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JP2004302401A - Optical path converting element and its manufacturing method, optical integrated circuit and its manufacturing method - Google Patents

Optical path converting element and its manufacturing method, optical integrated circuit and its manufacturing method Download PDF

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JP2004302401A JP2003275485A JP2003275485A JP2004302401A JP 2004302401 A JP2004302401 A JP 2004302401A JP 2003275485 A JP2003275485 A JP 2003275485A JP 2003275485 A JP2003275485 A JP 2003275485A JP 2004302401 A JP2004302401 A JP 2004302401A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical path converting element in which the conversion of optical paths when coupling optical elements to an optical waveguide optically is facilitated. <P>SOLUTION: This optical path converting element 1A is equipped with a silicon substrate 2 and an optical waveguide 3A which is formed on the silicon substrate 2 and has inclined end faces 4 at its both ends as end faces. The optical waveguide 3A is formed as a polymeric organic compound optical waveguide and is constituted as a planar optical waveguide which consists of three layers of a lower clad 5, a core 6 on the clad 5 and an upper clad 5 on the core 6 each of which is made of polymeric organic compound resin. End of faces 2a of the silicon substrate 2 is formed as a face perpendicular to the longitudinal direction of the substrate 2 and the inclined end face 4 is formed at an external angle θ of, for example, 135 degrees with respect to the end face 2a of the substrate 2, that is, the face 4 is inclined outward at 45 degrees with respect to the face 2a of the substrate 2. As a result, optical elements can be provided directly under the inclined faces 4 without being interfered by the substrate 2. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、面発光半導体レーザ素子、フォトダイオード等の光素子と光導波路とを光結合する際、光信号の光路を変換させる光路変換素子及びその作製方法と、この光路変換素子を用いた光集積回路及びその作製方法に関する。詳しくは、光導波路の端面に傾斜端面を形成できる構成とすることで、光素子と光導波路とを光結合する際の光路変換を行えるようにしたものである。   The present invention relates to an optical path conversion element for converting an optical path of an optical signal when an optical element such as a surface emitting semiconductor laser element or a photodiode is optically coupled to an optical waveguide, a method for manufacturing the same, and light using the optical path conversion element. The present invention relates to an integrated circuit and a manufacturing method thereof. More specifically, the configuration is such that an inclined end face can be formed on the end face of the optical waveguide so that the optical path can be changed when the optical element and the optical waveguide are optically coupled.

現在のインタコネクションでは、システムを構成する素子同士、素子と部品、或いは部品同士、例えばトランジスタとトランジスタとを接続する配線には、主として電気配線が使用されている。一方、次世代インタコネクションでは、大容量かつ高速通信が必要とされているので、電気配線では高周波応答に限界があって、システムの高速化に制約がある。そこで、次世代インタコネクションでは、大容量かつ高速通信を可能とする光配線を伝達手段とする光回路が電気配線に代わり注目されている。   In the current interconnection, electrical wiring is mainly used as a wiring connecting elements constituting a system, elements and components, or components, for example, transistors. On the other hand, next-generation interconnections require large-capacity and high-speed communication, so that electric wiring has a limit in high-frequency response, and there is a limit to speeding up the system. For this reason, in next-generation interconnections, optical circuits using optical wiring, which enables large-capacity and high-speed communication, as transmission means have been receiving attention instead of electric wiring.

ところで、光信号を送受信する光回路には、送信装置の光源として設けられ、レーザ光を信号光として出射する半導体レーザ素子、レーザ光を信号光として受光するフォトダイオード、半導体レーザ素子とフォトダイオードとを光接続する光導波路が必要である。   By the way, in an optical circuit for transmitting and receiving an optical signal, a semiconductor laser element provided as a light source of a transmitting device and emitting laser light as signal light, a photodiode for receiving laser light as signal light, a semiconductor laser element and a photodiode are provided. An optical waveguide for optically connecting is required.

そして、光回路を微細化し、集積化するには、半導体レーザ素子、フォトダイオード等の光素子、及び光素子を接続する光導波路を集積した光集積回路が必要である。   In order to miniaturize and integrate an optical circuit, an optical integrated circuit in which an optical element such as a semiconductor laser element and a photodiode and an optical waveguide connecting the optical element are integrated is required.

光集積回路では、半導体レーザ素子として面発光半導体レーザ素子(VCSEL:vertical cavity surface emitting laser)の使用が考えられている。面発光半導体レーザ素子は、基板の面に対して垂直方向に光を出射する。また、フォトダイオードも、実装された基板の面に対して垂直方向から光を入射する。これに対して、光導波路は、基板の面に対して水平に実装される。よって、光集積回路で光素子と光導波路との光接続を行う際には光信号の光路を変換することが必要になる。従って、光集積回路を実現するためには、光信号の光路を変換できる光路変換素子の開発が重要である。   In an optical integrated circuit, use of a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) has been considered as a semiconductor laser device. The surface-emitting semiconductor laser device emits light in a direction perpendicular to the surface of the substrate. Light is also incident on the photodiode from a direction perpendicular to the surface of the mounted substrate. On the other hand, the optical waveguide is mounted horizontally with respect to the surface of the substrate. Therefore, when optical connection between an optical element and an optical waveguide is performed in an optical integrated circuit, it is necessary to convert the optical path of an optical signal. Therefore, in order to realize an optical integrated circuit, it is important to develop an optical path conversion element that can convert the optical path of an optical signal.

そこで、面発光半導体レーザ素子やフォトダイオード等の光素子と平面型光導波路とをコンパクトに結合するために、45度マイクロミラーを用いて光素子と平面型光導波路とを結合させるという構造の光送受信器が盛んに研究開発されている。   Therefore, in order to compactly couple an optical device such as a surface emitting semiconductor laser device or a photodiode with a planar optical waveguide, a light having a structure in which the optical device and the planar optical waveguide are coupled using a 45-degree micromirror. Transceivers are being actively researched and developed.

平面型光導波路端面に45度のマイクロミラーを作製する技術には、例えば(1)ミクロトームにより機械的に光導波路の端面を斜めに切断する方法、(2)反応性イオンエッチングにより光導波路に傾斜端面を形成する方法、(3)レーザアブレーションにより光導波路に傾斜端面を形成する方法、
(4)回転ブレードにより光導波路に45度切れこみを入れて傾斜端面を形成する方法などが報告されている(特許文献1参照。)。
Techniques for manufacturing a 45-degree micromirror on the end face of a planar optical waveguide include, for example, (1) a method in which the end face of the optical waveguide is cut obliquely mechanically by a microtome, and (2) a tilt in the optical waveguide by reactive ion etching. A method of forming an end face, (3) a method of forming an inclined end face in an optical waveguide by laser ablation,
(4) A method has been reported in which a 45 ° cut is made in an optical waveguide by a rotating blade to form an inclined end face (see Patent Document 1).

図11はこの従来文献に開示された従来の光路変換素子の断面図である。引用文献1では、ダイシングソーにV型ブレードを取り付けて、光導波路を切削することにより光導波路端面に45度ミラーを作製する方法を開示している。   FIG. 11 is a cross-sectional view of a conventional optical path conversion element disclosed in this conventional document. Patent Document 1 discloses a method in which a V-shaped blade is attached to a dicing saw and an optical waveguide is cut to form a 45-degree mirror on an end face of the optical waveguide.

前掲公報によれば、図11に示すように、刃先がおよそ90度に加工されたダイヤモンドブレード40を用いて切削加工を行うと、平面型光導波路に傾斜端面(マイクロミラー)42、42を有するV溝44を形成することができる。切削加工の深さは、上部クラッド46、コア48を経て、コア48と下部クラッド50の境界よりも深くすれば良く、下部クラッド50中で止めても良いし、基板52まで切り込んでも構わないとしている。   According to the above-mentioned publication, as shown in FIG. 11, when a cutting process is performed using a diamond blade 40 whose cutting edge is formed to about 90 degrees, the planar optical waveguide has inclined end faces (micro mirrors) 42, 42. The V groove 44 can be formed. The depth of the cutting process may be made deeper than the boundary between the core 48 and the lower clad 50 through the upper clad 46 and the core 48, and may be stopped in the lower clad 50 or the substrate 52 may be cut. I have.

特開平10−300961号(図7)JP-A-10-30961 (FIG. 7)

ところで、前掲公報を始めとして、従来の傾斜端面の形成方法は、全て、基板上に形成されている光導波路の上面から基板に向けて切削する方法であって、従来の方法で傾斜端面を形成する限り、傾斜端面の基板に対する傾斜角度は、図10に示すように、基板端面で基板面に対して鋭角を成している。   By the way, starting with the above-mentioned publication, all conventional methods for forming an inclined end face are methods of cutting from the upper surface of an optical waveguide formed on the substrate toward the substrate, and forming the inclined end face by a conventional method. As far as possible, the inclination angle of the inclined end surface with respect to the substrate is acute at the substrate end surface with respect to the substrate surface as shown in FIG.

従って、この方法により形成された傾斜端面(45度ミラー)を有する平面型光導波路では、平面型光導波路の内部を伝搬し、45度ミラーで反射された光は、基板方向に出射されることになる。この結果、45度ミラーの直下に面発光半導体レーザ素子等の光素子を設けようとすると、基板が邪魔になる。   Therefore, in a planar optical waveguide having an inclined end surface (a 45-degree mirror) formed by this method, light propagating inside the planar optical waveguide and reflected by the 45-degree mirror is emitted toward the substrate. become. As a result, if an optical element such as a surface emitting semiconductor laser element is provided directly below the 45-degree mirror, the substrate becomes an obstacle.

そのため、基板上に光導波路を形成した後、光路の邪魔になる基板を光導波路から剥離したり、又は基板として透明なガラス基板を使用する必要があるなどといった煩わしい対策が必要であった。   Therefore, after the optical waveguide is formed on the substrate, it is necessary to take a troublesome measure such as peeling off the substrate obstructing the optical path from the optical waveguide or using a transparent glass substrate as the substrate.

しかし、基板を光導波路から剥離した後、光導波路に光素子を精度良く実装しようとすると、光導波路と光素子との位置決めが難しく、実装作業に時間がかかり、結果として製造コストも増大する。また、ガラス基板を使用すると、光導波路と光素子との間にガラス基板が介在するために、光結合効率が低下するという問題がある。   However, if the optical device is to be mounted on the optical waveguide with high precision after the substrate is separated from the optical waveguide, it is difficult to position the optical waveguide and the optical device with each other, and the mounting operation takes a long time, resulting in an increase in manufacturing cost. Further, when a glass substrate is used, there is a problem that the optical coupling efficiency is reduced because the glass substrate is interposed between the optical waveguide and the optical element.

このため、光集積回路では、光素子を実装した基板に、半導体製造プロセスを用いて直接光導波路を集積形成する技術が考えられている。しかしながら、光素子を実装した基板に光導波路を直接製造するのは、複雑なプロセスが必要で、製造コストが増大するという問題がある。   For this reason, in an optical integrated circuit, a technology for directly forming an optical waveguide on a substrate on which an optical element is mounted by using a semiconductor manufacturing process has been considered. However, directly manufacturing an optical waveguide on a substrate on which an optical element is mounted has a problem that a complicated process is required and the manufacturing cost is increased.

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、光素子と光導波路とを光結合する際に光路の変換が容易な光路変換素子、及びその作製方法、この光路変換素子を用いた光集積回路及びその作製方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and an optical path conversion element that can easily convert an optical path when optically coupling an optical element and an optical waveguide, a method for manufacturing the same, and a method using the optical path conversion element. It is an object of the present invention to provide an optical integrated circuit and a manufacturing method thereof.

上記課題を達成するために、本発明に係る光路変換素子は、基板と、基板上に形成され、基板の端面に対して外回りで90度以上180度以下の角度をなす傾斜端面を少なくとも一方の端面に有する光導波路とを備えていることを特徴としている。   In order to achieve the above object, an optical path conversion element according to the present invention includes a substrate and at least one inclined end surface formed on the substrate and forming an angle of 90 ° or more and 180 ° or less with respect to an end surface of the substrate. And an optical waveguide provided on an end face.

本発明に係る光路変換素子は、光導波路の傾斜端面が基板の端面に対して外回りで90度以上180度以下の角度をなすように形成されているので、つまり基板の端面より外方に形成されているので、傾斜端面直下に光素子を設ける際、従来のように、基板が邪魔になることがない。   The optical path conversion element according to the present invention is formed so that the inclined end face of the optical waveguide forms an angle of 90 ° or more and 180 ° or less with respect to the end face of the substrate, that is, formed outside the end face of the substrate. Therefore, when the optical element is provided immediately below the inclined end surface, the substrate does not become an obstacle as in the related art.

よって、光導波路から基板を剥離することなく、光素子と光導波路とを光結合させることができる。また、基板としてガラス基板を使用する必要がない。傾斜端面の傾斜角は、光導波路の傾斜端面が基板の端面に対して外回りで90度以上180度以下の角度をなす限り、換言すれば基板面の延長面に対して鋭角をなす限り任意の角度でよい。   Therefore, the optical element and the optical waveguide can be optically coupled without peeling the substrate from the optical waveguide. Further, it is not necessary to use a glass substrate as the substrate. The angle of inclination of the inclined end surface is arbitrary as long as the inclined end surface of the optical waveguide forms an angle of 90 ° or more and 180 ° or less with respect to the end surface of the substrate, in other words, as long as it forms an acute angle with the extended surface of the substrate surface. Angle is fine.

以上の構成により、本発明に係る光路変換素子では、傾斜端面での光反射を利用することにより、面発光半導体レーザ素子から出射されたレーザ光の光路を、光導波路のコア内部を全反射して進む光路に変換したり、或いは光導波路外部から入射する光の光路を自在に変換して光導波路へ結合することができる。更には、光導波路を伝搬してきた光を光導波路に対して任意の角度の光路に変換してフォトダイオードに入射させることができる。   With the above configuration, in the optical path conversion element according to the present invention, the light path of the laser light emitted from the surface emitting semiconductor laser element is totally reflected inside the core of the optical waveguide by utilizing the light reflection at the inclined end face. The optical path can be converted to an optical path that travels through the optical waveguide, or the optical path of light incident from outside the optical waveguide can be freely converted and coupled to the optical waveguide. Further, the light propagating through the optical waveguide can be converted into an optical path at an arbitrary angle with respect to the optical waveguide and incident on the photodiode.

本発明に係る光路変換素子の基板及び光導波路の形成材料には制約はないものの、経済性及び製造容易性の観点から、光導波路は好適には高分子光導波路であって、ポリマー系樹脂で形成する。即ち、光導波路のクラッド及びコアが、それぞれ、高分子有機化合物で形成されている。また、コストが高くなるが高度な通信機能を有する光導波路を得るために、光導波路のコア及びクラッドが、それぞれ、ガラス系材料で形成されていても良い。また、本発明では、基板がシリコン基板であっても良い。   Although there are no restrictions on the material for forming the substrate and the optical waveguide of the optical path conversion element according to the present invention, from the viewpoint of economy and ease of manufacture, the optical waveguide is preferably a polymer optical waveguide, and a polymer resin. Form. That is, the clad and the core of the optical waveguide are each formed of a polymer organic compound. In addition, in order to obtain an optical waveguide having a high cost but an advanced communication function, each of the core and the clad of the optical waveguide may be formed of a glass material. In the present invention, the substrate may be a silicon substrate.

更に、好適には、傾斜端面は光学反射膜で被覆されている。これにより、傾斜端面での光反射効率を高めることができる。   Further, preferably, the inclined end surface is covered with an optical reflection film. Thereby, the light reflection efficiency at the inclined end surface can be increased.

本発明に係る光路変換素子の光導波路は必ずしも平面型光導波路である必要はなく、複数本の帯状又は柱状のコアが並列に延在する2次元光導波路でも良い。   The optical waveguide of the optical path conversion element according to the present invention is not necessarily a planar optical waveguide, but may be a two-dimensional optical waveguide in which a plurality of band-shaped or column-shaped cores extend in parallel.

また、光導波路の段数は一段に限る必要はなく、平面型光導波路或いは2次元光導波路を積層した多段の光導波路からなる3次元光導波路でも良い。   The number of optical waveguides need not be limited to one, but may be a planar optical waveguide or a three-dimensional optical waveguide comprising a multi-stage optical waveguide in which two-dimensional optical waveguides are stacked.

本発明に係る光路変換素子では、基板上に形成した光導波路に光路変換ミラーを付け、その基板を剥離することなく光素子を実装することができる。光導波路を基板から剥離したり、及び光導波路を基板に再度、接着したりする必要がなく、作製が簡便である。よって、低コストで小型な光配線を実現することができる。   In the optical path conversion element according to the present invention, an optical path conversion mirror is attached to the optical waveguide formed on the substrate, and the optical element can be mounted without peeling the substrate. It is not necessary to peel off the optical waveguide from the substrate and to adhere the optical waveguide to the substrate again, and the fabrication is simple. Therefore, a small-sized optical wiring can be realized at low cost.

また、本発明に係る光路変換素子により、基板とは反対側に光を入射させ、出射させることができるので、面発光型半導体レーザ素子やフォトダイオードなどの光デバイスを効率良く実装基板上に設置することができる。よって、本発明に係る光路変換素子により、光結合効率が高い光配線を低コストで実現することができる。   In addition, the light path conversion element according to the present invention allows light to enter and exit from the side opposite to the substrate, so that an optical device such as a surface emitting semiconductor laser element or a photodiode can be efficiently placed on a mounting substrate. can do. Therefore, the optical path conversion element according to the present invention can realize an optical wiring with high optical coupling efficiency at low cost.

本発明に係る光路変換素子の作製方法は、基板上に光導波路を形成する工程と、V型ブレードを用いて基板を切削して光導波路に達する切削溝を形成し、次いで切削を一旦中止する工程と、切削溝及びV型ブレードから切削溝を除去する工程と、次いで切削溝にV型ブレードを位置合わせし、続いて切削を再開して、光導波路を切削する工程とを有することを特徴としている。   In the method for manufacturing an optical path conversion element according to the present invention, the step of forming an optical waveguide on a substrate and the step of cutting the substrate using a V-shaped blade to form a cutting groove reaching the optical waveguide, and then temporarily stopping the cutting A step of removing the cutting groove from the cutting groove and the V-shaped blade, and a step of aligning the V-shaped blade with the cutting groove and then restarting the cutting to cut the optical waveguide. And

本発明の実施態様では、V型ブレードによる切削加工では、ダイシングソーを用いる。また、好適には、基板及び光導波路の切削加工に用いるブレードとして平均粒径が1〜10μmのダイヤモンド粒を有するダイヤモンドブレードを用いる。これにより、平滑な傾斜端面を形成することできる。   In the embodiment of the present invention, a dicing saw is used for the cutting with the V-shaped blade. Preferably, a diamond blade having diamond particles having an average particle diameter of 1 to 10 μm is used as a blade used for cutting the substrate and the optical waveguide. Thereby, a smooth inclined end surface can be formed.

V型ブレードは、両側に傾斜を持ったものに限る必要はなく、片側だけ傾斜を持った構造のものでもよい。   The V-shaped blade does not need to be limited to one having a slope on both sides, and may have a structure having a slope only on one side.

本発明方法によれば、基板を切削して光導波路に達する切削溝を形成し、次いで切削を一旦中止して、切削溝及びV型ブレードから切削溝を除去し、切削を再開して光導波路を切削することにより、平滑な傾斜端面を有する光路変換素子を作製することができる。   According to the method of the present invention, the substrate is cut to form a cutting groove reaching the optical waveguide, and then the cutting is temporarily stopped, the cutting groove is removed from the cutting groove and the V-shaped blade, and cutting is restarted to resume the optical waveguide. By cutting, an optical path conversion element having a smooth inclined end face can be manufactured.

尚、本発明方法とは異なり、基板の切削に引き続いて切削屑を除去することなく光導波路を切削すると、光導波路を切削する際、基板切削屑によって光導波路の切削面が荒れて、平滑な傾斜端面を光導波路に形成することができない。   Note that, unlike the method of the present invention, when the optical waveguide is cut without removing the cutting chips following the cutting of the substrate, the cutting surface of the optical waveguide is roughened by the substrate cutting chips when cutting the optical waveguide, and the cutting surface is smooth. The inclined end face cannot be formed in the optical waveguide.

本発明に係る光集積回路は、上述した光路変換素子を適用したものである。すなわち、基板上に光導波路が形成された光路変換素子と、光素子が実装された実装基板とを備え、光路変換素子は、基板の端面に対して外回りで90度以上180度以下の角度をなす傾斜端面を、光導波路の少なくとも一方の端面に有し、光導波路はクラッド及びコアを有して、コアの端面が傾斜端面と同一面に露出して反射面が形成され、この反射面が光素子と対向する位置で、実装基板の一の面に光路変換素子が取り付けられたことを特徴としている。   An optical integrated circuit according to the present invention uses the above-described optical path conversion element. That is, an optical path conversion element in which an optical waveguide is formed on a substrate, and a mounting substrate on which the optical element is mounted are provided, and the optical path conversion element has an angle of 90 degrees or more and 180 degrees or less in an outer circumference with respect to an end surface of the substrate. The optical waveguide has a clad and a core, and the end face of the core is exposed on the same plane as the inclined end face to form a reflection surface, and the reflection surface is formed. An optical path-changing element is attached to one surface of the mounting board at a position facing the optical element.

本発明に係る光集積回路では、実装基板の面に対して垂直方向に出射された光を反射面で反射して、実装基板の面に対して水平な光へと光路変換する。よって、光素子として面発光素子を用いて、実装基板の面に対して水平方向に延在するコアで光を伝搬することができる。また、コアを伝搬された光を反射面で反射して、実装基板の面に対して垂直な光へと光路変換する。よって、実装基板に実装された受光素子で光を受光することができる。   In the optical integrated circuit according to the present invention, the light emitted in the direction perpendicular to the surface of the mounting substrate is reflected by the reflection surface, and the light path is changed to light horizontal to the surface of the mounting substrate. Therefore, light can be propagated by the core extending in the horizontal direction with respect to the surface of the mounting substrate by using the surface emitting element as the optical element. Further, the light propagating through the core is reflected by the reflection surface, and the optical path is changed to light perpendicular to the surface of the mounting substrate. Therefore, light can be received by the light receiving element mounted on the mounting substrate.

本発明に係る光集積回路の作製方法は、基板上に光導波路が形成され、この光導波路の少なくとも一方の端面に、基板の端面に対して外回りで90度以上180度以下の角度をなす傾斜端面が形成された光路変換素子を、光素子が実装された実装基板に位置合わせして取り付ける工程を有することを特徴としている。   In the method for manufacturing an optical integrated circuit according to the present invention, an optical waveguide is formed on a substrate, and at least one end face of the optical waveguide has an inclination of 90 degrees or more and 180 degrees or less with respect to an end face of the substrate. The method is characterized in that the method includes a step of aligning and attaching the optical path conversion element having the end surface formed thereon to the mounting substrate on which the optical element is mounted.

本発明に係る光集積回路の作製方法では、光素子を実装した後の実装基板に光路変換素子が取り付けられる。光路変換素子においては、光導波路は基板で支持されており、いわゆるパッシブアライメント実装が実現できる。また、光素子を実装基板に実装する際に伴う半田付け作業の後に、光路変換素子を取り付けるので、光路変換素子は熱の影響を受けない。   In the method for manufacturing an optical integrated circuit according to the present invention, the optical path conversion element is attached to the mounting substrate after the mounting of the optical element. In the optical path conversion element, the optical waveguide is supported by a substrate, and so-called passive alignment mounting can be realized. Further, since the optical path conversion element is attached after the soldering work involved in mounting the optical element on the mounting board, the optical path conversion element is not affected by heat.

本発明によれば、少なくとも一方の端面に基板の端面に対して90度以上180度以下の外回り角度をなす傾斜端面を有する光導波路を構成することにより、面発光半導体レーザ素子及びフォトダイオード等の光素子と光導波路とを簡便にかつ高い光結合効率で光結合することができる光路変換素子を実現することができる。   According to the present invention, by forming an optical waveguide having at least one end face having an inclined end face forming an outer rotation angle of 90 ° or more and 180 ° or less with respect to the end face of the substrate, a surface emitting semiconductor laser device, a photodiode, or the like can be obtained. An optical path conversion element that can easily and optically couple an optical element and an optical waveguide with high optical coupling efficiency can be realized.

従来の光路変換素子では、ミラーの向きが基板の基板面に対して内側に鋭角方向であるから、つまり基板の端面に対して180度以上の角度をなしているので、光が基板側に入射し、また光が基板側から出射するような構成にならざるを得なかった。そのために、光素子と光路変換素子とを光結合する際には、邪魔な基板を、一旦、光導波路から剥離し、次いで光路変換素子を実装基板に実装する際には、再度光導波路を基板に貼り付けるという複雑な工程が必要であった。一方、本発明では、光路変換素子の傾斜端面の向きが基板の端面から外方に向いているので、基板と光導波路を剥離せずに、そのまま光素子を実装することができる。   In the conventional optical path conversion element, light is incident on the substrate side because the direction of the mirror is at an acute angle inward with respect to the substrate surface of the substrate, that is, at an angle of 180 degrees or more with respect to the end surface of the substrate. In addition, the configuration has to be such that light is emitted from the substrate side. Therefore, when the optical element and the optical path conversion element are optically coupled, the obstructive substrate is temporarily separated from the optical waveguide, and then, when the optical path conversion element is mounted on the mounting substrate, the optical waveguide is again attached to the substrate. It required a complicated process of pasting on to. On the other hand, in the present invention, since the direction of the inclined end face of the optical path conversion element is directed outward from the end face of the substrate, the optical element can be mounted without peeling the substrate and the optical waveguide.

また、本発明方法によれば、基板を切削して光導波路に達する切削溝を形成し、次いで切削を一旦中止して、切削溝及びV型ブレードから切削屑を除去し、続いて切削を再開して、光導波路を切削することにより、平滑な傾斜端面を有する光路変換素子を作製することができる。   Further, according to the method of the present invention, the substrate is cut to form a cutting groove reaching the optical waveguide, then the cutting is temporarily stopped, cutting chips are removed from the cutting groove and the V-shaped blade, and then the cutting is restarted. Then, by cutting the optical waveguide, an optical path conversion element having a smooth inclined end face can be manufactured.

さらに、本発明に係る光集積回路によれば、実装基板に対して垂直方向に光を出射する光素子と、実装基板に対して垂直方向から光を入射する光素子の間を、光路変換素子の光導波路で結合して光送受信を行うことができる。   Further, according to the optical integrated circuit of the present invention, an optical path conversion element is provided between an optical element that emits light in a direction perpendicular to the mounting substrate and an optical element that emits light in a direction perpendicular to the mounting substrate. And optical transmission / reception can be performed.

光路変換素子は光導波路を基板で支持しているので、光導波路を補強するための部材を必要としない。したがって、簡単な構成で光集積回路を実現できる。   Since the optical path conversion element supports the optical waveguide with the substrate, a member for reinforcing the optical waveguide is not required. Therefore, an optical integrated circuit can be realized with a simple configuration.

また、本発明に係る光集積回路の作製方法によれば、光素子を実装した後の実装基板に光路変換素子が取り付けられる。光路変換素子においては、光導波路は基板で支持されており、いわゆるパッシブアライメント実装が実現できる。よって、低コストで光集積回路を提供することができる。また、光素子を実装基板に実装する際に伴う半田付け作業の後に、光路変換素子を取り付けるので、光路変換素子は熱の影響を受けない。このため、高分子樹脂系の材質を用いて、光導波路を形成することができる。   Further, according to the method for manufacturing an optical integrated circuit according to the present invention, the optical path conversion element is attached to the mounting substrate after the optical element has been mounted. In the optical path conversion element, the optical waveguide is supported by a substrate, and so-called passive alignment mounting can be realized. Therefore, an optical integrated circuit can be provided at low cost. Further, since the optical path conversion element is attached after the soldering work involved in mounting the optical element on the mounting board, the optical path conversion element is not affected by heat. Therefore, the optical waveguide can be formed using a polymer resin-based material.

以下に、実施の形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described specifically and in detail with reference to the accompanying drawings.

光路変換素子の第1の実施形態例
本実施形態例は本発明に係る光路変換素子の第1の実施の形態であって、図1は第1の実施の形態の光路変換素子の構成例を示す断面図である。
First Embodiment of Optical Path Conversion Element This embodiment is a first embodiment of an optical path conversion element according to the present invention, and FIG. 1 shows a configuration example of the optical path conversion element according to the first embodiment. FIG.

本実施形態例の光路変換素子1Aは、図1に示すように、シリコン基板2と光導波路3Aとを備える。シリコン基板2は基板の一例で、ガラス基板であってもよい。光導波路3Aはシリコン基板2上に形成され、両端部に傾斜端面4を備える。   As shown in FIG. 1, the optical path conversion element 1A of this embodiment includes a silicon substrate 2 and an optical waveguide 3A. The silicon substrate 2 is an example of a substrate, and may be a glass substrate. The optical waveguide 3A is formed on the silicon substrate 2 and has inclined end faces 4 at both ends.

光導波路3Aは、例えば高分子有機化合物光導波路として形成され、それぞれ、高分子有機化合物樹脂で形成された、下部クラッド5、下部クラッド5上のコア6、コア6上の上部クラッド5の3層からなる平面型光導波路として構成されている。コア6は、屈折率が下部クラッド5及び上部クラッド5より0.1〜3.0%程度大きい高分子有機化合物で形成されている。   The optical waveguide 3A is formed, for example, as a polymer organic compound optical waveguide, and is formed of a polymer organic compound resin, and includes a lower clad 5, a core 6 on the lower clad 5, and an upper clad 5 on the core 6, respectively. Are formed as a planar optical waveguide. The core 6 is formed of a high molecular weight organic compound having a refractive index about 0.1 to 3.0% larger than that of the lower clad 5 and the upper clad 5.

光導波路用の高分子有機化合物の例として、例えば、オキセタン樹脂(ソニーケミカル製)、フッ素化ポリイミド(NTTアドバンステクノロジー製、日立化成工業製)、グラシア(ポリシラン)(日本ペイント製)などがある。   Examples of the polymer organic compound for an optical waveguide include, for example, oxetane resin (manufactured by Sony Chemical), fluorinated polyimide (manufactured by NTT Advanced Technology, manufactured by Hitachi Chemical), and gracia (polysilane) (manufactured by Nippon Paint).

本実施形態例では、コア6はオキセタン樹脂で形成され、下部クラッド5及び上部クラッド5は屈折率がコア6の屈折率より0.1〜3.0%程度小さいオキセタン樹脂で形成されている。   In the present embodiment, the core 6 is formed of an oxetane resin, and the lower clad 5 and the upper clad 5 are formed of an oxetane resin having a refractive index smaller than that of the core 6 by about 0.1 to 3.0%.

オキセタン樹脂を用いて光導波路を形成する方法は、特開2000−356720号公報に詳述されている。前掲公報を参照して、オキセタン樹脂を簡単に説明すると、オキセタン樹脂は、オキセタン環を有するオキセタン化合物と、オキシラン環を有するオキシラン化合物と、連鎖反応によりオキセタン化合物の重合を開始させるカチオン重合開始剤とを含み、紫外線等のエネルギービームを照射することにより硬化する樹脂成分であって、例えばソニーケミカル(株)から販売されている。   A method of forming an optical waveguide using an oxetane resin is described in detail in JP-A-2000-356720. With reference to the above-mentioned publication, the oxetane resin will be briefly described. And a resin component that is cured by irradiation with an energy beam such as ultraviolet rays, and is sold, for example, by Sony Chemical Corporation.

オキセタン化合物として、例えばジ[1−エチル(3−オキセタニル)]メチルエーテル(室温で液体)、1,4−ビス{[(3−エチル−3−オキセタニル)メトキシ]メチル}ベンゼンとジ[4−(1−エチル−3−オキセタニルメトキシメチル)]ベンジルエーテルとの混合物(以下、キシレンジオキセタンともいう。)(室温で液体)、フェノールノボラックオキセタン(室温で固体)、オキセタニルシルセスキオキセタン(室温で液体)等が挙げられる。   Examples of oxetane compounds include di [1-ethyl (3-oxetanyl)] methyl ether (liquid at room temperature), 1,4-bis {[(3-ethyl-3-oxetanyl) methoxy] methyl} benzene and di [4- (1-ethyl-3-oxetanylmethoxymethyl)] benzyl ether (hereinafter also referred to as xylene dioxetane) (liquid at room temperature), phenol novolak oxetane (solid at room temperature), oxetanyl silsesquioxetane (liquid at room temperature) And the like.

オキシラン化合物として、例えばリモネンジオキサイド、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂との混合物(混合比約1:1)、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、二官能脂肪族環状エポキシ樹脂、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂等が挙げられる。   As the oxirane compound, for example, limonenedoxide, a polyfunctional aliphatic cyclic epoxy resin, a mixture of a bisphenol A type epoxy resin and a bisphenol F type epoxy resin (mixing ratio: about 1: 1), a bisphenol A type epoxy resin, a bifunctional aliphatic A cyclic epoxy resin, a polyfunctional aliphatic cyclic epoxy resin and the like can be mentioned.

また、カチオン重合開始剤は、例えば4−4′ビス[ジ(βヒドロキシエトキシ)フェニルスルフォニオ]フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネート(旭電化社製)である。   The cationic polymerization initiator is, for example, 4-4'bis [di (β-hydroxyethoxy) phenylsulfonio] phenylsulfide-bis-hexafluoroantimonate (manufactured by Asahi Denka Co., Ltd.).

オキセタン化合物の屈折率(25℃、ナトリウムD線)は、オキセタン化合物の種類によって異なり、例えばジ[1−エチル(3−オキセタニル)]メチルエーテルで1.4544、またフェノールノボラックオキセタンで1.57程度である。   The refractive index (25 ° C., sodium D line) of the oxetane compound varies depending on the type of the oxetane compound. For example, di [1-ethyl (3-oxetanyl)] methyl ether is about 1.4544, and phenol novolak oxetane is about 1.57. It is.

また、オキシラン化合物の屈折率(25℃、D線)は、例えばリモネンジオキサイドで1.4656、またビスフェノールA型エポキシ樹脂で1.5683である。   Further, the refractive index of the oxirane compound (25 ° C., D line) is, for example, 1.4656 for limonenedoxide and 1.5683 for bisphenol A type epoxy resin.

オキセタン樹脂は、オキセタン化合物及びオキシラン化合物の種類並びに配合比を調整することにより、屈折率を調節することができる。   The refractive index of the oxetane resin can be adjusted by adjusting the types and the mixing ratio of the oxetane compound and the oxirane compound.

例えば、光導波路のコア部を形成するためには、クラッド部との屈折率の差が安定して得られるように、屈折率が1.5未満のものを10〜30重量%含み、屈折率が1.5以上のものを40〜60重量%含み、残部がオキシラン化合物であるオキセタン樹脂を使用する。また、クラッド部を形成するためには、屈折率が1.5未満のオキセタン化合物を40重量%よりも多く含み、残部がオキシラン化合物であって、屈折率が1.5以上のオキセタン化合物を含まないオキセタン樹脂を使用する。   For example, in order to form a core portion of an optical waveguide, a material having a refractive index of less than 1.5 is included in an amount of 10 to 30% by weight so that a difference in refractive index from the cladding portion can be stably obtained. Is an oxetane resin containing 40 to 60% by weight of which is 1.5 or more, and the balance being an oxirane compound. Further, in order to form the clad portion, an oxetane compound having a refractive index of less than 1.5 is contained in an amount of more than 40% by weight, and the rest is an oxirane compound and an oxetane compound having a refractive index of 1.5 or more is contained. Use no oxetane resin.

具体的には、例えば、キシレンジオキセタン10重量部、フェノールノボラックオキセタン20重量部、二官能脂肪族環状エポキシ樹脂30重量部、ビスフェノールA型エポキシ樹脂とビスフェノールF型エポキシ樹脂との混合物20重量部、およびビスフェノールA型エポキシ樹脂20重量部を混合し、90℃で2時間加熱して溶解した後、カチオン重合開始剤2重量部を配合し、更に、フィルタリングを行ってダストなどを除去することにより、光導波路コア形成用のオキセタン樹脂を得ることができる。   Specifically, for example, 10 parts by weight of xylene dioxetane, 20 parts by weight of phenol novolak oxetane, 30 parts by weight of a bifunctional aliphatic cyclic epoxy resin, 20 parts by weight of a mixture of a bisphenol A type epoxy resin and a bisphenol F type epoxy resin, and After mixing 20 parts by weight of a bisphenol A type epoxy resin and dissolving by heating at 90 ° C. for 2 hours, 2 parts by weight of a cationic polymerization initiator is blended, and further filtering is performed to remove dust and the like, thereby obtaining a photoconductive resin. An oxetane resin for forming a waveguide core can be obtained.

また、ジ[1−エチル(3−オキセタニル)]メチルエーテル22重量部、オキセタニルシルセスキオキセタン13重量部、多官能脂肪族環状エポキシ樹脂35重量部、および二官能脂肪族環状エポキシ樹脂30重量部を混合し、90℃で2時間加熱して溶解した後、カチオン重合開始剤2重量部を配合し、更に、フィルタリングを行ってダストなどを除去することにより、光導波路クラッド形成用のオキセタン樹脂を得ることができる。   Also, 22 parts by weight of di [1-ethyl (3-oxetanyl)] methyl ether, 13 parts by weight of oxetanyl silsesquioxetane, 35 parts by weight of a polyfunctional aliphatic cyclic epoxy resin, and 30 parts by weight of a bifunctional aliphatic cyclic epoxy resin After mixing and dissolving by heating at 90 ° C. for 2 hours, 2 parts by weight of a cationic polymerization initiator is blended, and further, dust and the like are removed by filtering to obtain an oxetane resin for forming an optical waveguide clad. be able to.

シリコン基板2の端面2aは、図1に示すように、基板2の長手方向に直交する面として形成されている。   The end surface 2a of the silicon substrate 2 is formed as a surface orthogonal to the longitudinal direction of the substrate 2, as shown in FIG.

傾斜端面4は、シリコン基板2の端面2aに対して外回りで90度以上180度以下の、例えば135度を成す角度θで形成されている、換言すれば、基板2の基板面2bの延長面に対して45度の角度で外向きに傾斜している。図示しないが、傾斜端面4に例えばアルミニウムを蒸着して、傾斜端面4の表面を光学反射膜で被覆してもよい。これにより、傾斜端面4での光反射効率を高めることができる。   The inclined end surface 4 is formed at an angle θ of 90 degrees or more and 180 degrees or less, for example, 135 degrees in an outer circumference with respect to the end surface 2 a of the silicon substrate 2, in other words, an extension surface of the substrate surface 2 b of the substrate 2. To the outside at an angle of 45 degrees. Although not shown, for example, aluminum may be vapor-deposited on the inclined end surface 4 and the surface of the inclined end surface 4 may be covered with an optical reflection film. Thereby, the light reflection efficiency at the inclined end surface 4 can be increased.

本実施形態例の光路変換素子1Aを使用することにより、シリコン基板2を剥離することなく傾斜端面4の直下に光素子、例えば面発光半導体レーザ素子、或いはフォトダイオードを実装することができる。従って、基板を光導波路から剥離したり、或いは光導波路の実装の際、光導波路の位置決めのために光導波路に基板を再接着したりする必要がないので、作製が簡便である。よって、低コストで小型な光配線を実現することができる。   By using the optical path conversion element 1A of this embodiment, an optical element, for example, a surface emitting semiconductor laser element or a photodiode can be mounted directly below the inclined end face 4 without peeling the silicon substrate 2. Therefore, it is not necessary to peel the substrate from the optical waveguide or to re-adhere the substrate to the optical waveguide for positioning the optical waveguide when mounting the optical waveguide, so that the fabrication is simple. Therefore, a small-sized optical wiring can be realized at low cost.

そして、本実施形態例の光路変換素子1Aを使用して、光導波路3Aの両端の傾斜端面4の直下に面発光型半導体レーザ素子とフォトダイオードを配置することにより光送受信ができる。すなわち、面発光半導体レーザ素子から出射した光は一方の傾斜端面4で光路変換されてコア6を伝搬され、このコア6を伝搬された光は他方の傾斜端面4で光路変換されてフォトダイオードに入射する。   Then, by using the optical path conversion element 1A of the present embodiment, by arranging the surface emitting semiconductor laser element and the photodiode directly below the inclined end faces 4 at both ends of the optical waveguide 3A, light transmission and reception can be performed. That is, the light emitted from the surface emitting semiconductor laser device is changed in optical path on one inclined end face 4 and propagates through the core 6, and the light propagated through the core 6 is changed in optical path on the other inclined end face 4 and is converted into a photodiode. Incident.

光路変換素子の第2の実施形態例
本実施形態例は本発明に係る光路変換素子の第2の実施の形態であって、図2及び図3は第2の実施の形態の光路変換素子の構成例を示し、図2(a)は側面図、図2(b)は上面図、図3は斜視図である。
Second Embodiment of Optical Path Conversion Element This embodiment is a second embodiment of the optical path conversion element according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 show the optical path conversion element of the second embodiment. 2A is a side view, FIG. 2B is a top view, and FIG. 3 is a perspective view.

第2の実施の形態の光路変換素子1Bは、シリコン基板2と光導波路3Bとを備える。シリコン基板2は基板の一例で、ガラス基板或いは有機基板であってもよい。光導波路3Bはシリコン基板2上、例えば一の面に形成され、両端部に傾斜端面4を備える。   The optical path conversion element 1B according to the second embodiment includes a silicon substrate 2 and an optical waveguide 3B. The silicon substrate 2 is an example of a substrate, and may be a glass substrate or an organic substrate. The optical waveguide 3B is formed on, for example, one surface of the silicon substrate 2 and has inclined end surfaces 4 at both ends.

シリコン基板2及び光導波路3Bは、ともに平板形状で、シリコン基板2の端面2aは、基板2の長手方向に直交する垂直な面として形成される。これに対して、光導波路3の傾斜端面4は、基板2の端面2aに対して外周りで90度以上180度以下の角度、例えば135度を成す角度θで形成される。換言すれば、傾斜端面4は、基板2の基板面2bの延長面に対して45度の角度で外向きに傾斜している。   Both the silicon substrate 2 and the optical waveguide 3B have a flat plate shape, and the end surface 2a of the silicon substrate 2 is formed as a vertical surface orthogonal to the longitudinal direction of the substrate 2. On the other hand, the inclined end face 4 of the optical waveguide 3 is formed at an angle of 90 ° or more and 180 ° or less, for example, 135 ° around the outer circumference with respect to the end face 2a of the substrate 2. In other words, the inclined end surface 4 is inclined outward at an angle of 45 degrees with respect to the extension surface of the substrate surface 2b of the substrate 2.

光導波路3Bは、クラッド7の内部に複数本のコア8が並列に延在する2次元光導波路である。コア8は、クラッド7より屈折率が0.1〜3.0%、好ましくは0.2〜3.0%程度大きい。そして、クラッド7とコア8は、ガラス系材料や高分子有機化合物樹脂等で形成される。例えば、クラッド7およびコア8を、上述したオキセタン樹脂から構成することが、光の伝搬効率を高めるために望ましい。   The optical waveguide 3 </ b> B is a two-dimensional optical waveguide in which a plurality of cores 8 extend in parallel inside the clad 7. The core 8 has a refractive index larger than that of the clad 7 by 0.1 to 3.0%, preferably by about 0.2 to 3.0%. The clad 7 and the core 8 are formed of a glass-based material, a high-molecular organic compound resin, or the like. For example, it is desirable that the clad 7 and the core 8 be made of the oxetane resin described above in order to increase the light propagation efficiency.

各コア8は互いが平行で、光導波路3Bの一方の傾斜端面4から他方の傾斜端面4まで延在し、各コア8の一方の端面及び他方の端面は、それぞれ傾斜端面4と同一面に露出して反射面8aが形成される。図示しないが、反射面8aが形成された傾斜端面4に例えばアルミニウムを蒸着して、傾斜端面4の表面を光学反射膜で被覆してもよい。これにより、傾斜端面4での光反射効率を高めることができる。   The cores 8 are parallel to each other and extend from one inclined end surface 4 of the optical waveguide 3B to the other inclined end surface 4. One end surface and the other end surface of each core 8 are flush with the inclined end surface 4, respectively. The exposed surface 8a is formed. Although not shown, for example, aluminum may be vapor-deposited on the inclined end surface 4 on which the reflection surface 8a is formed, and the surface of the inclined end surface 4 may be covered with an optical reflection film. Thereby, the light reflection efficiency at the inclined end surface 4 can be increased.

第2の実施の形態の光路変換素子1Bを使用することにより、各コア8の一方の反射面8aに対向して、一方の傾斜端面4の直下に発光素子として例えば複数の面発光半導体レーザ素子を配置することができる。また、各コア8の他方の反射面8aに対向して、他方の傾斜端面4の真下に受光素子として例えば複数のフォトダイオードを配置することができる。これにより、複数の発光素子と複数の受光素子を用いて光送受信ができる。   By using the optical path conversion element 1B of the second embodiment, for example, a plurality of surface emitting semiconductor laser elements as light emitting elements are provided just below one inclined end face 4 opposite one reflecting surface 8a of each core 8. Can be arranged. Further, for example, a plurality of photodiodes can be arranged as light receiving elements directly under the other inclined end face 4 in opposition to the other reflective surface 8a of each core 8. Thus, light transmission and reception can be performed using a plurality of light emitting elements and a plurality of light receiving elements.

光集積回路の実施形態例
本実施形態例は本発明に係る光集積回路の実施の形態の一例であって、図4は本実施の形態の光集積回路の構成例を示し、図4(a)は側面図、図4(b)は上面図である。
Embodiment of Optical Integrated Circuit This embodiment is an example of an embodiment of an optical integrated circuit according to the present invention, and FIG. 4 shows a configuration example of the optical integrated circuit of the present embodiment. ) Is a side view, and FIG. 4B is a top view.

本実施の形態の光集積回路11は、実装基板12と図2及び図3で説明した光路変換素子1Bを備える。光路変換素子1Bは、図2及び図3で説明したようにシリコン基板2と光導波路3Bとを備える。光導波路3Bはシリコン基板2上に形成され、両端部に傾斜端面4を備える。この傾斜端面4は、光導波路3Bの延在方向に対して例えば45度の角度で傾斜している。   The optical integrated circuit 11 of the present embodiment includes a mounting substrate 12 and the optical path conversion element 1B described with reference to FIGS. The optical path conversion element 1B includes the silicon substrate 2 and the optical waveguide 3B as described with reference to FIGS. The optical waveguide 3B is formed on the silicon substrate 2 and has inclined end faces 4 at both ends. The inclined end face 4 is inclined at an angle of, for example, 45 degrees with respect to the extending direction of the optical waveguide 3B.

光導波路3Bは、クラッド7の内部に複数本のコア8が並列に延在する2次元光導波路である。コア8は、クラッド7より屈折率が0.2〜3.0%程度大きい。そして、クラッド7とコア8は、ガラス系材料や高分子有機化合物樹脂等で形成される。例えば、クラッド7およびコア8を、上述したオキセタン樹脂から構成することが、光の伝搬効率を高めるために望ましい。   The optical waveguide 3 </ b> B is a two-dimensional optical waveguide in which a plurality of cores 8 extend in parallel inside the clad 7. The core 8 has a refractive index larger than the cladding 7 by about 0.2 to 3.0%. The clad 7 and the core 8 are formed of a glass-based material, a high-molecular organic compound resin, or the like. For example, it is desirable that the clad 7 and the core 8 be made of the oxetane resin described above in order to increase the light propagation efficiency.

各コア8は互いが平行で、光導波路3Bの一方の傾斜端面4から他方の傾斜端面4まで延在し、各コア8の一方の端面及び他方の端面は、それぞれ傾斜端面4と同一面に露出して反射面8aが形成される。図示しないが、反射面8aが形成された傾斜端面4に例えばアルミニウムを蒸着して、傾斜端面4の表面を光学反射膜で被覆してもよい。これにより、傾斜端面4での光反射効率を高めることができる。   The cores 8 are parallel to each other and extend from one inclined end surface 4 of the optical waveguide 3B to the other inclined end surface 4. One end surface and the other end surface of each core 8 are flush with the inclined end surface 4, respectively. The exposed surface 8a is formed. Although not shown, for example, aluminum may be vapor-deposited on the inclined end surface 4 on which the reflection surface 8a is formed, and the surface of the inclined end surface 4 may be covered with an optical reflection film. Thereby, the light reflection efficiency at the inclined end surface 4 can be increased.

実装基板12は、複数の面発光半導体レーザ素子13と複数のフォトダイオード14を備える。なお、本実施の形態では、例えば4個の面発光半導体レーザ素子13と4個のフォトダイオード14を備えるものとする。   The mounting substrate 12 includes a plurality of surface emitting semiconductor laser elements 13 and a plurality of photodiodes 14. In the present embodiment, for example, four surface emitting semiconductor laser elements 13 and four photodiodes 14 are provided.

各面発光半導体レーザ素子13は、発光面が実装基板12の一方の面側となるように実装される。そして、各面発光半導体レーザ素子13は、所定のピッチ、例えば250μmピッチで配置される。各フォトダイオード14は、受光面が基板12の一方の面側となるように実装される。そして、各フォトダイオード14は、面発光半導体レーザ素子13と同じピッチ、ここでは250μmピッチで配置される。また、各面発光半導体レーザ素子13の並びと各フォトダイオード14の並びは平行である。   Each surface emitting semiconductor laser element 13 is mounted such that the light emitting surface is on one side of the mounting substrate 12. The surface emitting semiconductor laser elements 13 are arranged at a predetermined pitch, for example, at a pitch of 250 μm. Each photodiode 14 is mounted such that the light receiving surface is on one side of the substrate 12. Each photodiode 14 is arranged at the same pitch as the surface emitting semiconductor laser element 13, here, at a pitch of 250 μm. The arrangement of the surface emitting semiconductor laser elements 13 and the arrangement of the photodiodes 14 are parallel.

この実装基板12の一方の面に光路変換素子1Bが取り付けられる。光路変換素子1Bは、光導波路3Bの一方の傾斜端面4の直下に各面発光半導体レーザ素子13が位置し、光導波路3Bの他方の傾斜端面4の直下に各フォトダイオード14が位置する大きさで構成される。   The optical path conversion element 1B is attached to one surface of the mounting board 12. In the optical path conversion element 1B, each surface emitting semiconductor laser element 13 is located directly below one inclined end face 4 of the optical waveguide 3B, and each photodiode 14 is located immediately below the other inclined end face 4 of the optical waveguide 3B. It consists of.

そして、一方の傾斜端面4に露出する各コア8の一方の反射面8aに各面発光半導体レーザ素子13が対向し、他方の傾斜端面4に露出する各コア8の他方の反射面8aにフォトダイオード14が対向する。   Then, each surface emitting semiconductor laser element 13 faces one reflection surface 8a of each core 8 exposed on one inclined end surface 4, and a photo is provided on the other reflection surface 8a of each core 8 exposed on the other inclined end surface 4. The diode 14 faces.

光路変換素子1Bの大きさの一例としては、コア8は縦40μm、横60μmの長方形の断面形状を有する。各コア8は、面発光半導体レーザ素子13及びフォトダイオード14のピッチと合わせて250μmピッチで並ぶ。また、光導波路3Bの長さは3cmである。さらに、コア8を挟んでシリコン基板2側のクラッド7の厚みは30μm、基板12側のクラッド7の厚みは30μmである。   As an example of the size of the optical path conversion element 1B, the core 8 has a rectangular cross-sectional shape of 40 μm in length and 60 μm in width. Each core 8 is arranged at a pitch of 250 μm in accordance with the pitch of the surface emitting semiconductor laser element 13 and the photodiode 14. The length of the optical waveguide 3B is 3 cm. Further, the thickness of the clad 7 on the silicon substrate 2 side is 30 μm with the core 8 interposed therebetween, and the thickness of the clad 7 on the substrate 12 side is 30 μm.

光集積回路11の動作を説明すると、各面発光半導体レーザ素子13は、図4(a)に実線の矢印で示すように、実装基板12の面に対して垂直方向にレーザ光を出射する。面発光半導体レーザ素子13から出射した光は光導波路3Bに入射し、コア8の一方の反射面8aで反射することで、光路が実装基板12の面と平行な方向に変換され、コア8の内部を全反射しながら伝搬される。コア8を伝搬された光は、他方の反射面8aで反射することで、光路が実装基板12の面に垂直な方向に変換され、フォトダイオード14に入射する。   The operation of the optical integrated circuit 11 will be described. Each surface-emitting semiconductor laser element 13 emits a laser beam in a direction perpendicular to the surface of the mounting substrate 12 as shown by a solid arrow in FIG. The light emitted from the surface emitting semiconductor laser element 13 enters the optical waveguide 3B, and is reflected by one of the reflection surfaces 8a of the core 8, whereby the optical path is converted to a direction parallel to the surface of the mounting substrate 12, and The light propagates while being totally reflected inside. The light propagating through the core 8 is reflected by the other reflection surface 8 a, whereby the light path is changed in a direction perpendicular to the surface of the mounting substrate 12 and enters the photodiode 14.

以上のように、本実施の形態の光集積回路11では、実装基板12に実装された面発光半導体レーザ素子13とフォトダイオード14の間で光送受信が行える。そして、光路変換素子1Bに複数本のコア8を備えることで、実装基板12に実装された複数の面発光半導体レーザ素子13と複数のフォトダイオード14の間で光送受信が行え、大容量の通信が可能となる。   As described above, in the optical integrated circuit 11 of the present embodiment, light transmission and reception can be performed between the surface emitting semiconductor laser element 13 mounted on the mounting substrate 12 and the photodiode 14. By providing a plurality of cores 8 in the optical path conversion element 1B, light transmission and reception can be performed between the plurality of surface-emitting semiconductor laser elements 13 mounted on the mounting substrate 12 and the plurality of photodiodes 14, so that large-capacity communication can be performed. Becomes possible.

また、光路変換素子1Bは光導波路3Bをシリコン基板2で支持しているので、光導波路3Bを補強するための部材を必要としない。よって、光集積回路11の構成を簡単なものとすることができる。   Further, since the optical path conversion element 1B supports the optical waveguide 3B with the silicon substrate 2, a member for reinforcing the optical waveguide 3B is not required. Therefore, the configuration of the optical integrated circuit 11 can be simplified.

なお、本実施形態例では、実装基板12に面発光半導体レーザ素子13とフォトダイオード14が直接実装される構成について説明したが、面発光半導体レーザ素子13とフォトダイオード14が独立した基板の実装され、各基板が1枚の基板に実装されるような構成であってもよい。   In the present embodiment, the configuration in which the surface emitting semiconductor laser element 13 and the photodiode 14 are directly mounted on the mounting substrate 12 has been described. However, the surface emitting semiconductor laser element 13 and the photodiode 14 are mounted on an independent substrate. Alternatively, the configuration may be such that each substrate is mounted on one substrate.

次に、上述した光集積回路をモデル化し、伝搬される光の損失及び隣接するコア間でのクロストークの有無を実験した例について説明する。図5は光集積回路の実験例を示す斜視図である。実験条件について説明すると、光路変換素子1Bとしては、シリコン基板2上にオキセタン樹脂からなる光導波路3Bを形成した。この光導波路3Bにおいて、一方の端面には反射面8aを有する45度に傾斜した傾斜端面4を形成し、この傾斜端面4の表面に厚み100nmのアルミニウムを蒸着して光学反射膜を形成した。光導波路3Bの他方の端面は垂直端面とした。   Next, an example will be described in which the above-described optical integrated circuit is modeled and experiments are conducted on the loss of propagated light and the presence or absence of crosstalk between adjacent cores. FIG. 5 is a perspective view showing an experimental example of the optical integrated circuit. Explaining the experimental conditions, an optical waveguide 3B made of oxetane resin was formed on a silicon substrate 2 as an optical path conversion element 1B. In this optical waveguide 3B, an inclined end face 4 inclined at 45 degrees and having a reflecting surface 8a was formed on one end face, and aluminum having a thickness of 100 nm was deposited on the surface of the inclined end face 4 to form an optical reflection film. The other end face of the optical waveguide 3B was a vertical end face.

オキセタン樹脂のコア8は、オキセタン樹脂のクラッド7よりも屈折率が1.6%大きくなる組成にて形成した。コア8の大きさは、横90μm、縦40μmからなり、長さは1cmとした。クラッド7の厚みは、シリコン基板2の側が30μm、光素子の側も30μmとした。   The oxetane resin core 8 was formed with a composition having a refractive index 1.6% larger than that of the oxetane resin clad 7. The size of the core 8 was 90 μm in width and 40 μm in length, and the length was 1 cm. The thickness of the clad 7 was 30 μm on the silicon substrate 2 side and 30 μm on the optical element side.

上述した光路変換素子1Bを、面発光半導体レーザ素子13を実装した図示しない基板に取り付けた。光路変換素子1Bの取り付け位置は、面発光半導体レーザ素子13に任意のコア8の反射面8aが対向する位置である。   The above-described optical path conversion element 1B was mounted on a substrate (not shown) on which the surface emitting semiconductor laser element 13 was mounted. The mounting position of the optical path conversion element 1B is a position where the reflecting surface 8a of an arbitrary core 8 faces the surface emitting semiconductor laser element 13.

以上の条件のもと、面発光半導体レーザ素子13から光を出射させると、面発光半導体レーザ素子13からの光は1本のコア8のみを伝搬し、周囲のクラッド7への染み出しや並列して存在するコア8へのクロストークは皆無であった。光導波路3Bの他方の端部の垂直端面をCCD(charge coupled device )を用いた測定機器で観察したところ、光がコア8に閉じ込められて伝搬される様子を確認できた。   When light is emitted from the surface emitting semiconductor laser element 13 under the above conditions, the light from the surface emitting semiconductor laser element 13 propagates through only one core 8 and seeps into the surrounding cladding 7 or is parallelized. There was no crosstalk to the existing core 8. When the vertical end face of the other end of the optical waveguide 3B was observed with a measuring instrument using a CCD (charge coupled device), it was confirmed that light was confined in the core 8 and propagated.

次に、上述した長さ1cmの光路変換素子1Bの損失を測定した。面発光半導体レーザ素子13から出射した光パワーと光導波路3Bの他方の垂直端面での光パワーの比を測定したところ、全体の損失は3.6dBであった。予備実験によりカットバック法で求めたオキセタン樹脂の光導波路の伝搬損失は0.5dB/cmであった。よって、全体損失から長さ1cmの光導波路3Bの損失0.5dBを引いた値3.1dBが、面発光半導体レーザ素子13からの光が反射面8aに入射するときの損失である。   Next, the loss of the above-described optical path conversion element 1B having a length of 1 cm was measured. When the ratio of the optical power emitted from the surface emitting semiconductor laser device 13 to the optical power at the other vertical end face of the optical waveguide 3B was measured, the total loss was 3.6 dB. The propagation loss of the oxetane resin optical waveguide determined by the cutback method in a preliminary experiment was 0.5 dB / cm. Therefore, a value of 3.1 dB, which is obtained by subtracting the loss of the optical waveguide 3B having a length of 1 cm of 0.5 dB from the total loss, is 3.1 dB, which is the loss when the light from the surface emitting semiconductor laser element 13 enters the reflecting surface 8a.

光路変換素子の第1の実施形態例の変形例
本実施形態例は第1の実施の形態の光路変換素子の変形例であって、図6は変形例の光路変換素子の構成を示す断面図である。
Modification of Optical Path Conversion Element of First Embodiment This embodiment is a modification of the optical path conversion element of the first embodiment , and FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of a modification of the optical path conversion element. It is.

本変形例の光路変換素子1Cは、図6に示すように、光導波路3Aから図1で説明したシリコン基板2を剥離して形成したものである。   As shown in FIG. 6, the optical path conversion element 1C of this modification is formed by peeling the silicon substrate 2 described in FIG. 1 from the optical waveguide 3A.

シリコン基板2から光導波路3Aを剥離できるようにするには、光路変換素子の形成時に、シリコン基板2上にポリイミドを形成した複合基板上にオキセタン樹脂による光導波路3Aを形成することにより、光導波路3Aが化学的にも物理的にもシリコン基板2に接着されないので、容易に剥離することができる。   The optical waveguide 3A can be peeled off from the silicon substrate 2 by forming the optical waveguide 3A of oxetane resin on a composite substrate formed of polyimide on the silicon substrate 2 at the time of forming the optical path conversion element. Since 3A is not chemically or physically bonded to the silicon substrate 2, it can be easily peeled off.

光路変換素子の第3の実施形態例
本実施形態例は本発明に係る光路変換素子の第3の実施の形態であって、図7は第3の実施の形態の光路変換素子の構成例を示す断面図である。
Third Embodiment of Optical Path Conversion Element This embodiment is a third embodiment of the optical path conversion element according to the present invention, and FIG. 7 shows a configuration example of the optical path conversion element of the third embodiment. FIG.

第3の実施の形態の光路変換素子1Dは、図7に示すように、光導波路3Cの一方の端面がシリコン基板2の端面2aの延長平面にある垂直端面15として形成されている。この光導波路3Cをシリコン基板2上に有することを除いて、第1の実施の形態の光路変換素子1Aと同じ構成を備えている。   In the optical path conversion element 1D of the third embodiment, as shown in FIG. 7, one end face of the optical waveguide 3C is formed as a vertical end face 15 which is an extension plane of the end face 2a of the silicon substrate 2. Except that the optical waveguide 3C is provided on the silicon substrate 2, it has the same configuration as the optical path conversion element 1A of the first embodiment.

第3の実施の形態の光路変換素子1Dでは、光導波路3Cの傾斜端面4の直下に面発光型半導体レーザ素子又はフォトダイオードを配置し、垂直端面15側に光ファイバ(図示せず)を光結合することにより、光送受信用に利用することができる。   In the optical path conversion device 1D according to the third embodiment, a surface-emitting type semiconductor laser device or a photodiode is arranged immediately below the inclined end surface 4 of the optical waveguide 3C, and an optical fiber (not shown) is connected to the vertical end surface 15 side. By coupling, it can be used for optical transmission and reception.

光路変換素子の第3の実施形態例の変形例
本実施形態例は第3の実施の形態の光路変換素子の変形例であって、図8は変形例の光路変換素子の構成を示す断面図である。
Modified Example of Third Embodiment of Optical Path Converting Element This embodiment is a modified example of the optical path changing element of the third embodiment , and FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of an optical path changing element of a modified example. It is.

本変形例の光路変換素子1Eは、図8に示すように、光導波路3Cから図7に示すシリコン基板2を剥離して形成したものである。   As shown in FIG. 8, the optical path conversion element 1E of this modification is formed by peeling the silicon substrate 2 shown in FIG. 7 from the optical waveguide 3C.

光路変換素子の作製方法の実施形態例
本実施形態例は本発明に係る光路変換素子の作製方法を上述の第1の実施の形態の光路変換素子1A或いは第2の実施の形態の光路変換素子1Bの作製に適用した実施形態の一例である。図9(a)から(c)は、それぞれ、本実施形態例の方法に従って光路変換素子を作製する際の各工程の断面図である。なお、以下の説明では、光路変換素子1Aに適用した例を説明する。
Embodiment of the method of manufacturing the optical path conversion element This embodiment is directed to the method of manufacturing the optical path conversion element according to the present invention by using the optical path conversion element 1A of the first embodiment or the optical path conversion element of the second embodiment. 1B is an example of an embodiment applied to the fabrication of 1B. FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views of respective steps when fabricating an optical path conversion element according to the method of the present embodiment. In the following description, an example in which the present invention is applied to the optical path conversion element 1A will be described.

先ず、図9(a)に示すように、シリコン基板2上に、オキセタン樹脂層を成膜し、続いて紫外線を照射して硬化させ、下部クラッド5を形成する。次いで、下部クラッド5上に、屈折率がクラッドより0.1〜3.0%程度大きいオキセタン樹脂層を成膜し、続いて紫外線を照射して硬化させ、コア6を形成する。更に、コア6上に、下部クラッド5と同じオキセタン樹脂層を成膜し、続いて紫外線を照射して硬化させ、上部クラッド5を形成する。   First, as shown in FIG. 9A, an oxetane resin layer is formed on a silicon substrate 2 and then cured by irradiating ultraviolet rays to form a lower clad 5. Next, an oxetane resin layer having a refractive index larger than that of the clad by about 0.1 to 3.0% is formed on the lower clad 5, and is then cured by irradiating ultraviolet rays to form the core 6. Further, the same oxetane resin layer as that of the lower clad 5 is formed on the core 6, and then cured by irradiating ultraviolet rays to form the upper clad 5.

これにより光導波路3Aをシリコン基板2上に積層した積層構造を形成することができる。なお、クラッド5およびコア6はガラス系材料でも良い。   Thus, a laminated structure in which the optical waveguide 3A is laminated on the silicon substrate 2 can be formed. The clad 5 and the core 6 may be made of a glass material.

次に、図9(b)に示すように、角度90度のV型ブレードを備えたダイシングソーを使ってシリコン基板2を、下部クラッド5との境界まで切削して、先端部が90度のV字状の切削溝16を形成する
次いで、一旦、切削を中止して、V型ブレードを切削溝16から離間させ、切削溝16から切削屑を洗浄、除去すると共に、V型ブレードに付着した切削屑を除去する。
Next, as shown in FIG. 9B, the silicon substrate 2 is cut to the boundary with the lower clad 5 using a dicing saw equipped with a V-shaped blade at an angle of 90 degrees, and the tip of the silicon substrate 2 is 90 degrees. Forming V-shaped cutting groove 16 Next, once cutting is stopped, the V-shaped blade is separated from the cutting groove 16, and the cutting chips are washed and removed from the cutting groove 16 and adhered to the V-shaped blade. Remove cutting debris.

ダイシング装置として、例えば粒径3μmのダイヤモンドを砥粒とするV型ブレードを備えたディスコ社製のダイシング装置を使用する。V型ブレードの寸法は、例えば厚みが300μmであり、中央より150μmの幅で45度に傾斜した傾斜面を有するブレードである。このようなブレードとして、例えばディスコ社製の型式MBT−1204、SD5000L25MT38、52×0.3×40×45°のブレード寸法のものを使用できる。   As the dicing apparatus, for example, a dicing apparatus manufactured by Disco Corporation equipped with a V-shaped blade using diamond having a particle diameter of 3 μm as abrasive grains is used. The dimension of the V-shaped blade is, for example, a blade having a thickness of 300 μm and a slope inclined at 45 degrees with a width of 150 μm from the center. As such a blade, for example, Disco Model MBT-1204, SD5000L25MT38, and blade dimensions of 52 × 0.3 × 40 × 45 ° can be used.

ダイシングする際には、光導波路3A上に紫外線剥離型粘着テープを貼着すると共に、ダイシング装置の真空引き型のチャックテーブルにテープ裏面を貼着して積層構造をダイシングソーに固定する。   At the time of dicing, an ultraviolet-peelable adhesive tape is stuck on the optical waveguide 3A, and the back surface of the tape is stuck to a vacuum-type chuck table of a dicing device to fix the laminated structure to a dicing saw.

本実施形態例では、基板厚さ620μmのシリコン基板2上に120μmの厚さの光導波路3Aを形成した後、回転速度30,000rpmで切削速度0.3mm/秒で切削した。尚、切削速度を0.3mm/秒にすると、平滑な傾斜端面4を形成できる。平滑な傾斜端面4を形成できれば光反射効率を高めることができる。   In the present embodiment, after forming the optical waveguide 3A having a thickness of 120 μm on the silicon substrate 2 having a substrate thickness of 620 μm, cutting was performed at a rotation speed of 30,000 rpm and a cutting speed of 0.3 mm / sec. When the cutting speed is 0.3 mm / sec, a smooth inclined end face 4 can be formed. If a smooth inclined end face 4 can be formed, the light reflection efficiency can be increased.

次いで、図9(c)に示すように、シリコン基板2を切削したV型ブレードを切削溝16に位置合わせし、シリコン基板2の切削条件と同じ条件で光導波路3Aを切削する。これにより、光信号の進行方向を変換する傾斜端面4を光導波路3Aの端面に形成することができる。   Next, as shown in FIG. 9C, the V-shaped blade obtained by cutting the silicon substrate 2 is aligned with the cutting groove 16, and the optical waveguide 3A is cut under the same conditions as those for cutting the silicon substrate 2. Thereby, the inclined end face 4 for changing the traveling direction of the optical signal can be formed on the end face of the optical waveguide 3A.

尚、シリコン基板2を切削した段階で一旦切削を中止して、シリコン基板2の切削屑を除去することなく、シリコン基板2の切削に引き続いて光導波路3Aを切削すると、光導波路3Aを切削する際、シリコン切削屑によって光導波路3Aの切削面が荒れて、平滑な傾斜端面を光導波路3Aに形成することができない。本実施形態例では、一旦、切削を中止して、V型ブレードを切削溝16から離間させ、切削溝16から切削屑を洗浄、除去すると共に、V型ブレードに付着した切削屑を除去し、次いで光導波路3Aの切削を行うという二段階切削を行うことにより、平滑な傾斜端面4を光導波路3Aに形成することができる。   In addition, when the cutting is stopped once at the stage of cutting the silicon substrate 2 and the optical waveguide 3A is cut following the cutting of the silicon substrate 2 without removing the cutting chips of the silicon substrate 2, the optical waveguide 3A is cut. At this time, the cutting surface of the optical waveguide 3A is roughened by silicon cuttings, and a smooth inclined end face cannot be formed on the optical waveguide 3A. In the present embodiment, the cutting is temporarily stopped, the V-shaped blade is separated from the cutting groove 16, the cutting chips are washed and removed from the cutting groove 16, and the cutting chips attached to the V-shaped blade are removed. Then, by performing the two-stage cutting in which the optical waveguide 3A is cut, a smooth inclined end face 4 can be formed in the optical waveguide 3A.

光集積回路の作製方法の実施形態例
本実施形態例は本発明に係る光集積回路の作製方法の実施形態の一例であって、図10は本実施の形態の光集積回路の作製方法例を示し、図10(a)は側面図、図10(b)は上面図である。
Embodiment of the method for manufacturing an optical integrated circuit This embodiment is an example of an embodiment of a method for manufacturing an optical integrated circuit according to the present invention, and FIG. 10 shows an example of a method for manufacturing an optical integrated circuit according to the present embodiment. 10A is a side view, and FIG. 10B is a top view.

まず、図9で説明した工程により、図2及び図3で説明した光路変換素子1Bが作製される。すなわち、シリコン基板2上にオキセタン樹脂等によりクラッド7及びコア8を有する光導波路3Bを形成する。そして、V型ブレードを用いて、光導波路3Bの両端に反射面8aを有する傾斜端面4を形成する。   First, the optical path conversion element 1B described with reference to FIGS. 2 and 3 is manufactured through the steps described with reference to FIG. That is, the optical waveguide 3B having the clad 7 and the core 8 is formed on the silicon substrate 2 with oxetane resin or the like. Then, an inclined end face 4 having reflection surfaces 8a at both ends of the optical waveguide 3B is formed using a V-shaped blade.

また、図示しない工程により、面発光半導体レーザ素子13およびフォトダイオード14が実装された実装基板12が作製される。この実装基板12を作製する工程では、面発光半導体レーザ素子13およびフォトダイオード14と実装基板12を電気的に接続するための半田付けの作業が行われる。また、実装基板12には、光路変換素子1Bの位置合わせをするため、図10(b)に示すように、位置目標としてマーカー17が備えられる。マーカー17は、例えば、実装基板12の一方の面に、光路変換素子1Bの4箇所の角の実装位置を示す印を予め付したものである。なお、図10(b)では、光路変換素子1Bの外形を一点差線で図示している。   Further, the mounting substrate 12 on which the surface emitting semiconductor laser element 13 and the photodiode 14 are mounted is manufactured by a process not shown. In the step of manufacturing the mounting substrate 12, a soldering operation for electrically connecting the surface emitting semiconductor laser element 13 and the photodiode 14 to the mounting substrate 12 is performed. Further, as shown in FIG. 10B, the mounting substrate 12 is provided with a marker 17 as a position target for positioning the optical path conversion element 1B. The marker 17 is, for example, one in which marks indicating mounting positions of four corners of the optical path conversion element 1B are previously attached to one surface of the mounting substrate 12. In FIG. 10B, the outer shape of the optical path conversion element 1B is shown by a dashed line.

上述したように、面発光半導体レーザ素子13およびフォトダイオード14が実装された実装基板12に対して、光路変換素子1Bを図示しないハンドリング装置で保持して取り付ける。光路変換素子1Bを取り付ける際には、図示しないがCCDを備えた測定装置でマーカー17と光路変換素子1Bの位置を確認しながら、マーカー17に光路変換素子1Bの位置を合わせて取り付ける。このような実装方法をパッシブアライメントと呼ぶ。なお、光路変換素子1Bの固定は、例えば接着剤を用いて行われる。   As described above, the optical path conversion element 1B is held and attached to the mounting substrate 12 on which the surface emitting semiconductor laser element 13 and the photodiode 14 are mounted by a handling device (not shown). When attaching the optical path conversion element 1B, the position of the optical path conversion element 1B is aligned with the marker 17 while checking the positions of the marker 17 and the optical path conversion element 1B with a measuring device (not shown) equipped with a CCD. Such a mounting method is called passive alignment. The optical path conversion element 1B is fixed using, for example, an adhesive.

以上の工程で、図4に示す光集積回路11が作製される。さて、本実施形態例の光路変換素子1は、シリコン基板2で光導波路3を支持しているので、半導体製造プロセスで用いられるハンドリング装置等を用いて実装作業を行える。よって、パッシブアライメント実装が可能となる。   Through the above steps, the optical integrated circuit 11 shown in FIG. 4 is manufactured. Now, since the optical path conversion element 1 of the present embodiment supports the optical waveguide 3 with the silicon substrate 2, the mounting operation can be performed using a handling device used in a semiconductor manufacturing process. Therefore, passive alignment mounting becomes possible.

また、半田付け作業の終了した実装基板12に対して光路変換素子1を実装するので、光路変換素子1を実装した後の実装基板2に熱を加える工程を無くすことができる。よって、光路変換素子1に熱が加わることがないので、オキセタン樹脂等の高分子系樹脂を用いて光導波路3を形成することができる。   Further, since the optical path conversion element 1 is mounted on the mounting substrate 12 on which the soldering operation has been completed, a step of applying heat to the mounting substrate 2 after mounting the optical path conversion element 1 can be eliminated. Therefore, since no heat is applied to the optical path conversion element 1, the optical waveguide 3 can be formed using a polymer resin such as oxetane resin.

さらに、実装基板上に直接光導波路を形成する作製方法では、一般的に実装基板の平坦化工程が必要であるが、光素子を形成した実装基板を平坦化するのは難しく、実装基板上に形成された光導波路は波打ったような状態になる。これに対して、本実施形態例では、光導波路3がシリコン基板2で支持される構成で、シリコン基板2には他の素子が実装されないので、平坦化が容易であることから、所望の平坦さを有する光導波路3を形成できる。そして、光導波路3がシリコン基板2で支持されることから、実装基板の平坦化は不要である。   Furthermore, in a manufacturing method of forming an optical waveguide directly on a mounting substrate, a flattening step of the mounting substrate is generally required, but it is difficult to flatten the mounting substrate on which the optical element is formed. The formed optical waveguide is in a wavy state. On the other hand, in the present embodiment, the optical waveguide 3 is supported by the silicon substrate 2, and other elements are not mounted on the silicon substrate 2. The optical waveguide 3 having a thickness can be formed. Since the optical waveguide 3 is supported by the silicon substrate 2, the flattening of the mounting substrate is unnecessary.

なお、上述した各実施形態例では、平面型光導波路を例に挙げて説明しているが、本発明に係る光路変換素子の光導波路の段数は一段に限る必要はなく、板状のコア6を有する光導波路3Aや、複数本のコア8が並列した光導波路3Bを積層した多段の光導波路からなる3次元光導波路でも良い。   In each of the above embodiments, the planar optical waveguide is described as an example. However, the number of optical waveguides in the optical path conversion element according to the present invention is not limited to one, and the plate-shaped core 6 Or a three-dimensional optical waveguide composed of a multistage optical waveguide in which an optical waveguide 3B in which a plurality of cores 8 are arranged in parallel is stacked.

本発明は、基板に光素子を実装して光を伝達手段とする光インタコネクションに適用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to an optical interconnection in which an optical element is mounted on a substrate and light is transmitted.

第1の実施の形態の光路変換素子の構成例を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of the optical path conversion element according to the first embodiment. 第2の実施の形態の光路変換素子の構成例を示し、図2(a)は側面図、図2(b)は上面図である。FIG. 2A is a side view and FIG. 2B is a top view showing a configuration example of an optical path conversion element according to a second embodiment. 第2の実施の形態の光路変換素子の構成例を示す斜視図である。It is a perspective view showing the example of composition of the optical path conversion element of a 2nd embodiment. 本実施の形態の光集積回路の構成例を示し、図4(a)は側面図、図4(b)は上面図である。4A and 4B show a configuration example of an optical integrated circuit according to the present embodiment. FIG. 4A is a side view, and FIG. 4B is a top view. 光集積回路の実験例を示す斜視図である。It is a perspective view showing an example of an experiment of an optical integrated circuit. 第1の実施の形態の光路変換素子の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the optical path conversion element of 1st Embodiment. 第3の実施の形態の光路変換素子の構成例を示す説明図である。It is an explanatory view showing the example of composition of the optical path conversion element of a 3rd embodiment. 第3の実施の形態の光路変換素子の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the optical path conversion element of 3rd Embodiment. 実施形態例の方法に従って光路変換素子を作製する際の各工程の断面図である。It is sectional drawing of each process at the time of manufacturing an optical path conversion element according to the method of the embodiment. 本実施の形態の光集積回路の作製方法例を示し、図10(a)は側面図、図10(b)は上面図である。FIGS. 10A and 10B are a side view and a top view, respectively, illustrating an example of a method for manufacturing an optical integrated circuit of this embodiment. 特開平10−300961号公報に掲載された従来の光路変換素子の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a conventional optical path conversion element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-30961.

符号の説明Explanation of reference numerals

1A〜1E・・・光路変換素子、2・・・シリコン基板、3A〜3C・・・光導波路、4・・・傾斜端面、5・・・クラッド、6・・・コア、7・・・クラッド、8・・・コア、8a・・・反射面、11・・・光集積回路、12・・・実装基板、13・・・面発光半導体レーザ素子、14・・・フォトダイオード、15・・・垂直端面、16・・・切削溝、17・・・マーカー
Reference numerals 1A to 1E: optical path conversion element, 2: silicon substrate, 3A to 3C: optical waveguide, 4: inclined end face, 5: clad, 6: core, 7: clad , 8: core, 8a: reflective surface, 11: optical integrated circuit, 12: mounting substrate, 13: surface emitting semiconductor laser element, 14: photodiode, 15 ... Vertical end face, 16: Cutting groove, 17: Marker

Claims (22)

基板と、
前記基板上に形成され、前記基板の端面に対して外回りで90度以上180度以下の角度をなす傾斜端面を少なくとも一方の端面に有する光導波路と
を備えていることを特徴とする光路変換素子。
Board and
An optical waveguide formed on the substrate and having an inclined end surface at an angle of 90 degrees or more and 180 degrees or less with respect to an end surface of the substrate on at least one end surface thereof. .
前記光導波路はクラッド及びコアを有し、前記コアの端面が前記傾斜端面と同一面に露出して反射面が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光路変換素子。   The optical path conversion element according to claim 1, wherein the optical waveguide has a clad and a core, and an end surface of the core is exposed to the same surface as the inclined end surface to form a reflection surface. 前記光導波路は、前記クラッドの内部に複数本の前記コアが並列に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光路変換素子。   The optical path conversion element according to claim 1, wherein the optical waveguide has a plurality of cores formed in parallel inside the cladding. 前記光導波路のクラッド及びコアが、それぞれ、高分子有機化合物で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光路変換素子。   The optical path conversion element according to claim 1, wherein the cladding and the core of the optical waveguide are each formed of a high-molecular organic compound. 前記光導波路のクラッド及びコアが、それぞれ、ガラス系材料で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光路変換素子。   The optical path conversion device according to claim 1, wherein the cladding and the core of the optical waveguide are each formed of a glass-based material. 前記基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項1に記載の光路変換素子。   The optical path conversion device according to claim 1, wherein the substrate is a silicon substrate. 前記傾斜端面が光学反射膜で被覆されていることを特徴とする請求項1に記載の光路変換素子。   The optical path conversion element according to claim 1, wherein the inclined end surface is covered with an optical reflection film. 前記光導波路が平面型光導波路であることを特徴とする請求項1に記載の光路変換素子。   The optical path conversion device according to claim 1, wherein the optical waveguide is a planar optical waveguide. 前記光導波路は、
オキセタン環を有するオキセタン化合物と、
オキシラン環を有するオキシラン化合物と、
連鎖反応によりオキセタン化合物の重合を開始させるカチオン重合開始剤とを含み、
エネルギービームを照射することにより硬化する樹脂成分からなるオキセタン樹脂であることを特徴とする請求項1に記載の光路変換素子。
The optical waveguide includes:
An oxetane compound having an oxetane ring,
An oxirane compound having an oxirane ring,
A cationic polymerization initiator that initiates polymerization of the oxetane compound by a chain reaction,
The optical path conversion device according to claim 1, wherein the oxetane resin is a oxetane resin made of a resin component that is cured by irradiation with an energy beam.
基板上に光導波路を形成する工程と、
V型ブレードを用いて前記基板を切削して前記光導波路に達する切削溝を形成し、次いで切削を一旦中止する工程と、
前記切削溝及び前記V型ブレードから切削屑を除去する工程と、
次いで前記切削溝に前記V型ブレードを位置合わせし、続いて切削を再開して、前記光導波路を切削する工程と
を有することを特徴とする光路変換素子の作製方法。
Forming an optical waveguide on the substrate;
Cutting the substrate using a V-shaped blade to form a cutting groove reaching the optical waveguide, and then temporarily stopping the cutting;
Removing cutting chips from the cutting groove and the V-shaped blade;
Then, aligning the V-shaped blade with the cutting groove, restarting the cutting, and cutting the optical waveguide, to cut the optical waveguide.
前記基板としてシリコン基板を用い、前記光導波路のクラッド及びコアをそれぞれ高分子有機化合物で形成することを特徴とする請求項10に記載の光路変換素子の作製方法。   The method according to claim 10, wherein a silicon substrate is used as the substrate, and the cladding and the core of the optical waveguide are each formed of a high-molecular organic compound. 前記基板としてシリコン基板を用い、前記光導波路のクラッド及びコアをそれぞれガラス系材料で形成することを特徴とする請求項10に記載の光路変換素子の作製方法。   The method according to claim 10, wherein a silicon substrate is used as the substrate, and the cladding and the core of the optical waveguide are each formed of a glass-based material. 前記V型ブレードによる切削加工では、ダイシングソーを用いることを特徴とする請求項10に記載の光路変換素子の作製方法。   The method according to claim 10, wherein a dicing saw is used in the cutting with the V-shaped blade. 前記V型ブレードとして平均粒径が1〜10μmのダイヤモンド粒を有するダイヤモンドブレードを用いることを特徴とする請求項13に記載の光路変換素子の作製方法。   14. The method according to claim 13, wherein a diamond blade having diamond particles having an average particle diameter of 1 to 10 [mu] m is used as the V-shaped blade. 基板上に光導波路が形成された光路変換素子と、
光素子が実装された実装基板とを備え、
前記光路変換素子は、前記基板の端面に対して外回りで90度以上180度以下の角度をなす傾斜端面を、前記光導波路の少なくとも一方の端面に有し、前記光導波路はクラッド及びコアを有して、前記コアの端面が前記傾斜端面と同一面に露出して反射面が形成され、
前記反射面が前記光素子と対向する位置で、前記実装基板の一の面に前記光路変換素子が取り付けられた
ことを特徴とする光集積回路。
An optical path conversion element having an optical waveguide formed on a substrate,
A mounting board on which the optical element is mounted,
The optical path conversion element has, on at least one end surface of the optical waveguide, an inclined end surface that forms an angle of 90 degrees or more and 180 degrees or less with respect to an end surface of the substrate, and the optical waveguide has a clad and a core. The end surface of the core is exposed to the same surface as the inclined end surface to form a reflection surface,
The optical integrated circuit, wherein the optical path conversion element is mounted on one surface of the mounting substrate at a position where the reflection surface faces the optical element.
前記光素子として、前記実装基板の面に対して垂直方向に光を出射する面発光素子と、前記実装基板の面に対して垂直方向からの光を入射する受光素子とを備え、
前記光路変換素子は、前記光導波路の両端に、前記反射面が形成された前記傾斜端面を備え、
一方の前記傾斜端面の前記反射面に対向して前記面発光素子が配置され、他方の前記傾斜端面の前記反射面に対向して前記受光素子が配置された
ことを特徴とする請求項15に記載の光集積回路。
As the optical element, a surface light emitting element that emits light in a direction perpendicular to the surface of the mounting substrate, and a light receiving element that receives light from the direction perpendicular to the surface of the mounting substrate,
The optical path conversion element includes, at both ends of the optical waveguide, the inclined end surface on which the reflection surface is formed,
16. The light-emitting device according to claim 15, wherein the surface light-emitting element is disposed to face the reflection surface of one of the inclined end surfaces, and the light-receiving element is disposed to face the reflection surface of the other inclined end surface. An optical integrated circuit as described in the above.
前記光導波路は、前記クラッドの内部に複数本の前記コアが並列に形成されていることを特徴とする請求項15に記載の光集積回路。   16. The optical integrated circuit according to claim 15, wherein the optical waveguide has a plurality of cores formed in parallel inside the clad. 前記反射面が形成された前記傾斜端面が光学反射膜で被覆されていることを特徴とする請求項15に記載の光集積回路。   The optical integrated circuit according to claim 15, wherein the inclined end surface on which the reflection surface is formed is covered with an optical reflection film. 前記クラッド及び前記コアが、それぞれ、高分子有機化合物で形成されていることを特徴とする請求項15に記載の光集積回路。   The optical integrated circuit according to claim 15, wherein the clad and the core are each formed of a high molecular organic compound. 前記クラッド及び前記コアは、
オキセタン環を有するオキセタン化合物と、
オキシラン環を有するオキシラン化合物と、
連鎖反応によりオキセタン化合物の重合を開始させるカチオン重合開始剤とを含み、
エネルギービームを照射することにより硬化する樹脂成分からなるオキセタン樹脂であることを特徴とする請求項15に記載の光集積回路。
The cladding and the core,
An oxetane compound having an oxetane ring,
An oxirane compound having an oxirane ring,
A cationic polymerization initiator that initiates polymerization of the oxetane compound by a chain reaction,
The optical integrated circuit according to claim 15, wherein the optical integrated circuit is an oxetane resin made of a resin component that is cured by irradiation with an energy beam.
基板上に光導波路が形成され、前記光導波路の少なくとも一方の端面に、前記基板の端面に対して外回りで90度以上180度以下の角度をなす傾斜端面が形成された光路変換素子を、光素子が実装された実装基板に位置合わせして取り付ける工程を有することを特徴とする光集積回路の作製方法。   An optical path conversion element in which an optical waveguide is formed on a substrate, and at least one end surface of the optical waveguide has an inclined end surface that forms an angle of 90 ° or more and 180 ° or less with respect to the end surface of the substrate, A method for manufacturing an optical integrated circuit, comprising a step of aligning and mounting a device on a mounting board on which an element is mounted. 前記光路変換素子は、前記実装基板に付された位置目標を基準に位置合わせが行われる
ことを特徴とする請求項21に記載の光集積回路の作製方法。
22. The method of manufacturing an optical integrated circuit according to claim 21, wherein the optical path conversion element is aligned with reference to a position target attached to the mounting substrate.
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