要ない。この時、Ｖ溝の幅ｗ、光導波路コ
ア中心から上部クラッド表面までの高さｈ、および、上
部クラッドパタンの幅ｄを、

【００３０】

【数５】 Ｗ＝２（ｇ ｔａｎφ＋ｒ／ｃｏｓφ） （１） ｈ＋ｇ＝（ｗ−ｄ）／２ｔａｎφ （２） の関係を満たすように設定する。このようにすれば、光
ファイバ保持台３の下面の平坦部である高さ基準面３ｂ
とシリコン凸部表面１ａとを接触させ、かつ、Ｖ溝側壁
とパタン化した上部クラッドとを接触させるだけで、無
調芯で光導波路と光ファイバとの位置合わせが実現でき
る。

【００３１】例えば、通常のｒ＝６２．５μｍの光ファ
イバを用い、また、シリコン凸部から光導波路のコア中
心までの距離ｇ＝３μｍに設定し、かつ、光ファイバ保
持台に設けたＶ溝側壁の傾き角φ＝５４．７°に設定し
た場合、上式より、光ファイバ保持台のＶ溝幅ｗ＝２２
５μｍ、ｈ＝３０μｍとし、ｄ＝１３７μｍに設定すれ
ばよいことがわかる。なお、光導波路端部の寸法、ｈお
よびｄ、をこのような値に設定できるのは、光導波路と
して埋め込み型光導波路を用いて、かつ、上部クラッド
を所望形状にパタン化するようにしたことの効果である
ことを強調しておく。

【００３２】このように、本発明の光導波路と光ファイ
バとの接続構造を採用すれば、上述の効果に加えて、さ
らにいくつかの効果が生ずる。図４は、その効果の一つ
の説明図である。同図（ａ）は、従来技術で説明したガ
イド溝付光導波路の例であるが、この場合には、光導波
路本体の外側にガイド溝４１の領域を設ける必要があ
り、このために、光導波路基板が２Δｌだけ大きくなっ
てしまうという問題があった。しかし、本発明によれ
ば、図４（ｂ）に示したように、光導波路本体の外側に
ガイド溝領域を設ける必要がないので、光導波路基板の
小型化が図れる。このことは、１枚のウェーハからとる
ことのできる光導波路基板の数が増加することを意味し
ており、光導波路１基板当りのコストを低減することが
可能となる。

【００３３】さらに本発明によれば、光導波路基板上に
設ける高さ基準面を精度よく形成できるので、低損失で
の無調芯ファイバ接続が可能となる。この効果を説明す
るために、図５に本実施例の光導波路の製作工程を示
す。はじめに、シリコン基板１に凹凸を形成した後、そ
の凹部に光導波路下部クラッド層２ａを形成する（図５
（ａ））。光導波路として石英系光導波路を用いた場合
には、下部クラッド層厚は概ね３０μｍとなる。次に、
この上にコア層を形成した後に所望形状にパタン化して
コアパタン２ｂを製作し、その周囲を十分に厚い上部ク
ラッド層２ｃで埋め込む（図５（ｂ））。石英系光導波
路の場合には、コア寸法は概ね６μｍ×６μｍ〜８μｍ
×８μｍ、上部クラッド厚は約３０μｍである。最後に
導波路端部近傍の上部クラッドをエッチングして所望の
形状とすると共に、シリコン凸部を露出させることによ
り図１に示した光導波路端部の加工を完了する。この
際、石英系光導波路では、エッチング深さは３０μｍ以
上必要である。このような深いエッチングの場合には、
エッチング深さを基板全面にわたり１μｍ以内の精度で
決定することは難しい。しかし本発明の光導波路構造で
は、光導波路上部クラッド層のエッチングに際してシリ
コン基板の凸部が良好なエッチングストップ層として機
能する。このために、シリコン基板の凸部表面と光導波
路コア中心間の高さを極め高い精度で決定できるので、
シリコン基板の凸部表面を良好な高さ基準面として用い
ることができるのである。なお、このような効果を得る
ための光導波路材料は、石英系光導波路に限定されるも
のではなく、光導波路の上部クラッド層のエッチング工
程において、基板をエッチングストップ層として機能さ
せることのできる材料であればよい。例えば、高分子光
導波路を用いた場合であっても、上部クラッド層のエッ
チングに対してシリコン基板をエッチングストップ層と
して機能させることが可能である。さらに、基板として
も、シリコン以外にもアルミナ等のセラミック基板を用
いてもよい。

【００３４】以上説明したように、本実施例の光導波路
と光ファイバの接続構造を用いれば、無調芯で低損失な
光接続が実現できる。それとともに、光導波路基板自体
にファイバ位置決め用のガイド溝を設ける必要が無いの
で、光導波路基板の大きさを小さくできるという特徴も
生まれる。

【００３５】なお、上記実施例では光ファイバ保持台に
設ける光ファイバ整列溝および上部クラッド嵌合溝とし
てＶ溝を用いているが、コの字型の溝を用いることも可
能である。さらに、光ファイバ整列溝と上部クラッド嵌
合溝とを、それぞれ異なる寸法および形状で作ることも
可能である。しかし、本実施例のように、上記２つの溝
を同一寸法かつ同一形状にすることは、Ｖ溝の使用が可
能となるために、その製作工程の簡略化の点で大きな効
果がある。特に、機械加工によるＶ溝形成は、本実施例
のように、両者の溝を同一寸法としたことで初めて可能
となったことを強調しておく。

【００３６】実施例２ 図６は、本発明の第２の実施例の説明図であり、図６
（ａ）は光導波路の斜視図、図６（ｂ）は保持台３を結
合した後の断面図である。実施例１との違いは、光導波
路のシリコン基板の凸部領域を、図６（ａ）のように分
割して固定剤塗布領域１０を設けたことにあり、他の構
成は実施例１と同様である。シリコン凸部領域を分割し
て、その間のシリコン基板の凹部上に下部クラッド２ａ
を形成する。そして、その下部クラッド表面の高さを、
シリコン凸部表面１ａよりδだけ低くなるように設定し
た。

【００３７】このような構造とすることにより、図６
（ｂ）に示すように、固定剤塗布領域１０に接着樹脂な
どの固定剤８を形成し、これを用いて光導波路基板上に
光ファイバ保持台を固定することができる。このとき、
固定剤塗布領域１０以外の部分では、光導波路基板上の
高さ基準面と光ファイバ保持台上の高さ基準面とを直接
接触できるので、極めて高い精度での光ファイバが可能
となる。なお、固定剤塗布領域１０の形状は、この図の
ような溝状の他にも、例えば格子状に形成してもよい。

【００３８】このような構造は、また、その製作容易さ
の観点からも優れている。すなわち、製作工程を説明し
た図５（ｂ）から図１への加工段階で、光導波路のエッ
チング時間を長めに設定するだけでよい。このようにす
ると、シリコン基板の凸部のエッチングが止まったまま
で、光導波路の高さのみを減少させることができ、この
結果、固定剤塗布領域が形成できるのである。

【００３９】実施例３ 図７は、本発明の第３の実施例の光導波路端部の構造を
示す平面図である。実施例１との違いは、図７（ａ）に
示したように、パタン化された上部クラッド２ｃの幅が
一定ではなく根元近傍にテーパを設けたことである。す
なわち、根元部分の幅ｄ₂ を先端部分の幅ｄ₁ より広く
設定してある。例えば、先端部分の幅ｄ₁ を、実施例１
で示した式（１）および（２）により規定される幅に設
定し、ｄ₂ をこれより広く設定する。このように設定す
れば、光導波路上部クラッド２ｃの加工後のパタン幅
が、その先端部近傍で設計値より小さめに変動した場合
であっても、図７（ｂ）に示すように、上部クラッドパ
タンは根元近傍のテーパ部でファイバ保持台３に設けた
Ｖ溝部と接触することになる。この結果、光導波路コア
２ｂの光軸と、光ファイバ４のコア４ａの光軸とを一致
させることができる。なお、この際光導波路コアの先端
部（ＡＡ′線で示す）と光ファイバ線端部（ＢＢ′線で
示す）とは、距離ｓだけのギャップが生じる。しかしな
がら、光軸方向のギャップは、損失増加をほとんどもた
らさない。

【００４０】また、ｄ₁ を式（１）および（２）で設定
される最適値より若干小さく設定し、ｄ₂ を最適値より
若干大きく設定してもよい。このようにすれば、加工後
の上部クラッドパタン幅が、設定値より小さくなった場
合のみならず、大きくなった場合であっても対応するこ
とが可能となる。

【００４１】このように、本実施例によれば、上部クラ
ッドパタンの寸法が設計値から変動した場合であって
も、無調芯での光導波路−光ファイバ間の位置合わせを
実現することができる。

【００４２】実施例４ 図８は本発明の第４の実施例を示し、図８（ａ）および
（ｂ）はそれぞれ光導波路の側面図および光ファイバ保
持台の光軸方向に沿った断面図である。他の実施例との
差は、光導波路２と光ファイバ４との接続部での反射戻
り光を抑制するために、光導波路端面を図８（ａ）に示
したように角度θだけ傾けるとともに、光ファイバ保持
台３の途中に、光ファイバ端部を含むように角度θ傾い
た溝３０を形成したことにある。このような構成で例え
ばθ＝８°に設定すれば、接続部での反射減衰量を５０
ｄＢ以上とることが可能となる。

【００４３】実施例５ 図９は、本発明の第５の実施例を示す斜視図である。こ
の実施例において、光導波路の構造はすでに述べた実施
例と同様の構造をしているが、光ファイバ保持台の構造
が他の実施例と異なっている。すなわち、光ファイバ保
持台３には他の実施例と同様の上部クラッドパタン嵌合
溝３ａ−１と光ファイバ整列溝３ａ−２を兼ねるＶ溝３
ｃが形成されているが、光ファイバは設けられていな
い。この光ファイバ保持台が光導波路端部のシリコン基
板の凸部１ａ上に固定され、かつ、同様なＶ溝が形成さ
れた押さえ板３１がＶ溝の中心軸を一致させて張り付け
られ、光ファイバ保持ブロック３２を形成する。光ファ
イバ保持台３上のＶ溝と押さえ板３１上のＶ溝とは位置
が合致しており、この結果、２つのＶ溝で囲まれたガイ
ドホール４０が形成される。このガイドホール４０の大
きさは光ファイバがＶ溝の各側面に内接するように設定
してある。

【００４４】このような構造であるので、本実施例では
光導波路に光ファイバ保持ブロックを事前に固定してお
けば、光ファイバをガイドホール４０中に挿入するだけ
で光導波路との無調芯接続が実現できる。さらにこの構
造においては、必要に応じて光ファイバを着脱すること
が可能である。

【００４５】また、実施例４で示したように上部クラッ
ドパタンにテーパ構造を持たせた場合には、事前に光フ
ァイバをファイバ整列溝に配置する構成においては、実
施例３で説明したように光導波路と光ファイバ端部との
間には間隙が生ずることになる。これに対して本実施例
では、光ファイバを最後にガイドホール中に挿入するよ
うにしたこと、および、上部クラッドパタン嵌合溝と光
ファイバ整列溝とを同一寸法で形成したことの効果によ
り、光ファイバは光導波路端面に突き当たるまで挿入で
きるので両者の間の間隙を発生することがないという効
果も生まれる。

【００４６】実施例６ 図１０は、本発明の第６の実施例である。同図（ａ）は
光導波路端部に設けた光ファイバ保持台３の構造を示
し、（ｂ）は光ファイバ保持台３と光ファイバ４ｂを保
持する光ファイバ部品３５との接続を説明する図であ
る。光ファイバ保持台３は、Ｖ溝３ａと光導波路の上部
クラッドパタン２ｃとが接触すると共に、シリコン基板
の凸部表面１ａと接触しつつ固定されている。Ｖ溝３ａ
の外側の所望位置には、図１０（ｂ）に示す光ファイバ
部品３５に設けたガイドピン４５の直径に合わせた大き
さの第２のＶ溝４１ａが形成されている。また、第２の
Ｖ溝（ガイドピン用Ｖ溝）４１ａの位置に合わせてＶ溝
を有する押さえ板３ｄが設けられており、この結果、ガ
イドホール４１が形成されている。

【００４７】このとき、上部クラッドパタン嵌合溝３ａ
は側壁の頂角２φ、最大幅ｗのＶ字型をしており、ま
た、ガイドピン嵌合溝４１ａは幅Ｌ、頂角２φのＶ字型
をしているとき、光導波路基板凸部上面から光導波路コ
ア中心までの高さｇ、光導波路コア中心から上部クラッ
ドパタン上面までの高さｈ、上部クラッドパタンの幅ｄ
であり、かつ、使用すべきガイドピンの半径がＲである
とき、これらのパラメータの間に

【００４８】

【数６】 ｈ＋ｇ＝（ｗ−ｄ）／２ｔａｎφ （３） Ｌ＝２（ｇ ｔａｎφ＋Ｒ／ｃｏｓφ） （４） なる関係が成立するように設定すれば、このガイドホー
ル４１にガイドピン４５を挿入したとき、ガイドホール
の中心を光導波路コア２ｂの中心の高さと一致させるこ
とができる。

【００４９】このような構造となっているので、同図
（ｂ）に示すようにガイドピン４５を有し、かつ、ガイ
ドピン４５の中心と光ファイバ束４ｂのそれぞれの光フ
ァイバのコアとが合致するように製作してある光ファイ
バ部品３５を用いれば、ガイドピン４５を光導波路部に
設定したガイドホール４１中に挿入するだけで、光導波
路と光ファイバとの無調芯位置合わせが完了する。しか
もこの構造は、ファイバの着脱が容易にできるという特
徴がある。

【００５０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の光導波路と
光ファイバとの接続構造においては、第１に光導波路基
板として凹凸を有する基板を用いて、コアを十分な厚さ
の上部クラッド層で埋め込んだ構造の「埋め込み型光導
波路」をこの凹部に形成し、基板凸部を光ファイバ保持
台用の高さ基準面として用い、しかも、基板凸部が光導
波路の長手方向ではなく、側方領域に配置するようにし
た。第２に、上部クラッドをパタン化して、その側壁ま
たは稜線を光ファイバ保持台に対する横方向の位置決め
基準面または基準線として用いることとした。第３に高
さ基準面と光ファイバ整列溝と上部クラッドパタン嵌合
溝を設けた光ファイバ保持台を用意した。この結果、埋
め込み型光導波路を用いた場合であっても、精度のよい
光ファイバと光導波路との無調芯接続が実現できる。し
かも、従来から提案されている光導波路基板上に光ファ
イバ整列溝を形成する「ガイド溝法」と比較すると、ガ
イド溝法においては光導波路本体部分の外側に光ファイ
バ整列溝を設けるために１チップ当りの大きさが大きく
なり、１ウェーハから取り出せチップ数が少なくなると
いう問題があったが、本発明の構造によればチップの大
きさは光導波路本体部以上に大きくする必要がなくなる
ので１ウェーハからとれるチップ数が増加し量産性が向
上するという効果がある。

【００５１】さらに、光導波路基板に光ファイバ整列溝
を設けた光ファイバ保持台を搭載固定し、しかる後に光
ファイバを挿入することにより着脱可能な光ファイバ接
続が実現する。

【００５２】また、光ファイバ保持台に上部クラッド嵌
合溝とともに、ガイドピン嵌合溝を設ける構造としても
着脱可能な光ファイバ接続が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す分解斜視図であ
る。

【図２】図１の光ファイバ保持台の構造の説明図であ
る。

【図３】図１の実施例における接続後のＡＡ′面での断
面図である。

【図４】本発明の効果を説明する図である。

【図５】実施例１の光導波路基板の製作工程を説明する
斜視図である。

【図６】本発明の第２の実施例を説明する図であり、
（ａ）は光導波路基板の斜視図、（ｂ）は接続後の断面
図である。

【図７】本発明の第３の実施例を説明する図である。

【図８】本発明の第４の実施例を説明する図で、（ａ）
は光導波路の側面図、（ｂ）は光ファイバ保持台の断面
図である。

【図９】本発明の第５の実施例の斜視図である。

【図１０】本発明の第６の実施例を説明する斜視図であ
る。

【図１１】従来技術を説明する斜視図である。

【図１２】図１１の従来例の接続部の断面図である。

【図１３】従来技術を説明するためのウェーハの模式的
平面図である。

【図１４】従来技術を説明する分解斜視図である。

【図１５】図１４の従来技術の接続部の断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 １ａ 基板凸部 ２ 光導波路 ３ 光ファイバ保持台 ３ａ Ｖ溝 ３ａ−１ 上部クラッドパタン嵌合溝領域 ３ａ−２ 光ファイバ整列溝領域 ３ｂ 高さ基準面 ４ 光ファイバ ５ 固定剤 １０ 固定材塗布領域

フロントページの続き (72)発明者 柳沢 雅弘 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−11305（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−125209（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−125208（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−99807（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/30 - 6/35 G02B 6/26 - 6/27 G02B 6/42 - 6/43 G02B 6/12 - 6/14

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された下部クラッド、コ
   ア、および上部クラッドからなる光導波路と、光ファイ
   バ支持台に保持された光ファイバとの接続構造であっ
   て、 前記基板は凹部および凸部を有し、 前記光導波路は、前記基板の凹部上に形成された下部ク
   ラッド、コア、および上部クラッドを有し、 該コア中心の高さは前記基板の凸部の上面の高さより所
   定量高く設定されており、 前記光導波路端部では、該コアを中心とした所定幅の上
   部クラッドを残し側方の上部クラッドを除去した形態の
   上部クラッドパタンが形成されており、かつ、該上部ク
   ラッドパタンの側方領域では前記基板凸部の上面が露出
   しており、 前記光ファイバ保持台は、その下面に連続的に設けられ
   た光ファイバ整列溝と上部クラッドパタン嵌合溝を有し
   ており、 該光ファイバ保持台は該下面が前記基板凸部の上面に接
   触し、かつ、前記上部クラッドパタン嵌合溝と前記上部
   クラッドパタンとが嵌合した状態で、前記光導波路端部
   上に固定されており、 該光ファイバ保持台の該光ファイバ整列溝中に光ファイ
   バが挿入固定されていることを特徴とする光導波路と光
   ファイバとの接続構造。
2. 【請求項２】 前記光ファイバ整列溝と前記基板端部で
   の前記上部クラッドパタン嵌合溝とは同一形状であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の光導波路と光ファイバ
   との接続構造。
3. 【請求項３】 前記上部クラッドパタンは、基板端部に
   向かってパタン幅が細くなるようにテーパが設けられて
   いることを特徴とする請求項１または２に記載の光導波
   路と光ファイバとの接続構造。
4. 【請求項４】 前記光ファイバ整列溝と前記上部クラッ
   ドパタン嵌合溝は、その断面形状が、頂角２φ、最大幅
   ｗのＶ字型をしており、 前記光導波路基板において、基板凸部上面から光導波路
   コア中心までの高さがｇ、光導波路コア中心から上部ク
   ラッドパタン上面までの高さがｈ、上部クラッドパタン
   の幅がｄであり、かつ、使用すべき光ファイバの半径が
   ｒであるとき、これらのパラメータの間には、 【数１】 Ｗ＝２（ｇ ｔａｎφ＋ｒ／ｃｏｓφ） （１） ｈ＋ｇ＝（ｗ−ｄ）／２ｔａｎφ （２） なる関係が成立することを特徴とする請求項２に記載の
   光導波路と光ファイバとの接続構造。
5. 【請求項５】 前記光導波路基板端部の上部クラッドパ
   タンは、基板中央部に近い方のパタン幅ｄ₁ が、前記
   （１）式および（２）式で決まる最適パタン幅ｄと同一
   またはそれより狭い幅となり、かつ、前記上部クラッド
   パタンの根元での幅ｄ₂ は最適パタン幅ｄより広くなる
   ようにテーパが設けられていることを特徴とする請求項
   ４に記載の光導波路と光ファイバとの接続構造。
6. 【請求項６】 基板上に形成された下部クラッド、コ
   ア、および上部クラッドからなる光導波路と、光ファイ
   バ部品に保持された光ファイバとの接続構造であって、 前記基板は凹部および凸部を有し、 前記光導波路は、前記基板凹部上に下部クラッド、コ
   ア、および上部クラッドが形成されており、 前記コア中心の高さは前記基板凸部の上面の高さより所
   定量高く設定されてあり、 前記光導波路端部では、該コアを中心とした所定幅の上
   部クラッドを残し側方の上部クラッドを除去した形態の
   上部クラッドパタンが形成されており、かつ、該上部ク
   ラッドパタンの側方領域では前記基板凸部の上面が露出
   しており、光ファイバ保持台 は、その下面に連続的に設けた上部ク
   ラッドパタン嵌合溝および該上部クラッドパタン嵌合溝
   から所望距離離して形成されたガイドピン嵌合溝を有し
   ており、 該光ファイバ保持台は該下面が前記基板凸部上面に接触
   し、かつ、前記上部クラッドパタン嵌合溝と該上部クラ
   ッドパタンとが嵌合した状態で、前記光導波路端部上に
   固定されており、 光ファイバを保持したガイドピンを有する前記光ファイ
   バ部品が、該ガイドピンが前記光ファイバ保持台のガイ
   ドピン嵌合溝に挿入された状態で保持固定されているこ
   とを特徴とする光導波路と光ファイバとの接続構造。
7. 【請求項７】 前記上部クラッドパタンは、基板端部に
   向かってパタン幅が細くなるようにテーパが設けられて
   いることを特徴とする請求項６に記載の光導波路と光フ
   ァイバとの接続構造。
8. 【請求項８】 前記上部クラッドパタン嵌合溝は、その
   断面形状が、側壁の頂角２φ、最大幅ｗのＶ字型をして
   おり、また、該ガイドピン嵌合溝は幅Ｌ、側壁の頂角２
   φのＶ字型をしており、 前記光導波路基板において、基板凸部上面から光導波路
   コア中心までの高さがｇ、光導波路コア中心から上部ク
   ラッドパタン上面までの高さがｈ、上部クラッドパタン
   の幅がｄであり、かつ、使用すべきガイドピンの半径が
   Ｒであるとき、これらのパラメータの間には、 【数２】 ｈ＋ｇ＝（ｗ−ｄ）／２ｔａｎφ （３） Ｌ＝２（ｇ ｔａｎφ＋Ｒ／ｃｏｓφ） （４） なる関係が成立することを特徴とする請求項７に記載の
   光導波路と光ファイバとの接続構造。
9. 【請求項９】 前記上部クラッドパタンは、基板中央部
   に近い方のパタン幅ｄ₁ が、前記（３）式で決まる最適
   パタン幅ｄと同一またはそれより狭い幅となり、かつ、
   前記上部クラッドパタンの根元での幅ｄ₂ は最適パタン
   幅ｄより広くなるようにテーパが設けられていることを
   特徴とする請求項８に記載の光導波路と光ファイバとの
   接続構造。
10. 【請求項１０】 凹部および凸部が設けられた光導波路
    基板であって、該基板の凹部上には下部クラッド、コ
    ア、上部クラッドからなり、かつ、該コア中心の高さが
    前記基板の凸部上面から所定量高く設定されている光導
    波路が形成されており、該光導波路基板端部では前記上
    部クラッドが前記コアを取り囲む所定幅の領域に凸状の
    上部クラッドパタンとして設けられ、かつ、該上部クラ
    ッドパタンの側方領域には該基板の凸部上面が露出して
    設けられている光導波路基板の端部上に、 高さ基準面と、該高さ基準面上に連続的に設けられた光
    ファイバ整列溝と上部クラッドパタン嵌合溝とを有する
    光ファイバ保持台を、該高さ基準面を該基板の凸部上面
    に接触させ、かつ、該上部クラッドパタン嵌合溝と該上
    部クラッドパタンとを嵌合させた状態で、搭載固定した
    後、 該光ファイバ保持台の該光ファイバ整列溝中に光ファイ
    バを挿入することを特徴とする光導波路と光ファイバと
    の接続方法。