JPH0610690B2 - 光デバイスパツケ−ジ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、光集積化デバイスなどと光ファイバーとを
光軸を合せて結合させるために、光学部品保持機能と光
軸調整機能とを持たせたパッケージに係り、特に、シリ
コン単結晶の異方性エッチングによる小型で微細な加工
技術を利用するため、非常に精度良く短時間で光軸合せ
が可能となり、さらに、複数の機能的光学部品をハイブ
リッド方式で集積化する場合の光軸を合せるに十分な精
度で応用可能な光デバイスパッケージに関するものであ
る。

〔従来の技術〕

従来、光集積化デバイスに光ファイバーを装着する場
合、たとえば昭和60年５月に開催された応用物理学会の
微小光学セミナーＶの日本電気の近藤氏及び阪口氏によ
る「光導波路の材料と製法；誘電体材料」で発表されて
いるように、ファイバー結合用の溝の形成方法では、基
板上に光ファイバーの入る溝を形成し光軸の調整を行っ
た後、接着剤等を用いて固着する技術が用いられた。

第２図はこの具体的な方法を示しており。３次元導波路
１（以下、チャンネル導波路という。）の延長上の基板
２に光ファィバー３の入る溝４を形成し、該溝４の中に
前記光ファイバー３をうめ込む。次に光軸の調整を微動
台等を用いて行い、調整終了後接着剤等で固着する技術
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第２図に示した従来の技術は、基板の切削加工に精度を
要する。特に、近接した平行導波路へ装着する場合など
切削加工の難易度が非常に高いという欠点がある。ま
た、光導波路とファイバーの光の結合効率を高くするた
めには切削加工面の光学的研磨処理が必要となるが、通
常の研磨方法では段差がついているため研磨が不可能で
あり、特別な装置を必要とすることとなるためにコスト
が高くなってしまう。その上に入力側と出力側ファイバ
ーと光集積化デバイスの平行度を出し、光軸を同時に合
わせるのは難しい等の諸問題がある。

これらをまとめると従来の技術には次のような問題点が
あった。

第１に、光ファイバーと同程度の大きさ（125μｍ程
度）の基板切削加工の精度が必要である。

第２に、光ファイバーと導波路の光の結合効率を高くす
るためには切削加工面の光学的研磨が必要となるが、通
常の光学的研磨方法では不可能であり、特別な機械を必
要とする。そのためコストが高くなる。

第３に入力側ファイバーと光集積化デバイスと出力側フ
ァイバーの平行度を同時に合わせ光軸調整するのが困難
である。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、このような実状を打開するためになされた
もので、ファイバーの保持を方形のフェルール（光ファ
イバを保持するため台座をいう。）でおこなうようにし
たために、通常の光学的研磨処理だけで光デバイスの端
面処理は済むようになり、また、結晶のもつ方向性を巧
みに利用した異方性エッチングによる微細なパターニン
グ技術を使って加工を行うために、精度の良い平行平面
度を得られるようになった。そのため、入力側ファイバ
ー、光デバイス及び出力側ファイバーの平行度を同時に
調整ができ、短時間で光軸合せを可能としたシリコン異
方性エッチング加工を利用した光デバイスパッケージを
提供するものである。

〔実施例〕 第１図は、本発明の一実施例である光学デバイスパッケ
ージの構造図である。

図において、シリコン台５は平行平面度が非常に良いシ
リコンウェハより切り出した小片に光デバイス20の高さ
調整用に貫通穴８をあけ、光ファイバ導入部となる入力
側フェルール６と光ファイバ導入部となる出力側フェル
ール７をスライドさせるためのスライド溝９を設けた。
該入力側フェルール６及び出力側フェルール７はパッケ
ージに収納する光デバイス20と結合が可能となる。ま
た、パッケージからの接着剤のもれを防ぐためとパッケ
ージ強度をます目的で多量の接着剤を入れるための接着
剤受け溝10をシリコン台５の両側部に設けた。

それぞれの加工は、異方性エッチングにより行い、使用
したシリコンは、250μｍ厚のものを用いて70μｍ／２
時間の割合いでエッチングをくり返し行った。エッチン
グ加工により実現した該シリコン台５の左右対称性及び
平行平面度は初期の高精度で維持させた。

前記入力側フェルール６及び前記出力側フェルール７は
各々高精度の平行平面研磨した正方形の２枚のシリコン
基板により作製し、従来の光学研磨処理法で研磨した。
２枚のうち下部シリコンフェルール11は光軸合わせのた
めの前期スライド溝９の凹部に一致する梯形突部13を設
けた。

また、この梯形突部13の設けられた面と反対の面に光フ
ァイバー保持用のＶ溝14を設けた。前記Ｖ溝14間隔は20
0μｍ間隔で３本設け、同様に上部シリコンフェルール1
2にも200μｍ間隔で前記Ｖ溝15を設けた。前記下部シリ
コンフェルール11は前記Ｖ溝14を有する面が上部シリコ
ンフェルール12の前記Ｖ溝15を有する面と対面するよう
に組み合わせ、上部シリコンフェルール12及び下部シリ
コンフェルール11の組み合わされたＶ溝で形成される中
空部分に光ファイバーを配置した。さらにまた、前記シ
リコン台５のスライド溝９と前記入力側フェルール６及
び前記出力側フェルール７の前記下部シリコンフェルー
ル11の梯形突部13とを重ねるようにし、前記入力側フェ
ルール６及び出力側フェルール７の光軸の高さを一致さ
せた。その後、シリコン台５の加工面と光デバイス20の
光軸を並行に並べて、前記入力側フェルール６と前記出
力側フェルール７を光デバイスの端面にスライドさせ近
づけた光デバイスの高さの調整だけで光軸を合わせ固着
した。

〔作用〕

この発明の作用について、第１図に基づき以下説明す
る。

シリコンの異方性エッチング加工はLSI等で用いるホト
マスクと同様に高精度のホトマスクを使用してホトリソ
グラフィー技術により行うために非常に微細な加工が可
能である。しかも、結晶方向によってエッチングレイト
が違うため、結晶レベルでのエッチングの深さの制御も
可能である。すなわち、シリコンの異方性エッチング技
術を利用することでシリコンウェハの（００１）面を用
いると、その面内で＜１１０＞方向が直交しているため
（１１１）面で囲まれた台形のエッチングが選択的に行
われる。（００１）面と（１１１）面とのなす角度は、
54゜77″と決まっているため一定形状を高精度に加工す
ることが可能である。一定形状を高精度に加工できるこ
とからＶ溝14、15の深さを光ファイバーの半径に、ま
た、横幅は光ファイバーがＶ溝14、15の斜面に接するよ
うに作製することで安定なファイバーの保持ができるよ
うにする。

パッケージはシリコン台５と入力側フェルール６となる
光ファイバ導入部と出力側フェルール７となる光ファイ
バ導入部から成り、この両光ファイバ導入部に挟まれた
部分にパッケージに収納される光デバイス20が形成され
ている。

該シリコン台５は非常に精度良く並行に平面研磨したシ
リコンウェハに、該光デバイス20の高さ調整用穴８をあ
け、該入力側フェルール６と該出力側フェルール７をス
ライドさせるためのスライド溝９を設けたものである。
また、パッケージからの接着剤もれ防止のためと接着強
度を増すため、多量の接着剤を入れることを可能とする
接着剤受け溝10を該シリコン台５の両側部に設けた。こ
れらの加工はすべてエッチング加工により実現できるた
め、該シリコン台５の左右の対称性及び平行平面度も高
精度に加工することが可能である。前記入力側フェルー
ル６及び前記出力側フェルール７は各々高精度の平行平
面研磨された２枚のシリコン基板より作製し、下部シリ
コンフェルール11と上部シリコンフェルール12とから構
成される。該下部シリコンフェルール11は光軸合わせの
ための前記スライド溝９の凹部に一致する凸部を有する
梯形突部13を設けた。

また、前記下部シリコンフェルール11は該梯形突部13の
設けられた面と反対の面に光ファイバー保持用のＶ溝14
を設けてある。一方、前記上部シリコンフェルール12は
前記下部シリコンフェルール11の該Ｖ溝14と同じ間隔で
Ｖ溝15を設けた。前記上部シリコンフェルール12と前記
下部シリコンフェルール11はそれぞれのＶ溝14、15を有
する面が対向するように組み合わせ、前記上部シリコン
フェルール12と前記下部シリコンフェルール11の組み合
されたＶ溝14、15で形成される中空部分に光ファイバー
を配置して固定する構成とした。さらにまた、前記シリ
コン台５のスライド溝９と前記入力側フェルール６と前
記出力側フェルール７の梯形突部Ｂとを重ねるように
し、前記入力側フェルール６と前記出力側フェルール７
が光デバイスの端面に対し垂直方向のみに動くように構
成した。

このような構成にすることにより、前記入力側フェルー
ル６及び前記出力側フェルール７の光軸の高さを一致さ
せるようにした。その後、シリコン台５のエッチング加
工面と光デバイス20の導波路を並行にならべ、前記入力
側フェルール６と光デバイスと前記出力側フェルール７
を光デバイス20側に近づけ高さの調整だけで光軸が合う
ようにした。

本発明の方式によれば平行平面研磨の精度が良好なシリ
コンウェハを使用することにより簡単な光軸調整で入力
側と出力側のファイバーの光軸を同時に光デバイス20の
光軸に合わすことが可能となる。

〔発明の効果〕

以上、説明したようにシリコンの異方性エッチング技術
を用いたことにより、傾斜角度が結晶学的に分子のレベ
ルで決定される54゜77″という高精度の梯形台突部と梯
形台溝とを作製することができた。非常に微細な加工が
可能となったため非常に精度良く短時間で光軸合わせが
可能となり、さらに、ハイブリッド集積化した機能的光
学部品をモールドし光軸を合わせる場合にも十分な精度
で応用できるようになった。また、光学的研磨処理も従
来の方法を導入でき、ホトリソグラフィー技術を用いる
ことで大量の同品質のものができるためコストがかから
ず工業的生産性の向上が期待できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は光デバイスパッケージの一実施例を示す。第２
図は従来の技術によるファイバー結合用の溝の形成方式
を示す。図において、１はチャンネル導波路、２は基
板、３は光ファイバー、４は光ファイバー結合用溝、５
はシリコン台、６は入力側フェルール（光ファイバ導入
部）、７は出力側フェルール（光ファイバ導入部）、８
は光デバイスの高さ調整用穴（貫通穴）、９はスライド
溝、10は接着剤受け溝、11は下部シリコンフェルール、
12は上部シリコンフェルール、13は梯形突部、14、15は
Ｖ溝、20は光デバイスをそれぞれ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光デバイスの少なくとも一部を受け入れ可
   能とした貫通穴（８）と、該貫通穴（８）を挟んだ両側
   にそれぞれ設けられた傾斜角がほぼ５４゜である凹形の
   スライド溝（９）と、該貫通穴（８）を挟んだ他の両側
   にそれぞれ設けられた傾斜角がほぼ５４゜である接着剤
   受け溝（１０）とを備えたシリコン台（５）と、前記光
   デバイスの両端部にそれぞれ結合可能に設けられた上部
   シリコンフェルール（１２）及び下部シリコンフェルー
   ル（１１）とからなる光ファイバ導入部（６及び７）と
   から成り、該下部シリコンフェルール（１１）はその下
   側に前記スライド溝（９）に摺動可能に嵌合する傾斜角
   がほぼ５４゜である梯形突部（１３）を有し、かつ、そ
   の上側には光ファイバーを受け入れ可能とした傾斜角が
   ほぼ５４゜であるＶ溝（１４）を有し、また、上部シリ
   コンフェルール（１２）はその下側に該Ｖ溝（１４）と
   整合して、光ファイバーを受け入れ可能とする傾斜角が
   ほぼ５４゜であるＶ溝（１５）を有することを特徴とす
   る光デバイスパッケージ。