JP2004310066A - Optical element assembly and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】光の入出射面の寸法(縦又は横あるいは直径)が10μm程度以下の微小な光素子にこれと光結合すべき光部品を簡易にかつ高精度に位置合わせすることを可能とする。
【解決手段】
単結晶シリコンのプラットフォーム11にV溝12が、結晶異方性ウエットエッチングにより形成され、そのV溝12の中間部に光素子チップ21の凸部が嵌め合わされて取付けられる。単結晶シリコンウエハに対し異方性ウエットエッチングにより多数の四角錐台形の凸部が縦横に配列形成され、これら各凸部の突出面にフォトニック結晶よりなるフィルタ素子が、光素子として形成され、その後光素子ごとにウエハが分割されて上記光素子チップ21が作成される。チップ21の両側でV溝12に光ファイバ31及び32がそれぞれ配置されると、これら光ファイバのコアと光素子の光入出射面が一直線上に位置する
【選択図】 図4An optical component to be optically coupled to a small optical element having a light entrance / exit surface dimension (length, width, or diameter) of about 10 μm or less can be easily and accurately positioned. .
[Solution]
A V-groove 12 is formed on a single-crystal silicon platform 11 by crystal anisotropic wet etching, and a convex portion of an optical element chip 21 is fitted and attached to an intermediate portion of the V-groove 12. A large number of truncated quadrangular pyramids are formed vertically and horizontally on the single-crystal silicon wafer by anisotropic wet etching, and a filter element made of a photonic crystal is formed as an optical element on the protruding surface of each of these projections. Thereafter, the wafer is divided for each optical element, and the optical element chips 21 are formed. When the optical fibers 31 and 32 are respectively arranged in the V-grooves 12 on both sides of the chip 21, the cores of these optical fibers and the light input / output surface of the optical element are located on a straight line.
Description
この発明は例えば光通信等の分野において用いられ、フォトニック結晶光素子のごとき微小な光素子と光ファイバ等の光部品との高精度な位置合わせを可能とする光素子のアセンブリ及びその製造方法に関する。 The present invention is used, for example, in the field of optical communication and the like, and an optical element assembly and a method for manufacturing the same that enable highly accurate alignment between a micro optical element such as a photonic crystal optical element and an optical component such as an optical fiber. About.
光通信の分野において、光の波長程度の周期で屈折率が変化する人工結晶材料(フォトニック結晶)が注目されている。フォトニック結晶を用いると、従来は不可能であった高度な光制御機能素子、例えば低損失急激曲げ光導波路、低しきい値レーザ、波長分割多重素子等を、一辺100μm以下の大きさで実現できると期待されている。微細加工技術の急速な発展に伴って、光通信波長帯で動作する、3次元のフォトニック結晶や2次元フォトニック結晶を用いた超小型光素子の試作が報告されるようになった。
2次元フォトニック結晶を用いた光素子の代表例として、スラブ型フォトニック結晶光導波路がある。スラブ型フォトニック結晶は、薄膜状の高屈折率材質の中に2次元周期的な空孔を配列した構造のものと、高屈折率材料の柱が低屈折率材料の中に2次元周期的に配列された構造のものが典型的で、共に特定の周期条件を満たすとフォトニックバンドギャップが生ずる。周期構造の中に空孔または柱の配列がない部分、つまり結晶欠陥を導入すると、その部分のみを光が伝搬する光の導波路ができる。そのため、低損失の超小型光導波路を実現する方法として有望視されている。
2. Description of the Related Art In the field of optical communication, an artificial crystal material (photonic crystal) whose refractive index changes at a period of about the wavelength of light has attracted attention. By using photonic crystals, advanced optical control function elements, such as low-loss sharp-bending optical waveguides, low-threshold lasers, and wavelength-division multiplexing elements, which were impossible in the past, can be realized with a size of 100 μm or less on each side. It is expected to be possible. With the rapid development of microfabrication technology, trial production of ultra-small optical devices using a three-dimensional photonic crystal or a two-dimensional photonic crystal operating in an optical communication wavelength band has been reported.
A typical example of an optical device using a two-dimensional photonic crystal is a slab-type photonic crystal optical waveguide. The slab type photonic crystal has a structure in which two-dimensional periodic holes are arranged in a thin film-like high-refractive index material, and two-dimensional periodic holes are formed in a high-refractive index material in a low-refractive index material. Are typical, and a photonic band gap occurs when both satisfy a specific periodic condition. When a portion having no arrangement of holes or columns, that is, a crystal defect is introduced into the periodic structure, a light waveguide in which light propagates only in that portion is formed. Therefore, it is considered promising as a method for realizing a low-loss micro optical waveguide.
しかしながら、このようなスラブ型フォトニック結晶光導波路の光入出射面の大きさ(厚さ)は1μm以下程度と光ファイバのコア径(単一モードで4〜10μm程度)に比べて小さいため、光ファイバとの高精度な位置合わせが難しく、高効率な光入力が困難である。また、高屈折率材料に周期的な空孔を配列したフォトニック結晶光導波路の場合は空気中から高屈折率材料に光を入射させるため、その入射面での反射率が高く、結合損失が大きい。
以上のように、フォトニック結晶を用いた光素子は超小型であることが大きな利点であるが、実際にフォトニック結晶を光素子として利用するために不可欠となる信号伝送用光ファイバや微小レンズ等の光部品との簡便で有効な結合方法や結合損失を小さくする方法の検討はほとんど行われていないのが現状である。
However, the size (thickness) of the light input / output surface of such a slab type photonic crystal optical waveguide is about 1 μm or less, which is smaller than the core diameter of the optical fiber (about 4 to 10 μm in a single mode). It is difficult to perform high-precision alignment with an optical fiber, and it is difficult to input light with high efficiency. In addition, in the case of a photonic crystal optical waveguide in which periodic holes are arranged in a high-refractive-index material, since light is incident on the high-refractive-index material from the air, the reflectance at the incident surface is high, and coupling loss is reduced. large.
As described above, an optical element using a photonic crystal has a great advantage in that it is ultra-small. However, signal transmission optical fibers and microlenses are indispensable for actually using a photonic crystal as an optical element. At present, almost no studies have been made on a simple and effective coupling method with an optical component such as the above or a method for reducing the coupling loss.
従来から光素子と、光ファイバなどの光部品とを高精度に光結合する方法として単結晶シリコン基板に形成されたV溝構造を用いる手法が広く利用されている。単結晶シリコンにおいてはその結晶方位によるエッチング特性の異方性を利用した、いわゆる単結晶シリコン異方性エッチングによりV溝を簡単に形成することができる。その単純な例では単結晶シリコン基板のV溝に光ファイバの一端部を固定し、単結晶シリコン基板から光ファイバが導出されている側と反対側のV溝が形成されていない部分上に半導体レーザなどの光素子を直接固定して光ファイバと光素子との位置合わせを行う方法が例えば、特許文献1に示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a method using a V-groove structure formed in a single crystal silicon substrate has been widely used as a method for optically coupling an optical element and an optical component such as an optical fiber with high precision. In single-crystal silicon, V-grooves can be easily formed by so-called single-crystal silicon anisotropic etching utilizing anisotropy of etching characteristics depending on the crystal orientation. In a simple example, one end of the optical fiber is fixed to the V-groove of the single-crystal silicon substrate, and the semiconductor is placed on a portion where the V-groove is not formed on the side opposite to the side where the optical fiber is led out from the single-crystal silicon substrate. A method of aligning an optical fiber and an optical element by directly fixing an optical element such as a laser is disclosed in
また例えば特許文献2に示す方法もある。
この方法を簡単に述べる。単結晶シリコンのウエハの主面を結晶面(100)又は(110)とし、フォトリソグラフィ、その後のエッチング技術を用い、単結晶シリコンの結晶方位を利用した異方性エッチングにより、同一大きさの方形凹部を多数縦横に配列形成し、この各方形凹部の内面形状は、四角錐台形を逆さにした外形と同様になっており、その各方形凹部の中心を縦、横に切るように、ウエハをダイシング切断して図1中に示す光素子キャリア1を多数個作る。光素子キャリア1の図1において底面には、前記異方性エッチングによる方形凹部の形成に基づく、十字型突起2が形成され、その十字型突起2の各側面は、異方性エッチングによる高い精度のテーパ面となっており、つまり十字型突起2はその突出端面(前記ウエハの主面)に近づくに従って幅狭となっている。この光素子キャリア1の1側面(前記ウエハの厚み部分)に光半導体素子3が取付けられる。
Also, for example, there is a method disclosed in
This method is briefly described. The main surface of the single crystal silicon wafer is a crystal plane (100) or (110), and the same size square is formed by photolithography and subsequent anisotropic etching using the crystal orientation of the single crystal silicon using an etching technique. A large number of recesses are arrayed vertically and horizontally, and the inner surface shape of each square recess is the same as the outer shape of the inverted truncated pyramid, and the wafer is cut vertically and horizontally so that the center of each square recess is cut off. By dicing, many
単結晶シリコンプラットフォーム4に十字型V溝5と、その一方溝の延長線上に、この溝より小さいファイバ用V溝6とが、同様に単結晶シリコン異方性エッチングによりそれぞれ形成される。十字型V溝5とファイバ用V溝6との間にこれらと連通した方形溝7が直角に形成される。なおこのプラットフォームも、単結晶シリコンウエハを用いて多数個を同様の手法により同時に形成する。このプラットフォーム4の十字型V溝5にキャリア1の十字型突起2が嵌め合わせられて取付けられ、ファイバ用V溝6に光ファイバ8が位置決めされて取付られる。十字型突起2と十字型V溝5は高い寸法精度を有しており、その機械的精度を利用してプラットフォーム4にキャリア1を著しく精度よく配置することが可能となる。従ってキャリア1に取付けられた光半導体素子3は、V溝6に配置された光ファイバ8のコアとの光結合が良好に行われる。
A cross-shaped V-
しかし、前記特許文献1の方法は光素子を、V溝基板に対し、また特許文献2の方法はキャリアに対し、いずれもそれぞれ取付けられるべき側に予め形成したマーカを利用して視覚的にフリップチップボンディングなどの方法で固定される。そのため、位置合わせ精度はこの際のボンディング精度に依存し、異方性エッチングにより形成されるV溝や凹凸構造(突起・溝)の嵌せ合わせ精度より悪くなる。
一方、この問題を避ける方法として、単結晶シリコン基板の一部にV溝が形成され、その基板のV溝が形成されていない部分上に、V溝の一端と一端が対向した光導波路を直接成膜形成することにより、微細加工精度での位置合わせを可能とすることが例えば特許文献3に示されている。
However, the method of
On the other hand, as a method for avoiding this problem, an optical waveguide in which a V-groove is formed in a part of a single crystal silicon substrate and one end of the V-groove faces directly on a portion of the substrate where the V-groove is not formed. For example,
フォトニック結晶素子のような微小な光素子は、特許文献1及び2に示す方法で実装することはまず困難であり、実装できたとしても上述したように位置合わせ精度がボンディング精度に依存する問題がある。一方、特許文献3に示す方法で直接V溝基板にフォトニック結晶素子のような微小な光素子を作り込むと、V溝基板全体に対する微小光素子部分の割合が非常に小さくなり、コストが高くなる。つまりこの方法は微小光素子を多数一括して基板上に作製した後、個々に切り出し、分割して利用するような技術を利用できないため、一括大量生産によるコストダウンを図ることができず、光素子が微小であることの利点を生かせない。
この発明の目的は光の入出射面の寸法(縦又は横あるいは直径)が10μm程度以下の微小な光素子にこれと光結合すべき光部品を簡易にかつ高精度に位置合わせすることを可能とし、かつその微小な光素子を一括大量生産可能とする光素子アセンブリ及びその製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to easily and accurately align an optical component to be optically coupled to a small optical element having a light entrance / exit surface dimension (length, width, or diameter) of about 10 μm or less. It is another object of the present invention to provide an optical element assembly and a method of manufacturing the optical element assembly, which enable mass production of the minute optical element.
この発明の光素子アセンブリにおいては、光素子チップがプラットフォームの素子取付け部に取付けられ、光素子チップのチップ本体の一面に凸部又は凹部が形成され、その凸部の突出端面又は凹部の底面に光素子が形成され、上記光素子チップはその凸部又は凹部と上記素子取付け部との嵌め合わせによりプラットフォームに取付けられ、この取付けにより上記光素子の、プラットフォームの光素子チップ取付け面(以下実装面という)に対する位置決めがなされ、プラットフォームの上記実装面には、光部品が位置決めされて取付けられ、光素子とその光部品とを光結合させる部品用凹部が形成されている。 In the optical element assembly according to the present invention, the optical element chip is mounted on the element mounting portion of the platform, and a convex portion or a concave portion is formed on one surface of the chip main body of the optical element chip. An optical element is formed, and the optical element chip is mounted on the platform by fitting the convex or concave portion of the optical element chip with the element mounting section. With this mounting, the optical element chip mounting surface of the platform (hereinafter, mounting surface) The optical component is positioned and mounted on the mounting surface of the platform, and a component recess for optically coupling the optical element and the optical component is formed.
この発明の製造方法によれば、ウエハの一面に、その面を基準として所定の高さ又は深さの凸部又は凹部を、リソグラフィ技術及びその後のエッチング技術により、縦横に多数配列形成し、これら各凸部の突出端面又は凹部の底面に光素子をそれぞれ形成し、その後、上記ウエハを各光素子ごとに分割して多数の光素子チップとし、プラットフォームの光部品が実装されるべき実装面に、素子取付け部と、上記光部品が位置決めされて取付けられる部品用凹部を、リソグラフィ技術及びその後のエッチング技術によりそれぞれ形成し、上記光素子チップを、その凸部又は凹部と上記素子取付け部との嵌め合わせによりプラットフォームに取付ける。 According to the manufacturing method of the present invention, on one surface of the wafer, a large number of projections or depressions having a predetermined height or depth with respect to the surface are formed by lithography technology and subsequent etching technology to form a large number of rows and columns. Optical elements are respectively formed on the protruding end surfaces of the respective convex portions or the bottom surfaces of the concave portions, and thereafter, the wafer is divided for each optical element into a number of optical element chips, and the mounting surface on which optical components of the platform are to be mounted is mounted. , An element mounting portion, and a component concave portion to which the optical component is positioned and mounted are formed by a lithography technique and a subsequent etching technology, respectively, and the optical element chip is formed between the convex portion or the concave portion and the element mounting portion. Attach to the platform by fitting.
この発明の光素子アセンブリは上記構成であるため、光素子はプラットフォームの実装面に位置決めされ、また部品用凹部が光部品を実装面に対し位置決めする構造となっているため、部品用凹部に光部品を取付けると、光部品が自動的に実装面に対して位置決めされ、光部品と光素子との光結合が精度高く行われる。つまり光素子は光素子チップの凸部突出端面又は凹部の底面に形成されているため、ウエハ上に多数の凸部又は凹部を一括作製し、またその凸部の突出端面又は凹部の底面に光素子をそれぞれ一括作製し、その後、光素子ごとに分割して光素子チップとすることができ、同一寸法形状のものを高精度に安価に作ることができ、光素子チップの嵌め合わせによるプラットフォームへの取付けにより実装面に高い精度で位置決めされたものが得られ、従って、光部品をその部品用凹部に取付けると、光部品と光素子の光結合が良好に行われることになる。しかも、光素子を安価に作ることができる。 Since the optical element assembly of the present invention has the above-described configuration, the optical element is positioned on the mounting surface of the platform, and the component recess is configured to position the optical component with respect to the mounting surface. When the component is mounted, the optical component is automatically positioned with respect to the mounting surface, and optical coupling between the optical component and the optical element is performed with high accuracy. In other words, since the optical element is formed on the protruding end surface or the bottom surface of the concave portion of the optical element chip, a large number of convex portions or concave portions are formed at once on the wafer, and the light is formed on the protruding end surface or the bottom surface of the concave portion of the convex portion. The elements can be manufactured at once and then divided into individual optical elements to form optical element chips. The same size and shape can be manufactured with high precision at low cost. By mounting the optical component, a component positioned on the mounting surface with high precision can be obtained. Therefore, when the optical component is mounted in the component recess, the optical coupling between the optical component and the optical element is performed well. In addition, the optical element can be manufactured at low cost.
以下にこの発明の実施例を説明するが、まず凸部をもつ光素子チップを用いる実施例につき述べる。
実施例1
実施例1は光素子としてフォトニック結晶により構成された波長フィルタを光素子とする例である。図2に示すようにプラットフォーム11の一面、つまり実装面11aに形成された素子取付け部12aに、光素子チップ21が実装面11aに対し位置決めされてプラットフォーム11に取付けられる。光素子チップ21のプラットフォーム11への固定は例えば接着により行われ、この例ではプラットフォーム11の実装面11aにV溝12が一端から他端まで形成され、そのV溝12の中間部が素子取付け部12aとされている。V溝12の素子取付け部12aの両側はそれぞれ部品用凹部12b及び12cとされ、この例では光部品として光ファイバ31及び32の各一端部が部品用凹部12b及び12cに挿入されて実装面11aに対し位置決めされてプラットフォーム11に取付けられる。光ファイバ31及び32のプラットフォーム11への固定は例えば接着により行われるが、この光ファイバ31,32の取付けはこの光素子アセンブリを利用するユーザが行ってもよい。
An embodiment of the present invention will be described below. First, an embodiment using an optical element chip having a convex portion will be described.
Example 1
The first embodiment is an example in which a wavelength filter composed of a photonic crystal is used as an optical element. As shown in FIG. 2, the
光素子チップ21はこの例では図3に示すように、方形板状チップ本体22の一面に凸部23が一体に形成され、凸部23の突出端面に光素子24が形成されている。この例では光素子24としてフォトニック結晶により波長フィルタを構成した場合である。つまり高屈折率材質の層中に空孔25が2次元周期的に配列され、その空孔25の1列が形成されず代わりに大きさの異なる1つの空孔が形成されている部分があり、この部分が特定の波長の光を選択透過させる波長選択性光導波路26を構成している。またこの例では凸部23の側面は四角錐台形の外周形状をしており、つまり凸部23のチップ本体22側端と突出端は相似した方形であり、4つの側面は傾斜面とされている。
In this example, as shown in FIG. 3, the
図4及び図5に示すように、光素子チップ21の凸部23がプラットフォーム11の素子取付け部12aに挿入嵌め合わされて、光素子24の実装面11aに対する位置決めがなされて光素子チップ21がプラットフォーム11に取付けられる。なお、これらの図4及び図5において、プラットフォーム11のV溝12より下の厚さを縮小して示してある。以下の対応する図も同様である。
素子取付け部12aのV溝の両壁面12a1及び12a2がなす角度と、凸部23の対向する一対の側面23a及び23bがなす角度とが等しく、従って素子取付け部12aに挿入された凸部23は壁面12a1及び12a2の間隔が側面23a及び23bの光素子24側の端縁の間隔と一致した状態で壁面12a1及び12a2と側面23a及び23bとが図5に示すように互いに面接触して凸部23が素子取付け部12aに嵌め合わされた状態になる。この嵌め合わされた状態における光素子24の実装面11aよりの深さD1、つまり実装面11aと垂直な方向における光素子24の実装面11aに対する位置が決定される。また光素子24の側面23a及び23b間の中心線が、素子取付け部12aの壁面12a1と12a2との真中に位置し実装面11aと平行な面内でのV溝12の延長方向と直角方向における光素子24の位置が決定される。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
And both
更に光素子24は実装面11aと平行となる。つまり凸部23を素子取付け部12aに嵌め合わせることにより光素子24の実装面11aに対する位置決めが自動的に行われる。
光ファイバ31及び32は部品用凹部12b及び12cに挿入されると、光ファイバ31及び32の各コア31a及び32aは部品用凹部12b及び12cの各V溝の両壁面間の真中に位置し、かつ実装面11aからの深さ(距離)D2も決まる。つまり光ファイバ31及び32を部品用凹部12b及び12cにそれぞれ挿入取付けると、光ファイバ31及び32は実装面11aに対する位置決めが自動的に行われる。
Further, the
When the
つまり光ファイバ31及び32は市販のものを用い、その径は予め知られているから、光ファイバ31及び32を部品用凹部12b及び12cに取付けた時の、これらコア31a及び32aの実装面11aからの距離(深さ)D2における部品用凹部12b及び12cのV溝の両壁面間の間隔W1と、凸部23の側面23a及び23bの光素子24側端縁間の間隔W2とが一致するように、また側面23a及び23bの各傾斜をV溝12の壁面の傾斜と一致させられており、コア31aと光素子24とコア32aとが同一直線上に位置し、光素子24と光ファイバ31及び32との光結合が自動的に良好に行われる。
That is, since the
この実施例によれば光素子チップ21の凸部23をプラットフォーム11の素子取付け部12aに嵌め合わせにより取付けると、光素子24の実装面11aに対する垂直方向及び1つの平行方向における位置が決定され、かつ光素子24が実装面11aと平行となり、部品用凹部13b及び13cに光ファイバ31及び32に取付けると、光ファイバ31及び32は実装面11aに対する前記垂直方向及び1つの平行方向における各位置と同一となり、光ファイバ31及び32と光素子24とが精度よく光結合することになる。
この構成において光ファイバ31より伝搬された光はフォトニック結晶光素子24に入射され、この光素子24の構成により決る波長の光成分のみが光素子24を透過して光ファイバ32に入射伝搬される。
製造方法実施例
前述した実施例1の光素子アセンブリの製造方法の実施例を以下に説明する。
According to this embodiment, when the
In this configuration, light propagated from the
A description will be given of an embodiment of a manufacturing method of the production method in Example aforementioned optical element assembly of Example 1 below.
図6−1Aに示すように、例えば単結晶シリコンウエハ20の結晶面(100)上にレジスト層41を形成し、このレジスト層41に対し、紫外線又は電子線リソグラフィによりパターニングし、レジスト層41を現像する。この際、凸部23を形成するためのパターニングと、フォトニック結晶素子、この例では空孔25及び波長選択性光導波路26のためのパターニングを同時に行う。つまり図6−1Bに示すように、多数配列された方形レジスト41aが多数残され、これら方形レジスト41aには図3に示した多数の空孔25と大きさの異なる1つの空孔とが形成される。図6−1Bでは便宜上これら空孔を区別することなく単に点として示した。
As shown in FIG. 6-1A, for example, a resist
これら方形レジスト41aを含むウエハ20上に保護膜を形成し、この保護膜に対しフォトリソグラフィによりパターニングして各方形レジスト41a上に図6−1Cに示すように保護膜61を形成する。
次にKOH液により保護膜61及び方形レジスト41aをマスクとしてウエハ20をエッチングする。単結晶シリコンの結晶方位異方性により図6−1Dに示すように縦横格子溝62が形成されて溝62で囲まれた四角錐台形の凸部23が多数、縦横に配列形成される。保護膜61を除去した後、ウエハ20上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによりパターニングして、図6−2Eに示すように、縦横格子溝62を保護するレジスト部63を形成し、かつ凸部23の突出端面(頂面)上のフォトニック結晶のパターンが形成されている方形レジスト41aを露出させる。
A protective film is formed on the
Next, the
誘導結合プラズマエッチング等のドライエッチング法を用いて方形レジスト41aをマスクとして凸部23の頂面にフォトニック結晶光素子24を加工形成する。その後方形レジスト41aおよび保護レジスト部を除去し、図6−2Fに示すように、凸部23の頂面にフォトニック結晶光素子(波長選択性導波路素子)24が直接作り込まれた構造が完成する。保護膜61および保護レジスト部63をパターニングする際の露光マスクとウエハの相対的な位置合わせは、例えば、凸部23とフォトニック結晶光素子をパターニングした際にこれらと同時に位置決めされたマーカを用いて行う。
The photonic crystal
フォトニック結晶の加工は上述したリソグラフィによるものに限らず、例えばフェムト秒レーザ加工等の方法を用いることもできる。この場合は例えば凸部23を作製するためのフォトリソグラフィ用のマスクで凸部23と同時に位置決めがされたマーカを形成し、その後、そのマーカ部分をエッチングによりウエハに貫通孔を形成し、その複数貫通孔を透過するフェムト秒レーザの光強度をモニタして、ウエハ20に対するレーザビームの位置を知り、位置決めレーザ加工をする。
各凸部23の頂面にフォトニック結晶光素子24が形成されたウエハ20をダイシングすることにして図5に示したような光素子チップ21の多数個とする。
The processing of the photonic crystal is not limited to the above-described lithography, and a method such as femtosecond laser processing can be used. In this case, for example, a marker positioned at the same time as the
The
プラットフォーム11も例えば単結晶シリコンウエハ上にその結晶方位異方性エッチングを利用して多数のV溝12を平行に配列形成し、その後、ウエハをダイシングして、図2に示したプラットフォーム11を多数個作製する。
この製造方法に示すように、V溝12を形成する際のレジストマスクの幅で、光ファイバ31及び32の各コア31a及び32aが位置する実装面11aよりの深さD2が精度よく決めることができる。またその深さD2におけるV溝12の両壁面の間隔W1が決り、凸部23の形成時の側面23a及び23bの形成を決定するレジストマスクの幅を、光素子24の凸部23の側面23a及び23b側の各端間の間隔W2と等しくしておき、この精度も高く決めることができる。V溝12の両壁面がなす角と側面23a及び23bがなす角度とは同一になる。
For example, a plurality of V-
As shown in this manufacturing method, the depth D2 from the mounting
光素子24の素子取付け部12aに対する挿入位置、つまり実装面11aに対する位置を決める、側面23a及び23bの端縁間の間隔W2を決定する基準と、光素子24の光素子チップ21に対する形成時の位置、この例では特に光素子24の波長選択性光導波路26の光入出射面の位置を決める基準も図6−1及び図6−2を参照して述べたように、光素子チップ21の作製時のフォトリソグラフィに用いるマスクの同一基準点であるため、光素子チップ21をプラットフォーム11に取付けた時に、光素子24が高い精度でプラットフォーム11に対し位置決めされる。またプラットフォーム11における素子取付け部12aと、部品用凹部12b及び12cとの実装面11aに対する位置及び形状も、そのフォトリソグラフィを用いての形成時の同一のマスクが基準となるためこれらも高い精度のものになる。従って光素子24、この例では波長選択性光導波路26の入出射面と、光ファイバ31のコア31aと光ファイバ32のコア32aとを精度よく一直線上に位置し、光素子24と光ファイバのコア31a及び32aとが極めて良好に光結合する。
The criterion for determining the insertion position of the
前記のように単結晶シリコンウエハの異方性ウエットエッチングを用いれば、原子層レベルで平坦かつ寸法精度の高い側面形状を得ることができる。従って、この実施例によれば光素子24の光入出射面と光ファイバ31及び32の各コア31a及び32aとの光結合をさせるための位置合わせを1μm程度以下という高い精度で行うことができ、光入出射面の大きさ(厚さ)が1μm以下程度のスラブ型フォトニック結晶光導波路に対しても高い精度の位置合わせが可能となる。しかも光素子チップ21を一括した多量生産することができ、そのプラットフォーム11への取付けも嵌め合わせにより頗る簡単に行うことができる。
When anisotropic wet etching of a single crystal silicon wafer is used as described above, a side surface shape that is flat at the atomic layer level and has high dimensional accuracy can be obtained. Therefore, according to this embodiment, the alignment for optically coupling the light entrance / exit surface of the
図3に示したように、光素子24として高屈折率材質層に空孔25が配列された2次元フォトニック結晶光素子を用いる場合は、低屈折率の空気と高屈折率の光素子24の間で光の入出射が行われるため、大きな反射損失が発生するおそれがある。よってフォトニック結晶光素子24の光入出射面に反射防止膜を形成しておくとよい。図3では凸部23の波長選択性光導波路26と垂直な側面に反射防止膜29a及び29bが形成されている。この反射防止膜29a及び29bは例えば図6−1及び図6−2を参照して説明した光素子チップ作製過程の途中で凸部23を形成後、ウエハ20が分割される前に各凸部23に同時に形成すればよい。
実施例2
この実施例2は素子取付け部12aのV溝幅を、部品用凹部12b及び12cより狭くし、凸部23の突出長を短くして、1枚のウエハ20(図6−1及び図6−2)から光素子チップ21の作製数を増加させることを可能としたものである。この実施例2のプラットフォーム11の例を図7に示す。それぞれV溝で構成された素子取付け部12aと、部品用凹部12b及び12cとの各中心線は実装面11aと垂直な方向から見て同一直線上に位置しているが、素子取付け部12aの溝幅W3は、部品用凹部12b及び12cの各溝幅W4より小さくされてある。これらV溝を単結晶シリコンの結晶方位異方性を利用したウエットエッチングにより構成する場合は、素子取付け部12aの両端が深さ方向に斜めに部品用凹部12b,12c側に出張るため、これが邪魔になりそれだけ光ファイバ31及び32を光素子24に近づけられない。この例では素子取付け部12aと部品用凹部12b及び12cとの各境界位置で各V溝と直角にカッタにより細溝13a及び13bを形成し、素子取付け部12aの部品用凹部12b及び12cの各面を実装面11aに対して垂直にしてある。
As shown in FIG. 3, when a two-dimensional photonic crystal optical
Example 2
In the second embodiment, the width of the V-groove of the
図4及び図5とにそれぞれ対応するこの実施例2の断面図を図8及び図9に示す。図9からわかるように、光素子24から実装面11aまで距離D1と、光ファイバのコア31a及び32aから実装面11aまでの距離D2とは等しいが、凸部23の素子取付け部12aへ挿入の深さが位置決めされる側面23a及び23bの端縁の間隔W2は素子取付け部12aの狭いV溝により決められ、凸部23の挿入深さD1は実施例1と同一であるが、間隔W2は実施例1の場合より狭くなる。なお実施例1ではW2はコア31a,32aの位置におけるV溝の壁面間隔W1と等しい。従って凸部23の突出端面の大きさを、実施例1より小さくすることができる。
実施例3
実施例3は光部品として微小レンズを用いた例である。実施例1における図4の断面と対応する、実施例3の断面を図10に示し、そのプラットフォーム11の例を図11に示す。プラットフォーム11の実装面11aに方形の部品用凹部14が形成され、また部品用凹部14とその一辺においてこれと直角に連通したV溝15が形成され、そのV溝15の一部15aが素子取付け部15aとされている。この例ではV溝15は、その延長線上において素子取付け部15aと反対側においてもV溝15bとして延長形成され、つまりV溝15の両端面はプラットフォーム11の外側に開口されている。これら部品用凹部14及びV溝15は例えば単結晶シリコンの結晶方位異方性ウエットエッチングにより同時に形成することができる。
FIGS. 8 and 9 are cross-sectional views of the second embodiment corresponding to FIGS. 4 and 5, respectively. As can be seen from FIG. 9, the distance D1 from the
Example 3
図10に示すように、微小球状レンズ33が部品用凹部14内に配され、部品用凹部14により位置決めされて、球状レンズ33の光軸34の実装面11aに対する位置が決まる。つまり部品用凹部14の、この例では4つの壁面14a〜14dと球状レンズ33がそれぞれ接触して、それより挿入されない状態になり、光軸34の実装面11aまでの距離D3、つまり実装面11aと垂直な方向における位置が決まると共に実装面11aと垂直かつ、壁面14aと14cとの中心線を含む面内に光軸34が位置決めされる。つまり球状レンズ33は部品用凹部14により実装面11aに対する位置決めが自動的に行われる。球状レンズ33のプラットフォーム11への固定は例えば接着により行う。
As shown in FIG. 10, the minute
光素子チップ21は例えば実施例1と同様の構成とされている。従って光素子チップ21の凸部23をV溝の素子取付け部15aに挿入して取付けると、その一対の対向側面(実施例1中の側面23a及び23bと対する側面)が、V溝15の両壁面と面接触し、前記一対の対向側面の光素子24側の端縁間の間隔(実施例中の間隔W2と対応)により挿入深さD1が決まり、実施例1と同様に光素子24の実装面11aに対する位置決めが行われる。従って実施例1と同様な手法により光素子24の深さD1と光軸34の深さD3とが等しくなるようにし、実装面11aと垂直な面で、凹部14の壁面14a及び14c間の中心軸を含む面と、V溝15の両壁面間の2等分線を含む面とが一致するようにする。これはプラットフォーム11に対しては例えば単結晶シリコンの結晶方位異方性ウエットエッチングにより部品用凹部14とV溝15を形成することにより容易に達成できる。
The
また球状レンズ33の焦点が、光素子24の球状レンズ33側の光入出射面と一致するようにすることが好ましい。部品用凹部14の球状レンズ33と光素子24の配列方向に並んでいる壁面14bと14dとの間を2等分する面から、球状レンズ33の焦点距離D4だけ離れた位置に光素子24の光入出射面が位置するように、例えば実装面11a上の光素子取付け部15aの近辺に例えばチップ本体22の凸部23側の面が実装面11aに対向するように前記2等分する面を基準に図11に示すように少なくとも2個所にマーカ16a及び16bを、この例ではV溝15を挟んで等距離に形成する。このマーカ16a及び16bは、例えば部品用凹部14及びV溝15をフォトリソグラフィ技術を利用して形成する際に、同様にフォトリソグラフィ技術を利用して金属膜により形成すればよい。このマーカ16a及び16bを基準に光素子チップ21を取付け部15aに取付けるには、例えばフリップチップボンディング技術で行われていると同様に顕微鏡により、マーカ16a及び16bと、チップ本体22の凸部23側の面の両角部とを位置合わせして凸部23を素子取付け部15aに挿入すればよい。光素子チップ21とプラットフォーム11との固定は例えば接着により行う。
It is preferable that the focal point of the
この光素子アセンブリは球状レンズ33の光軸34が光素子24と平行一致し、かつ球状レンズ33の焦点が光素子24のレンズ側の光入出射面に位置する。つまり球状レンズ33と光素子24との光結合が良好に行われる。球状レンズ33に光素子24と反対側から入射された光は球状レンズ33で集束されて、光素子24に入射され、この例ではその入射光の特定の波長成分のみが波長フィルタとして作用する光素子24を透過する。この実施例3においても実施例1と同様の作用効果が得られることは容易に理解されよう。
実施例4
実施例4は光素子24として、フォトニック結晶により光導波路を構成した素子を用いる例である。その例の要部の平面図を図12に示す。図12において光素子チップ21はその光素子24側を紙面側として伏せた状態を2点鎖線で示した。プラットフォーム11の実装面11aに大きさ形状が同一のV溝12及び17が直交して形成され、その交差部が素子取付け部18とされ、V溝12及び17の各素子取付け部18により分断された一方がそれぞれ部品用凹部12b及び17aとされる。つまり部品用凹部12b及び17aが直角に形成され、その角が素子取付け部18とされる。
In this optical element assembly, the
Example 4
The fourth embodiment is an example in which an element in which an optical waveguide is formed of a photonic crystal is used as the
光素子チップ21は実施例1のそれとほぼ同様であるが、光素子24としてフォトニック結晶により構成され、直角に曲げられた光導波路27が形成されている点が異なる。光導波路27は例えば高屈折率材質層に2次元周期的な空孔が配列されるが、直角に空孔が形成されていない部分があり、その空孔が形成されていない部分が光導波路27となる。
光素子24、特に光導波路27を含めた実装面11aに対する位置決めは実施例1の場合と同様である。つまり光素子チップ21の凸部23の一対の対向側面と、素子取付け部18の部品用凹部12bの延長されたV溝の両壁面との嵌め合わせにより、実装面11aよりの深さ方向(垂直方向)及びV溝12の延長方向と直角で実装面11aと平行方向における各位置が決まり、また光素子チップ21の凸部23の他の一対の対向側面と、素子取付け部18の部品用凹部17aの延長されたV溝の両壁面との嵌め合わせにより、実装面11aよりの深さ及びV溝17の延長方向と直角で実装面11aと平行方向における各位置が決まる。この場合、これら実装面11aからの両深さ位置は同一値とされる。つまり凸部23の突出端面は正方形とされている。
The
The positioning with respect to the mounting
部品用凹部12bに光ファイバ31の一端部が、実施例1と同様に位置決めされて取付けられ、部品用凹部17aに光ファイバ32の一端部が同様に位置決めされて取付けられる。従って、コア31aを含む実装面11aと垂直な断面は図4中から光ファイバ32を除いた状態とほぼ一致し、またコア32aを含む実装面11aと垂直な断面に図4中から光ファイバ31を除いた状態とほぼ一致し、光導波路17の曲り角でコア31a及び実装面11aとそれぞれ垂直な断面は図5とほぼ一致する。ただし図5中の波長選択性光導波路26の代りに光導波路27となる。
One end of the
このように構成されているから、実施例1で説明したと同様に、光素子24の光導波路27と光ファイバ31のコア31aとが精度よく一直線上に位置し、また光素子24の光導波路27と光ファイバ32のコア32aとが精度よく一直線上に位置し、光ファイバ31のコア31aと光ファイバ32のコア32aとが光素子24の光導波路27を介して良好に光結合することになる。
実施例5
光素子24はフォトニック結晶を利用したものに限らないが、その例として面発光レーザ(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)を用いる場合の例を実施例5に示す。面発光レーザは例えば日本国雑誌レーザ研究第29巻第12号(2001年12月)PP.773〜778に示されている。面発光レーザの光出射面の大きさとして3μm径程度のものもあり、このレーザと光部品との位置合わせも可成り高精度に行うことが望まれる。
With this configuration, the
Example 5
The
図13及び図14はこの実施例5を示し、図13は、図14の13−13線切断をプラットフォーム11のみに対し行い、その他は切断しない断面を示し、図14に図13の左側面を示す。プラットフォーム11の実装面11aにはV溝12が図2に示したと同様に形成され、そのV溝12の一部は素子取付け部12aとされ、V溝12の素子取付け部12aより一方側、図13で左側は部品用凹部12bとされる。光素子チップ21の外形形状は実施例1とほぼ同様であるが、その凸部23の突出端面に光素子24として面発光レーザ28が形成されている点が異なる。この光素子チップ21は、例えば単結晶GaAsウエハに、フォトリソグラフィ技術その後の結晶方位異方性ウエットエッチングにより、図6−1及び図6−2を参照して説明したと同様な方法により多数の凸部23を縦横に配列形成し、その後、各凸部23の突出端面上に面発光レーザ28としてフォトリソグラフィによるパターニング、結晶成長による薄膜形成及びエッチングを利用して化合物半導体レーザを形成し、次にウエハを各面発光レーザ28ごとに分割して光素子チップ21を得る。
13 and 14 show the fifth embodiment. FIG. 13 shows a cross section taken along line 13-13 of FIG. 14 for only the
この光素子チップ21はその凸部23が素子取付け部12aにそのV溝と嵌め合わせにより位置決めされて取付けられる。つまり実施例1と同様に凸部23の側面23a及び23bのレーザ28側の端縁間の間隔W1により決まる深さにレーザ28が実装面11aに対して自動的に位置決めされる。また図13及び図14中には示していないが、例えば図11を参照して説明したように光素子チップ21はV溝12の長さ方向における実装面11a上の位置がマーカ16a,16b(図11参照)に合わせて予め決めた位置に取付けられる。
The
光ファイバ31の一端部が、部品用凹部12bにそのV溝により位置決めされて実施例1と同様に取付けられる。光素子24の部品用凹部12bと反対側においてV溝12にミラー35が位置決めされてプラットフォーム11に取付けられる。ミラー35は例えば十分な直径精度をもつ金属、セラミックス、ガラスなどの円柱の一端が斜めに切断され、その切断面に金属膜が形成されてミラー面35aとされる。そのミラー面35aは光素子24としての面発光レーザ28の光放射面及び光ファイバ31のコア31aと対向している。これらの位置関係は、面発光レーザ28から放射した光はミラー面35aに入射し、ミラー面35aで反射されてコア31aに入射するようにされる。
One end of the
つまりミラー35はその円柱形状によりV溝12により実装面11aからの深さが位置決めされるが、その際、光ファイバ31のコア31aの深さD2の位置にミラー面35aのいずれかの部分が位置すればよく、そのようにミラー35の太さを選定する。またミラー面35aが面発光レーザ28と対応するように視覚的にミラー35を位置させ、面発光レーザ28を発光させ、光ファイバ31からの出射光の強度をモニタして、その強度が最大になるようにミラー35をその軸心まわりに回転し、また光ファイバ31との距離を微調節して、ミラー35をプラットフォーム11に例えば接着固定する。このミラー35の位置調節は比較的簡単に行うことができる。
That is, the depth of the
つまりこの実施例では面発光レーザ28は凸部23の突出端面に形成され、この突出端面及び凸部23はエッチングの際のマスクにより決められて、つまり同一基準点に基づき形成され、凸部23に対し面発光レーザ28は凸部23の突出端面の中心に高い精度で位置されている。凸部23の側面23a及び23bとV溝12の面壁面とにより面発光レーザ28は位置決めされるため、面発光レーザ28はV溝12を2等分し、実装面11aと垂直な面に精度よく位置する。またこの垂直な面内に光ファイバ31のコア31aも精度よく位置する。よって面発光レーザ28と光ファイバ31とは良好に光結合することになる。
That is, in this embodiment, the
実施例1〜4において光ファイバに代えて、実施例5と同様に微小レンズと光素子24とを光結合させる構成としてもよい。
実施例6
この実施例6は光素子チップとしてそのチップ本体の一面に凹部が形成され、その凹部の底面に光素子が形成されたものが用いられる。つまりこの発明において、光素子チップはチップ本体の一面に凸部又は凹部が形成され、その凸部の突出面又は凹部の底面に光素子が形成されているものである。以下に凹部の底面に光素子が形成された光素子チップを用いる実施例を説明する。
Instead of the optical fiber in the first to fourth embodiments, a configuration in which the microlens and the
Example 6
In the sixth embodiment, an optical element chip having a concave portion formed on one surface of the chip body and an optical element formed on the bottom surface of the concave portion is used. That is, in the present invention, the optical element chip has a projection or a depression formed on one surface of the chip body, and an optical element is formed on the projection surface of the projection or the bottom of the depression. An embodiment using an optical element chip having an optical element formed on the bottom surface of a concave portion will be described below.
図15及び図16にこの実施例6の図4及び図5とそれぞれ対応する断面を示す。プラットフォーム11の実装面11aに凸状素子取付け部41が形成され、その素子取付け部41に光素子チップ21が嵌め合わせにより取付けられる。つまり光素子チップ21のチップ本体22の一面に凹部51が形成され、凹部51の底面に光素子24が形成されている。凹部51と素子取付け部41とが嵌め合わされてプラットフォーム11に取付けられ、光素子24が前記嵌め合わせにより、実装面11aに対し自動的に位置決めされる。光素子チップ21はこの光素子アセンブリで用いる光に対して透過性材料により構成されている。
15 and 16 show cross sections corresponding to FIGS. 4 and 5 of the sixth embodiment, respectively. A convex
実装面11aの素子取付け部41の両側に部品用凹部42及び43が互いに反対方向に延長形成され、部品用凹部42及び43内に光部品としての光ファイバ31及び32の各端部が配置されて取付けられ、部品用凹部42,43により光ファイバ31,32の各コア31a,32aが実装面11aに対して自動的に位置決めされる。
図17にこの実施例6に用いられる光素子チップ21の例を示す。チップ本体22の一面に内壁面の形状が、四角錐台形を逆さにした状態の凹部51が形成され、その底面に光素子24として、例えば図3に示したように高屈折率材質層に空孔25が2次元に周期的に配列形成され、かつそれに波長選択性光導波路26が形成されたフォトニック結晶光素子が形成されている。この光素子チップ21は図6−1及び図6−2を参照して説明した場合と同様の方法で多数個を一括作製することができる。ただこの場合、例えば図19に示すように、単結晶シリコンウエハ20に、方形開口をもつマスクを利用してその結晶方位異方性エッチングにより多数の凹部51を多数形成し、その各凹部51の底面に光素子24としてのフォトニック結晶光素子を形成する。各凹部51のウエハ20と垂直な断面は逆台形状となり、つまり図17中の凹部51が形成される。ウエハ20を各光素子24ごとに分割して、光素子チップ21を得る。
Component recesses 42 and 43 are formed on both sides of the
FIG. 17 shows an example of the
図18にプラットフォーム11の例を示す。実装面11aの中央部に断面が逆台形の方形枠溝44が形成されて、方形枠溝44に囲まれた四角錐台形状の凸部、つまり素子取付け部41が形成される。素子取付け部41を2等分する線上において、素子取付け部41の両側に、方形枠溝44と連通したV溝が部品用凹部42及び43として形成される。例えばプラットフォーム11は単結晶シリコンで構成され、単結晶シリコンの結晶方位異方性ウエットエッチングにより、素子取付け部41及び部品用凹部42及び43を容易に形成することができる。
FIG. 18 shows an example of the
図16に示すように、素子取付け部41の一対の対向側面41a及び41bの突出端縁間の間隔W6に、光素子チップ21の凹部51の一対の対向壁面51a及び51bの間隔がなる所で側面41a及び41bと壁面51a及び51bとが互いに面接触して、素子取付け部41と凹部51とが互いに嵌め合わされた状態になる。この時の実装面11aに対する光素子24の高さ(距離)をH1とする。一方、光ファイバ31及び32は部品用凹部42及び43にそのV溝構造により位置決めされて取付けられる。その時の光ファイバ31及び32の各コア31a及び32aの実装面11aに対する高さ(距離)をH2とする。凹部51の深さD3が、その壁面51a及び51bの間隔がW6となる深さD4との差がH1になり、H1とH2が等しくなるように、V溝42,43の深さ、あるいは凹部51の深さD3が設定されている。また素子取付け部41の側面41aと41bとの中心線上に部品用凹部42及び43の各V溝の中心線とが同一直線上に位置するようにされている。
As shown in FIG. 16, a space W6 between a pair of
この構成によれば、一方の光ファイバ31より伝搬されて来た光は光素子24、特に波長選択性光導波路26に入射し、特定の波長成分が光素子24を通過して光ファイバ32に入射される。
光素子24は凹部51の底面に形成されるから、光素子24の形成位置の基準点は、凹部51の形成時の位置基準点と同一となり、凹部51に対し、光素子24を著しく高い精度で形成することができる。光素子チップ21を素子取付け部41に嵌め合わせにより取付けると、光素子24の実装面11aに対し自動的に位置決めされ、この精度は実施例1と同様に非常に高いものとすることができ、同様に光ファイバ31及び32も部品用凹部42及び43に取付けると、その各コア31a及び32aの実装面11aに対し自動的に高い精度で位置決めされる。従って光素子24と光ファイバ31及び32とは良好に光結合するものとなる。その他実施例1と同様の作用効果が得られることは容易に理解されよう。図17に示すように光素子チップ21の光ファイバ31及び32とそれぞれ対向する側面にそれぞれ反射防止膜29a及び29bを形成しておくとよい。
According to this configuration, light transmitted from one
Since the
光素子チップ21の凹部51の底面に形成する光素子24としては、図12中に示したフォトニック結晶よりなる光導波路素子でもよく、フォトニック結晶を利用したレーザでもよく、実施例5で説明した、化合物半導体の面発光レーザなどでもよい。これら使用する光素子24の種類に対応して、先の各実施例で説明したようにプラットフォーム11の素子取付け部41の構造、プラットフォーム11に、光部品、つまり光ファイバや微小レンズを取付けるための部品用凹部の構造、配置などの変更がなされることになる。
変形例
光素子チップ21の凸部23の突出面と垂直な断面は台形ではなく、方形でもよい、つまり凸部23は軸が短かい四角柱でもよい。その例を光素子24として波長選択性光導波路とした場合について図20及び図21を参照して説明する。図20及び図21はそれぞれ図4及び図5と対応するものである。これらと異なる点は光素子24の凸部23が短かい四角柱とされ、これに伴い、V溝の代りに、断面が方形の方形溝45とされ、その中央部の幅W7が狭くされ素子取付け部45aとされ、その両側のW7より広い幅W8の部分が部品用凹部45b及び45cとされている。幅W7は凸部23の一対の対向側面23a及び23bの間隔W9と同一とされ、凸部23と素子取付け部45aとが嵌め合わされて光素子チップ21がプラットフォーム11に取付けられる。凸部23の突出長H3は凸部23の突出面を基準に設定され、チップ本体22がプラットフォーム11の実装面11aに対接される。
The
The cross section perpendicular to the protruding surface of the
部品用凹部45b及び45cに光ファイバ31及び32がそれぞれ、位置決め配置される。つまり各光ファイバ31,32は、その周面が部品用凹部45b及び45cの各底面と、各方形溝の実装面11a側の角とにそれぞれ線接触して、実装面11aに対する位置が決められる。この状態での光ファイバ31及び32の各コア31a及び32aの実装面11aに対し距離H4は光素子24の実装面11aに対する距離H3と等しく、かつコア31a及び32aは光素子24、特に波長選択性光導波路26の光入出射面と対向されている。
The
この例における光素子チップ21のウエハからの多数個一括作製時における凸部23の形成や、プラットフォーム11に対する部品用凹部45a,45b,45cの形成は例えばドライエッチングなどにより行うことができる。
光素子チップ21の凹部51の内面形状を短かい四角柱としてもよい。その例を光素子24として波長選択性光導波路とした場合について図22及び図23を参照して説明する。図22及び図23はそれぞれ図16及び図18と対応したものである。実施例6と異なる点は、光素子チップ21の凹部51がその内面形状が短い四角柱であり、これに伴い素子取付け部41の凸部が短かい四角柱であり、チップ本体22が枠状溝44の底面と対接されている。部品用凹部42及び43は断面が方形の溝、つまり溝の両壁面が実装面11aに対し垂直とされ、また底面が実装面11aと平行とされている。枠状溝44の4つの壁面も実装面11aと垂直とされ、底面は実装面11aと平行とされている。光ファイバ31及び32の周面は部品用凹部42及び43の各底面と、各壁面の実装面11a側の角とにそれぞれ線接触している。
In this example, the formation of the
The inner shape of the
光素子24の深さH5はその凹部51が形成された面を基準に設定され、チップ本体22が枠状溝44の底面と接触して実装面11aに対する光素子24の位置が決まり、枠状溝44の深さH6は実装面11aを基準に設定される。光ファイバ31及び32の実装面11aに対する位置は部品用凹部42,43により決まり、光ファイバ31及び32の各コア31a及び32aが光素子24の光入出射面、特にこの例では波長選択性光導波路の光入出射面と対向し、つまりこれらの光軸が互いに同一直線上に位置するように各部の寸法が設定されている。
The depth H5 of the
上述した光素子チップ21として凸部23又は凹部51を備えるものについても、その光素子24としては光導波路、面発光素子など他のものでもよい。また光部品としては微小レンズその他のものでもよい。
上述では光素子チップ21及びプラットフォーム11をそれぞれ単結晶シリコンにより構成したものを示したが、ウエハ及びプラットフォームの材料としてはGaAsや水晶、セラミックス、ガラス、プラスチックなどでもよい。ただし光素子チップ21に凹部を設けるものとしては光通信波長帯などのその光素子アセンブリでの使用波長帯の光に対して透明の必要がある。これらの材料に対し、ドライエッチングにより光素子チップの凸部や凹部、プラットフォームの素子取付け部や部品用凹部を形成することができる。特に単結晶GaAsや水晶の場合はその結晶方位に基づく異方性ウエットエッチングも可能である。プラットフォームの作製はプラスチックの場合、成形加工によって作ることができる。シリコンやガラスにより光素子チップ及びプラットフォームを構成する場合はこれらを互いに融着固定してもよい。なお、この発明において光素子アセンブリとしてはプラットフォームに光素子チップが取付けられたもの、あるいはこれに対して光部品が取付けられたもののいずれでもよい。上述では光素子チップやプラットフォームの作成にフォトリソグラフィ技術を用いたが、紫外線リソグラフィや電子線リソグラフィ技術を用いてもよい。
As for the above-described
In the above description, the
Claims (14)
上記光素子チップはチップ本体の一面に凸部が形成され、その凸部の突出端面に上記光素子が形成され、
上記プラットフォームの上記光部品が実装されるべき実装面に、凹部が素子取付け部として形成され、
上記光素子チップが、その凸部と上記素子取付け部とが嵌め合わされて取付けられて、上記光素子は上記実装面に対し位置決めされ、
上記光部品が上記実装面に対し位置決めされて取付けられ、その光部品と上記光素子とを光結合させる部品用凹部が上記プラットフォームの上記実装面に形成されていることを特徴とする光素子アセンブリ。 An optical element assembly in which an optical component optically coupled to an optical element of the optical element chip is mounted on a platform on which the optical element chip is mounted,
In the optical element chip, a convex portion is formed on one surface of the chip body, and the optical element is formed on a protruding end surface of the convex portion,
On the mounting surface of the platform on which the optical component is to be mounted, a concave portion is formed as an element mounting portion,
The optical element chip is mounted with its convex portion and the element mounting portion fitted together, and the optical element is positioned with respect to the mounting surface,
An optical element assembly, wherein the optical component is positioned and attached to the mounting surface, and a component recess for optically coupling the optical component and the optical element is formed on the mounting surface of the platform. .
上記光素子の上記実装面に対する位置決めは、上記光素子を、上記実装面より所定の深さで上記実装面と平行とし、かつ上記実装面と平行な1方向における位置であり、上記光部品の上記実装面に対する位置決めは、上記光部品の光軸を上記所定の深さで上記実装面と平行とし、かつ上記実装面と上記平行な方向における位置であることを特徴とする光素子アセンブリ。 The optical element assembly according to claim 1,
The positioning of the optical element with respect to the mounting surface is such that the optical element is parallel to the mounting surface at a predetermined depth from the mounting surface, and is a position in one direction parallel to the mounting surface. The optical element assembly is characterized in that the positioning with respect to the mounting surface is such that the optical axis of the optical component is parallel to the mounting surface at the predetermined depth and in a direction parallel to the mounting surface.
上記光素子の上記実装面に対する位置決めは、上記凸部の一対の対向側面と、上記素子取付け部の一対の対向壁面とが互いに面接触して決まる、上記実装面と平行とし、かつ上記側面及び壁面の各配列方向における位置であり、上記光部品の上記実装面に対する位置決めは、上記部品用凹部の、上記素子取付け部の上記一対の対向壁面とそれぞれ平行な対向壁面が上記光部品と接触して決まる、これら対向壁面の配列方向における位置であることを特徴とする光素子アセンブリ。 The optical element assembly according to claim 1,
The positioning of the optical element with respect to the mounting surface is determined by a pair of opposing side surfaces of the convex portion and a pair of opposing wall surfaces of the element mounting portion being in surface contact with each other. Positions of the wall surfaces in the respective arrangement directions, and positioning of the optical component with respect to the mounting surface is such that opposing wall surfaces of the component concave portion, which are respectively parallel to the pair of opposing wall surfaces of the element mounting portion, come into contact with the optical component. An optical element assembly, wherein the position is determined in the arrangement direction of the opposed wall surfaces.
上記素子取付け部は上記実装面に形成されたV溝の一部であり、上記凸部の上記面接触する一対の側面の上記光素子側の端縁の間隔で上記光素子の上記実装面に対する深さが決まり、かつ光素子が上記実装面に対し平行とされ、上記部品用凹部は上記V溝の両壁面とそれぞれ平行した対向壁面があり、これら対向壁面と上記光部品との上記接触により上記光部品の光軸の上記実装面に対する深さが決まることを特徴とする光素子アセンブリ。 The optical element assembly according to claim 3,
The element mounting portion is a part of a V-shaped groove formed on the mounting surface, and the distance between the pair of side surfaces of the pair of side surfaces of the convex portion on the optical element side with respect to the mounting surface of the optical element. The depth is determined, and the optical element is made parallel to the mounting surface. The component recess has opposing wall surfaces parallel to both wall surfaces of the V-groove, respectively. An optical element assembly wherein a depth of an optical axis of the optical component with respect to the mounting surface is determined.
上記素子取付け部及び上記部品用凹部は共通のV溝の互いに異なる部分であることを特徴とする光素子アセンブリ。 The optical element assembly according to claim 4,
An optical element assembly according to claim 1, wherein said element mounting portion and said component concave portion are mutually different portions of a common V groove.
上記素子取付け部及び上記部品用凹部はそれぞれ上記実装面と垂直な面内で互いに平行したV溝であり、上記素子取付け部のV溝の幅は上記部品用凹部のV溝の幅より小さいことを特徴とする光素子アセンブリ。 The optical element assembly according to claim 4,
The element mounting portion and the component concave portion are V grooves parallel to each other in a plane perpendicular to the mounting surface, and the width of the V groove of the element mounting portion is smaller than the width of the V groove of the component concave portion. An optical element assembly characterized by the above-mentioned.
上記光素子チップはチップ本体の一面に凹部が形成され、その凹部の底面に上記光素子が形成され、
上記プラットフォームの上記光部品が実装されるべき実装面に、凸部が素子取付け部として形成され、
上記光素子チップが、その凹部と上記素子用凸部とが嵌め合わされて取付けられて、上記光素子は上記実装面に対し位置決めされ、
上記光部品が上記実装面に対し位置決めされて取付けられ、その光部品と上記光素子とを光結合させる部品用凹部が上記プラットフォームの上記実装面に形成されていることを特徴とする光素子アセンブリ。 An optical element assembly in which an optical component optically coupled to an optical element of the optical element chip is mounted on a platform on which the optical element chip is mounted,
The optical element chip has a concave portion formed on one surface of the chip body, and the optical element is formed on the bottom surface of the concave portion,
On the mounting surface of the platform on which the optical component is to be mounted, a convex portion is formed as an element mounting portion,
The optical element chip, the concave portion and the convex portion for the element are fitted and mounted, the optical element is positioned with respect to the mounting surface,
An optical element assembly, wherein the optical component is positioned and attached to the mounting surface, and a component recess for optically coupling the optical component and the optical element is formed on the mounting surface of the platform. .
上記光素子の上記実装面に対する位置決めは、上記光素子を、上記実装面より所定の高さで上記実装面と平行とし、かつ上記実装面と平行な1方向における位置であり、上記光部品の上記実装面に対する位置決めは、上記光部品の光軸を上記所定の高さで上記実装面と平行とし、かつ上記実装面と上記平行な方向における位置であることを特徴とする光素子アセンブリ。 The optical element assembly according to claim 7,
The positioning of the optical element with respect to the mounting surface is such that the optical element is positioned at a predetermined height from the mounting surface and parallel to the mounting surface, and is a position in one direction parallel to the mounting surface. The optical element assembly according to claim 1, wherein the positioning with respect to the mounting surface is such that the optical axis of the optical component is parallel to the mounting surface at the predetermined height and in a direction parallel to the mounting surface.
上記光素子の光入出射面と上記光部品の光軸とが同一直線上にあることを特徴とする光素子アセンブリ。 The optical element assembly according to claim 3 or 8,
An optical element assembly, wherein a light input / output surface of the optical element and an optical axis of the optical component are on the same straight line.
上記光素子の上記実装面に対する位置決めは、上記凹部の一対の対向壁面と、上記素子取付け部の一対の対向側面とが互いに面接触して決まる、上記実装面と平行とし、かつ上記側面及び壁面の各配列方向における位置であり、上記光部品の上記実装面に対する位置決めは、上記部品用凹部の、上記素子取付け部の上記一対の対向側面とそれぞれ平行な対向壁面が上記光部品と接触して決まる、これら対向壁面の配列方向における位置であることを特徴とする光素子アセンブリ。 The optical element assembly according to claim 7,
Positioning of the optical element with respect to the mounting surface is determined by a pair of opposing wall surfaces of the concave portion and a pair of opposing side surfaces of the element mounting portion being in surface contact with each other. The positioning in the arrangement direction of the optical component with respect to the mounting surface is performed by contacting the opposing wall surfaces of the component concave portion, each of which is parallel to the pair of opposing side surfaces of the element mounting portion, with the optical component. An optical element assembly, wherein the position is determined in the arrangement direction of the opposed wall surfaces.
上記素子取付け部は上記実装面に形成された方形枠状V溝に囲まれた四角錐台形であり、上記素子取付け部の上記面接触する一対の側面の上記実装面側の端縁の間隔で上記光素子の上記実装面に対する高さが決まり、かつ光素子が上記実装面に対し平行とされ、上記部品用凹部は上記面接触する両側面の配列方向と直角な方向とそれぞれ平行した対向壁面があり、これら対向壁面と上記光部品の上記接触により上記光部品の光軸の上記実装面に対する高さが決まることを特徴とする光素子アセンブリ。 The optical element assembly according to claim 10,
The element mounting portion is a truncated quadrangular pyramid surrounded by a rectangular frame-shaped V-shaped groove formed on the mounting surface, and the distance between the pair of side surfaces of the element mounting portion on the mounting surface side of the pair of side surfaces in contact with each other. The height of the optical element with respect to the mounting surface is determined, and the optical element is parallel to the mounting surface, and the component recesses are opposed wall surfaces parallel to the direction perpendicular to the arrangement direction of the two side surfaces in contact with the surface. The height of the optical axis of the optical component with respect to the mounting surface is determined by the contact between the opposing wall surface and the optical component.
上記部品用凹部はV溝であることを特徴とする光素子アセンブリ。 The optical element assembly according to claim 11,
An optical element assembly according to claim 1, wherein said component recess is a V-shaped groove.
ウエハの一面にその面を基準として所定の高さの凸部をリソグラフィ及びエッチング技術により縦横に多数配列形成する工程と、
上記各凸部の突出端面に、その少なくとも一対の対向側面に対し、所定の位置関係に、光素子を形成する工程と、
上記ウエハを上記各光素子ごとに分割して多数の光素子チップを得る工程と、
プラットフォームの光部品実装面に、凹部を素子取付け部として、また上記光部品を位置決めする部品用凹部とを上記実装面を基準としてリソグラフィ及びエッチング技術により形成する工程と、
上記光素子チップの1つを、その凸部を上記素子取付け部に嵌め合わせ、上記光素子が上記実装面に対し位置決めされて上記プラットフォームに取付ける工程と
を有することを特徴とする光素子アセンブリの製造方法。 A method for manufacturing an optical element assembly in which an optical component optically coupled to an optical element of the optical element chip is mounted on a platform on which the optical element chip is mounted,
A step of forming a large number of projections of a predetermined height on one surface of the wafer by lithography and etching techniques in a matrix in a vertical and horizontal manner,
A step of forming an optical element on a protruding end surface of each of the convex portions, at least a pair of opposing side surfaces thereof, in a predetermined positional relationship,
A step of dividing the wafer for each of the optical elements to obtain a number of optical element chips,
Forming a concave portion as an element mounting portion on the optical component mounting surface of the platform, and a component concave portion for positioning the optical component by lithography and etching with reference to the mounting surface;
Fitting one of the optical element chips with its convex portion to the element mounting portion, positioning the optical element with respect to the mounting surface, and mounting the optical element to the platform. Production method.
ウエハの一面にその面を基準として所定の高さの凹部をリソグラフィ及びエッチング技術により縦横に多数配列形成する工程と、
上記各凹部の底面に、その少なくとも一対の対向壁面に対し、所定の位置関係に、光素子を形成する工程と、
上記ウエハを上記各光素子ごとに分割して多数の光素子チップを得る工程と、
プラットフォームの光部品実装面に、凸部を素子取付け部として、また上記光部品を位置決めする部品用凹部とを上記実装面を基準としてリソグラフィ及びエッチング技術により形成する工程と、
上記光素子チップの1つを、その凹部を上記素子取付け部に嵌め合わせ、上記光素子が上記実装面に対し位置決めされて上記プラットフォームに取付ける工程と
を有することを特徴とする光素子アセンブリの製造方法。 A method for manufacturing an optical element assembly in which an optical component optically coupled to an optical element of the optical element chip is mounted on a platform on which the optical element chip is mounted,
A step of forming a large number of concave and convex portions of a predetermined height on one surface of the wafer by lithography and etching technology based on the surface,
A step of forming an optical element on a bottom surface of each of the concave portions and at least a pair of opposed wall surfaces in a predetermined positional relationship;
A step of dividing the wafer for each of the optical elements to obtain a number of optical element chips,
A step of forming a convex portion as an element mounting portion on the optical component mounting surface of the platform, and a component concave portion for positioning the optical component by lithography and etching with reference to the mounting surface;
A step of fitting one of the optical element chips into a concave portion of the element mounting portion, positioning the optical element with respect to the mounting surface, and mounting the optical element to the platform. Method.
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007264517A (en) * | 2006-03-30 | 2007-10-11 | Fujikura Ltd | Optical wiring module and manufacturing method thereof |
| CN116710392A (en) * | 2020-10-30 | 2023-09-05 | Npl管理有限公司 | Chip component and method for manufacturing chip component |
-
2004
- 2004-03-17 JP JP2004076667A patent/JP2004310066A/en active Pending
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