JPH0815546A

JPH0815546A - 光ファイバーと光導波路の接続構造およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0815546A
Application number: JP17366894A
Authority: JP
Inventors: Yasuji Hiramatsu; 靖二平松
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1994-06-30
Filing date: 1994-06-30
Publication date: 1996-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】単結晶基板上に設けられた光導波路に光ファ
イバーを結合させる。【構成】チャンネル光導波路が設けられた光学単結晶
基板の上に、エッチングにより形成された光ファイバー
固定用の溝が設けてなり、その溝の端面に端面に直交す
るように、前記光ファイバー固定用の溝よりも深い溝が
設けられてなり、前記光ファイバー固定用の溝上に光フ
ァイバーが固定され、そのファイバーの端面が前記チャ
ンネル導波路と結合されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信等の基本素子で
ある光導波路デバイスに関し、特には光導波路デバイス
と光ファイバーの接続方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術】光通信、光信号処理用のキーデバイスとし
てＬｉＮｂＯ₃等の酸化物単結晶を利用した導波路型光
デバイスが注目され実用化されている。しかし光デバイ
スの実用上の便宜を考慮した場合、光ファイバーとの接
続が強く望まれている。

【０００３】この要求に対し従来、導波路が形成された
酸化物単結晶の端面を研磨し、一方光ファイバーの端面
側にはルビービーズにファイバーを挿入しその端面を研
磨し導波路とファイバーの位置を合わせて固着する方法
が提案されている（電子情報通信学会論文誌C-I ，Ｊ７
７−Ｃ−Ｉ，５，ｐｐ３５２−３６２，１９９４−
5）。同様にルビービーズのかわりにガラスパイプを使
用したもの（電子情報通信学会技術研究報告、ＯＱＥ−
９１−７０）、セラミックスを使用したもの（電子情報
通信学会技術研究報告、ＯＱＥ−９１−７１）等があ
る。また、光導波路の一つである半導体レーザと光ファ
イバーとの光の結合においてはレンズを介在させて行う
方法（Ｂ．Ｈｉｌｌｅｒｉｃｈ、Ｊ．Ｌｉｇｈｔｗａｖ
ｅＴｅｃｈｎｏｌ．，ｖｏｌ７，１，１９８９）が示
されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法では以下のような問題点がある。光ファイバーの
端面側にはルビービーズにファイバーを挿入しその端面
を研磨し導波路とファイバーの位置を合わせて固着する
方法では光ファイバーをルビーやガラスにはめ込んだ後
にその端面を研磨しなければならず、ルビーやガラスが
必要なため不経済である。さらに光ファイバーの中心を
光導波路に合わせるために数μｍの調整をしなければな
らない等の問題点がある。一方、光ファイバーと光導波
路の結合においてレンズを介在させて行う方法ではレン
ズが必要なため不経済なうえに、レンズを使用するため
構造が大きくなってしまう等の問題点がある。本願の目
的は、単結晶基板上に設けられた光導波路に光ファイバ
ーを接続させる簡便な構造および製造方法を提供するこ
とである。ここで述べる単結晶基板には、基板上に薄膜
が形成されたものも包含するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願発明者らは、これら
の問題を解決するために鋭意研究した結果、Ｖ₂Ｏ₅等
の融液に貴金属を接触させても、貴金属は融液に侵され
ることがなく光学単結晶はこれらの融液に充分に溶解す
ることを知見するとともに、これを利用して、導波路の
形成された光学単結晶基板上に貴金属からなるマスク層
を設け、これを融液に浸漬することによりマスク層が形
成されていない部分のみを選択的にエッチングさせるこ
とにより光ファイバーを固定する溝を作製するとともに
その溝の端面に端面に直交するように、前記光ファイバ
ー固定用の溝よりも深い溝をダイアモンドブレード等で
設けて光ファイバーと光導波路とを接続することによ
り、余分な部品を使うことなく精度よく接続することを
実現したのである。

【０００６】

【作用】本願発明は、チャンネル型の光導波路を光学結
晶基板（基板上に薄膜が形成されたものも含む）上に形
成した後、これに貴金属層をパターンニングし、さらに
融液に接触させて貴金属層が形成されていない部分の光
学結晶基板をエッチングすることにより光ファイバー固
定用の溝を形成するとともにその溝の端面に、その端面
に直交するように、前記光ファイバー固定用の溝よりも
深い溝をダイアモンドブレード等で設けて光ファイバー
と光導波路とを接続することを特徴とした光ファイバー
と光導波路の接続構造である。基板上に形成された貴金
属のマスクは融液によりエッチングされず、また貴金属
は高温酸化条件下でも酸化もしないうえに基板とも反応
しないことからマスク層としての機能が苛酷な条件でも
維持され、また溶融液を汚染することがない。また光学
結晶基板またはそれらの薄膜は一般的な酸やアルカリ水
溶液ではほとんどエッチングされないがＶ₂Ｏ₅等を含
む融液では非常に速くエッチングされ、そのエッチング
深さは温度または時間で制御することが可能となる。そ
のため貴金属膜で被われているところはエッチングされ
ず、被われていないところはすみやかにエッチングさ
れ、その深さは制御できるために光学結晶基板またはそ
れらの薄膜にすみやかに光ファイバー固定用の溝を形成
することができる。さらにその溝の端面に端面に直交す
るように、前記光ファイバー固定用の溝よりも深い溝を
ダイアモンドブレード等で設けて光ファイバーの端面と
光導波路の端面を平行に密着するように形成することに
より低損失で接続することができる。この理由は図２を
用いて説明する。図２のＡ、Ｂは光ファイバーと光導波
路の結合構造の断面を示したものである。単にエッチン
グのみにより形成された光ファイバー固定用溝は一般に
基板面に対して垂直になっていないために、光導波路の
端面と光ファイバーの端面をそのまま接触させても密着
するように接続することができない。（図２のＡ）。し
かしながら、本願発明のように光ファイバー固定用の溝
よりも深い溝をダイアモンドブレード等で設けることに
より、光導波路の端面が垂直となり、光ファイバーと光
導波路を密着させることができるようになる（図２の
Ｂ）。

【０００７】以下詳細に本願発明を説明する。本願発明
で使用される光学単結晶基板は、光学酸化物単結晶基板
またはそれらの薄膜である。光学酸化物単結晶は光の透
過性に優れ短波長から長波長までよく通し光回路素子用
材料として極めて優れている。また光学酸化物単結晶の
うち圧電材料は電気光学定数、圧電定数が大きく光制御
素子としてきわめて有望である。次に、この基板上光フ
ァイバーを固定するための溝を形成するために貴金属マ
スク部を形成する。マスク部の形成方法としては、フォ
トプロセスを利用する方法が精度よく簡便である。フォ
トプロセスを利用したマスク部の形成方法としてはエッ
チング法とリフトオフ法があるが、リフトオフ法はどの
ような材料にも適用できるため有利である。

【０００８】リフトオフ法は、基板にフォトレジストを
塗布して、ついで紫外線による露光ついで現像を行い、
レジストパターンを形成する。その後、真空蒸着法ある
いはスパッタ法等により貴金属による薄膜を形成する。
この後、フォトレジストを有機溶剤により溶解し、レジ
スト上の貴金属を除去し基板に貴金属パターンを形成す
る。

【０００９】前記貴金属としては、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、
Ａｇ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕなどが望ましい。これら
の貴金属は、融液中の光学結晶と反応せず、また高温酸
化条件でも酸化しないため、マスク材として好適であ
る。前記貴金属層の厚さは、０．０１μｍ〜１０μｍで
あることが望ましい。この理由は、貴金属層が０．０１
μｍよりも薄いと融液析出温度において基板に拡散した
り貴金属自身が燒結して一様な膜が得られないとか、あ
るいは極めてわずかではあるが融液に溶け本願発明の効
果が得られない、また１０μｍよりも厚いと融液析出温
度において貴金属と基板の熱膨張差が違い過ぎるため融
液析出時に貴金属層が基板から剥がれてしまうためであ
る。

【００１０】前記融液としては、Ｖ₂Ｏ₅、Ｂ₂Ｏ₃、
ＰｂＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃等の酸化物、Ｎａ₂Ｏ、Ｌｉ₂Ｏ、
Ｋ₂Ｏ、Ｒｂ₂Ｏ等のアルカリ金属酸化物、ＬｉＦ, Ｎ
ａＦ、ＫＦ、ＲｂＦ、ＬｉＣｌ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｒ
ｂＣｌ等のアルカリ金属のハロゲン化物もしくはこれら
の元素を含む例えばＬｉＶＯ₃のような融点が１０００
℃以下の化合物などがよい。融点が１０００℃以下であ
る理由は融点が１０００℃よりも高いと貴金属層が溶け
てしまう恐れがあるうえに、例えばニオブ酸リチウム結
晶の場合、融点は１２５３℃でありニオブ酸リチウム結
晶の融点と融液の融点の温度が近いためにエッチングの
制御がしにくいためである。また融点が１０００℃以下
であれば温度が低く使いやすい。接触時間や温度は、エ
ッチングする基板や膜の種類や深さにより適宜設定する
が、特には、５００〜１２００℃、３分〜２０時間であ
ることが望ましい。この理由は、温度が５００℃よりも
低いとエッチング速度が遅く、温度が１２００℃よりも
高いとニオブ酸リチウム基板またはそれらの薄膜が軟化
してしまうためである。また育成時間は３分間よりも短
いと膜厚を制御するのが難しく、２０時間よりも長いと
工業的な生産性が落ちるからである。本願発明では、基
板の任意の場所をエッチングできるが、必要に応じて、
膜表面を研摩したり、マスク材料をエッチングして表面
の貴金属層を剥離して使用することができる。このよう
にして光ファイバー固定用の溝を形成することができ
る。前記光ファイバー固定用溝の深さは光ファイバーの
中心とチャンネル光導波路の位置のずれが５μｍ以下と
なるように調整されてなることが望ましい。光ファイバ
ーのコア層の直径は１０μｍ程度であり、また光導波路
の厚さは数μｍであることから、光ファイバーの中心と
チャンネル光導波路の位置のずれが５μｍを越えると、
光ファイバーとチャンネル光導波路の間で光の入出射が
できなくなるからである。

【００１１】次に、この光ファイバー固定用の溝に対し
て垂直に光ファイバー固定用の溝の端面を通るように光
ファイバー固定用の溝よりも深い溝を形成する。溝形成
は種々の方法があるがダイヤモンドブレードにより溝加
工を施すのが簡便で精度がよい。ダイヤモンドブレード
の粗さは＃６００から＃８０００がよい。粗さが＃６０
０より粗いと切断端面があれて光の接続損失が大きくな
る。また＃８０００よりも細かいとダイヤモンドブレー
ドが切断中に目詰まりをおこし、ダイヤモンドブレード
が割れたり、基板が割れたりするので良くない。ダイヤ
モンドブレードの送り速度は０．０１ｍｍ／ｓｅｃから
２ｍｍ／ｓｅｃが望ましい。送り速度が０．０１ｍｍ／
ｓｅｃより遅いと工業的に生産性が悪い。また送り速度
が１ｍｍ／ｓｅｃよりも速いと切断端面があれて光の接
続損失が大きくなるためである。溝の深さは光ファイバ
ー固定用の溝よりも深ければよいが光ファイバー固定用
の溝よりも２０〜５００μｍが使いよい。２０μｍより
浅いとダイヤモンドブレードの先端にＲ面がついている
ために光ファイバーの端面と導波路の端面がうまく密着
せず、接続損失が大きくなることがあり、５００μｍよ
りも深いと光学単結晶基板への切り込み量が大きすぎ基
板の強度が低下してしまうためである。また、前記光フ
ァイバー固定用の溝に直交する溝の幅は５０μｍ〜５０
０μｍであることが望ましい。この理由は、５０μｍ未
満の場合は、ダイアモンドブレードの刃を薄くしなけれ
ばならず、刃が欠損してやすくなり、溝の形成が困難に
なるからである。５００μｍを越える場合は、光ファイ
バーの自由度が大きくなるため、光ファイバーが動きや
すく、光ファイバーの端面と光導波路の端面を密着させ
にくくなるためである。以上の溝形成において、場合に
よって導波路側の端面部に同等の硬さの光学単結晶基板
をはりつけ導波路端面部のチッピングを防止してもよ
い。

【００１２】このようにして光学結晶基板上に溝が作製
されたので、次に上記光ファイバー固定用溝に光ファイ
バーをのせ、光ファイバーの端面と光導波路の端面を突
き合わせ紫外線硬化樹脂等で固定する。場合によっては
光ファイバーを数μｍほど動かし最適接続になるように
し紫外線硬化樹脂等で固定する。

【００１３】以上の方法により光学単結晶基板上の貴金
属マスク層の非形成部分をエッチングし、その部分を光
ファイバー固定用の溝とし、さらに光ファイバー固定用
の溝よりも深い溝を設けて、光ファイバー固定用の溝上
に光ファイバーが固定し、そのファイバーの端面がチャ
ンネル導波路と結合されてなる光ファイバーと光導波路
の接続構造とすることにより部品点数の少ない、簡便に
光ファイバーと光導波路を接続することができる。以
上、本発明を詳細に示したが、光学単結晶基板に溝を形
成してから光導波路を作製しても同様に光導波路と光フ
ァイバーを接続することができる。

【００１４】

【実施例】

（実施例）以下に本発明の一つである光導波路が形成さ
れたニオブ酸リチウム基板に溝加工を施し光ファイバー
と接続し光デバイスとした例を図をもって示す。基板と
して市販のＺカットニオブ酸リチウム基板１を用いた。
この基板１にフォトレジストを用いてＹ分岐パターンを
パターンニングし次いでスパッタリングによりＴｉ膜を
６００Ａ形成しリフトオフ法によりＴｉのパターンを形
成しついで加湿雰囲気で１０２０℃で１０時間熱処理し
Ｔｉを基板中に拡散させＴｉ拡散導波路２とした（図１
のＡ）。このＴｉを拡散させた光導波路基板にフォトレ
ジストとして市販のポジ型フォトレジスト（ＯＦＰＲ−
８００東京応化製）をスピンコートにより塗布した。
この時の膜厚は１μｍであった。この後、巾１７７μｍ
のパターンを露光現像してレジストを転写した。次にス
パッタリングにより厚さ０．２μｍの白金膜を形成した
後リフトオフし白金のパターン３を基板１に形成した
（図１のＢ）。次に白金のパターン３が形成された基板
１をＬｉＶＯ₃溶融液に８４０℃で３４分間接触させ白
金の形成されていないところをを６３μｍ程エッチング
し溝４を形成した（図１のＣ）。

【００１５】その後白金を王水によりエッチングし除去
し光導波路の形成されたニオブ酸リチウム単結晶上に光
ファイバー固定用の溝４を得た（図１のＤ）。次にこの
溝４の端面に垂直にダイヤモンド切断器（ダイシングソ
ウ、ＤＩＳＣＯ製）により溝５を形成した（図１の
Ｅ）。形成条件は＃２０００のブレードを使用し送り速
度は０．５ｍｍ／ｓｅｃで行った。溝深さは１５０μｍ
とした。次に、素子の端面をダイヤモンド切断器により
カットし光ファイバーが接続できるようにした（図１の
Ｆ）。最後に端面を研磨した光ファイバーを光ファイバ
ー固定用溝４にのせ光導波路に密着させ紫外線硬化樹脂
を用いて、光ファイバー６をニオブ酸リチウム基板に固
定した（図１のＧ）。この導波路の挿入損失を測定した
ところ５ｄＢで実用上充分な結果を得た。またＹ分岐比
を測定したところ４７／５３で実用上充分な結果を得
た。

【００１６】

【発明の効果】本願発明の製造方法では、光デバイスを
作成する際に、光導波路と光ファイバーの接続を極めて
簡単に作ることができるだけでなく、部品点数を削減
し、何本もの光ファイバーを多数の導波路に簡単につな
ぐことができるため光回路の集積化にも役に立つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１のＡ〜Ｇは、本願発明の光ファイバーと光
導波路の接続構造の製造工程の模式図である。

【図２】図２のＡは、エッチングのみで光ファイバー固
定用の溝を作成した場合の光ファイバーと光導波路の接
続構造の断面図。図２のＢは、エッチングの後、ダイア
モンド切断器で溝を作成した場合の光ファイバーと光導
波路の接続構造の断面図。

【図面の符号】

１光学単結晶基板２光導波路３白金膜４エッチング溝５溝６光ファイバー７光ファイバーのコア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チャンネル光導波路が設けられた光学単
結晶基板の上に光ファイバー固定用の溝が設けてなり、その溝の端面に端面に直交するように、前記光ファイバ
ー固定用の溝よりも深い溝が設けられてなり、前記光ファイバー固定用の溝上に光ファイバーが固定さ
れ、そのファイバーの端面が前記チャンネル導波路と結
合されてなる光ファイバーと光導波路の接続構造。
【請求項２】前記単結晶基板は酸化物単結晶および酸
化物単結晶膜であることを特徴とする請求項１に記載の
光ファイバーと光導波路の接続構造。
【請求項３】前記光ファイバー固定用溝の深さは光フ
ァイバーの中心とチャンネル光導波路の位置のずれが５
μｍ以下となるように調整されてなる請求項１に記載の
光ファイバーと光導波路の接続構造。
【請求項４】前記光ファイバー固定用の溝に直交する
溝の幅は５０μｍ〜５００μｍである請求項１に記載の
光ファイバーと光導波路の接続構造。
【請求項５】チャンネル光導波路が設けられた光学単
結晶基板の上に、貴金属マスクをパターンニングした
後、融液により光学単結晶基板をエッチングすることに
より前記光ファイバー固定用の溝を形成し、さらに、そ
の溝の端面に直交するように、前記光ファイバー固定用
の溝よりも深い溝を形成することを特徴とする光ファイ
バーと光導波路の接続構造の製造方法。
【請求項６】前記光ファイバー固定用の溝に直交する
溝をダイヤモンドブレードにより形成する請求項５に記
載の光ファイバーと光導波路の接続構造の製造方法。