光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法
【課題】簡易な構成で信号光と同位相のモニタリングを行うことのできる光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法を得ること。
【解決手段】ＬＮチップ１１の出力側端面は、導波路１１ａにおける信号光の進行方向に対して傾斜した構成を有する。傾斜は、信号光の一部が上方向に反射するように形成する。加えて、出力側端面の上方に設けた補強部材３１＿２の上に受光素子４１を配置し、出力側端面で反射した信号光を受光する。かかる構造によって、受光素子４１が取り出すモニタ光と出力側端面から透過する信号光は同位相となり、モニタ光に基づいて制御を行うことでバイアスシフトの発生を抑制することができる。
【解決手段】ＬＮチップ１１の出力側端面は、導波路１１ａにおける信号光の進行方向に対して傾斜した構成を有する。傾斜は、信号光の一部が上方向に反射するように形成する。加えて、出力側端面の上方に設けた補強部材３１＿２の上に受光素子４１を配置し、出力側端面で反射した信号光を受光する。かかる構造によって、受光素子４１が取り出すモニタ光と出力側端面から透過する信号光は同位相となり、モニタ光に基づいて制御を行うことでバイアスシフトの発生を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムの変調器として、半導体を使用した直接変調及びＬｉＮｂＯ３(ニオブ酸リチウム)等を使用したマッハツェンダ型外部変調器が知られている。このうち、外部変調器は、高速特性や波長特性が直接変調に比較し有利である為、特に１０ＧＨｚ以上の高速光通信システムに広く用いられている。
【０００３】
ＬｉＮｂＯ３外部変調器(以下ＬＮ変調器)では、温度により動作点がシフトする現象、いわゆる温度ドリフトや、直流（DC：Direct Current）電圧を印加することにより動作点がシフトする現象、いわゆるＤＣドリフトが発生する。したがって、所望の動作点にて動作させ、所望の出力を得る為には常に出力光をモニタし、バイアス電圧として直流電圧を印加することとなる。そこで、出力光をモニタするフォトダイオードをＬＮ変調器内部に内蔵する手法が提案されている。
【０００４】
フォトダイオードを内蔵する構成として、マッハツェンダ干渉計のカプラ部で発生する不要光をモニタする構成が知られている。不要光を受光した場合、信号光とモニタ光は逆位相、すなわち信号光がＯＮ状態のときモニタ光はＯＦＦ状態となり、信号光がＯＦＦ状態のとき信号光はＯＮ状態になる。
【０００５】
一方で、ＲＺ(Return to Zero)方式やＮＲＺ(Non Return to Zero)伝送方式だけでなく、差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）伝送方式、ＤｕｏＢｉｎａｒｙ伝送方式など各種の伝送方式が検討されている。利用する伝送方式によっては、信号光とモニタ光の位相を揃えることで、制御を容易にすることが求められる。
【０００６】
そこで、信号光と同位相のモニタリングを行うため、導波路上に直接フォトダイオードを配置する構造も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２１５３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、導波路上に直接モニタ用のフォトダイオードを配置する構成は、製造に際し、複雑で精密な工程が求められるという問題点があった。
【０００９】
このため、簡易な構成で信号光と同位相のモニタリングを行うことのできる光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法の実現が重要な課題となっていた。
【００１０】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で信号光と同位相のモニタリングを行うことのできる光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の開示する光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法は、光導波路が形成された基板に信号光の進行方向に対して傾斜した出力側端面を設け、出力側端面において反射した信号光を受光する受光素子を配置する。
【発明の効果】
【００１２】
本願の開示する光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法によれば、簡易な構成で信号光と同位相のモニタリングを行うことのできる光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施例に係る光導波路デバイスの構成図である。
【図２】図２は、図１に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図３】図３は、光導波路によって形成されるマッハツェンダ型外部変調器の説明図である。
【図４】図４は、光出力Ｐｏｕｔと動作点の変動についての説明図である。
【図５】図５は、マッハツェンダ干渉計のカプラ部で発生する不要光をモニタする場合の説明図である。
【図６】図６は、信号光とモニタ光の位相についての説明図である。
【図７】図７は、本実施例に係る光導波路デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。
【図８】図８は、導波路の形成について説明する説明図である。
【図９】図９は、電極の形成について説明する説明図である。
【図１０】図１０は、チップの切り出しについて説明する説明図である。
【図１１】図１１は、他の誘電体や高分子材料を用いる場合の導波路形成の説明図である。
【図１２】図１２は、他の誘電体や高分子材料を用いる場合の電極形成の説明図である。
【図１３】図１３は、補強部材の上面を荒らした光導波路デバイスの構成図である。
【図１４】図１４は、図１３に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図１５】図１５は、補強部材の側面に受光素子を配置した光導波路デバイスの構成図である。
【図１６】図１６は、図１５に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図１７】図１７は、ＬＮチップの側面に受光素子を配置した光導波路デバイスの構成図である。
【図１８】図１８は、図１７に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図１９】図１９は、ＬＮチップの下面に受光素子を配置した光導波路デバイスの構成図である。
【図２０】図２０は、図１９に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図２１】図２１は、出力側端面の透過光をモニタ光として受光する光導波路デバイスの構成図である。
【図２２】図２２は、図２１に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図２３】図２３は、複数の受光素子を有する光導波路デバイスの構成図である。（その１）
【図２４】図２４は、複数の受光素子を有する光導波路デバイスの構成図である。（その２）
【図２５】図２５は、複数の受光素子を有する光導波路デバイスの構成図である。（その３）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本願の開示する光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の具体的な実施例に本発明を限定するものではない。
【実施例】
【００１５】
［装置の構成］
図１は、実施例に係る光導波路デバイスの構成図である。図１に示したように光導波路デバイスは、ＬｉＮｂＯ３チップ（以下ＬＮチップ）１１に導波路１１ａを形成し、電極２１を設けた構成を有する。導波路１１ａの一端は、ファイバ６１＿１と光学的に結合し、ファイバ６１＿１から光信号の入力を受ける入力側端面となる。また、導波路１１ａの他端は、ファイバ６１＿２と光学的に結合し、ファイバ６１＿２に光信号を出力する出力側端面となる。
【００１６】
ＬＮチップ１１は、後述するように、ウェハ上に電極等を積層し、ダイシングによって切り出して製造する。図１に示した光導波路デバイスは、ＬＮチップ１１の積層方向側の面、かつ入力端面側の近傍に補強部材３１＿１を有する。同様に、図１に示した光導波路デバイスは、ＬＮチップ１１の積層方向側の面、かつ出力端面側の近傍に補強部材３１＿２を有する。以降の説明では、積層方向を上方向として説明する。
【００１７】
補強部材３１＿１および補強部材３１＿２は、ＬＮチップ１１を形成するプロセスのダイシング工程でチップ表面付近の導波路にチッピングが起こらないように配置するものである。したがって、補強部材３１＿１は、入力側端面の近傍、具体的には入力側端面におけるチッピングを防止できる距離に配置する。同様に、補強部材３１＿２は、出力端面側の近傍、具体的には出力側端面におけるチッピングを防止できる距離に配置する。
【００１８】
また、補強部材３１＿１および補強部材３１＿２は、ファイバ６１＿１，６１＿２をバットジョイントするときにファイバをチップに接着固定する面積を広くする効果をもつ。図１に示した構成では、ファイバ６１＿１，６１＿２側についても接着固定する面積を広くするため、ファイバ６１＿１，６１＿２側にガラスブロック５１＿１，５１＿２を設けている。
【００１９】
図１に示したように、ＬＮチップ１１の出力側端面は、光導波路１１ａにおける信号光の進行方向に対して傾斜した構成を有する。傾斜は、信号光の一部が上方向に反射するように形成する。加えて、図１に示した光導波路デバイスは、出力側端面の上方に設けた補強部材３１＿２の上に受光素子４１を有する。受光素子４１には、出力側端面で反射した信号光が入射する。
【００２０】
かかる構造によって、図１に示した光導波路デバイスは、受光素子４１が信号光の一部を直接モニタ光として効率よく取り出すことができる。このため、信号光とモニタ光は同位相となり、モニタ光に基づいて制御を行うことでバイアスシフトの発生を抑制することができる。
【００２１】
図２は、図１に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。受光素子４１を補強部材から空間的に離して配置すると補強部材上面で再び光が反射し、モニタ光の光量が減衰したり、不要な迷光が増えたりする。このため、受光素子４１は補強部材３１＿２とほぼ同じ、もしくは補強部材３１＿２よりも大きい屈折率をもつ接着剤７１等で補強部材３１＿２に接着固定することが望ましい。
【００２２】
また、ＬＮチップ１１の上面の境界面で反射光が全反射して受光素子４１に入射できない場合やＬＮチップ１１の端面で全反射してファイバ６１＿２に入射できない場合を防ぐよう角度設計や材料を選択する。
【００２３】
ＬＮチップ１１の屈折率をｎ１、補強部材３１＿２の屈折率をｎ２、接着剤７１の屈折率をｎ３、ファイバ６１＿１の屈折率をｎ４とする。信号光の出力端面に対する角度をθ１、補強部材３１＿２に反射した信号光の入射角度をθ２、受光素子４１への反射光の入射角度をθ３、ファイバ６１＿２に透過した信号光の入射角度をθ４とする。この場合、角度設計や材料は、
ｎ１／ｎ２×ｓｉｎ（９０°−２θ１）＜１
ｎ２／ｎ３×ｓｉｎ（θ２）＜１
ｎ１／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１
を満足するように選択すればよい。ニオブ酸リチウムを導波路材料および補強部材に選んだ場合、端面角度は３０度程度となる。
【００２４】
［光導波路の説明］
図３は、光導波路によって形成されるマッハツェンダ型外部変調器の説明図である。図３に示したＬＮチップ１０は、光導波路と電極２０によってマッハツェンダ型外部変調器として動作する。ＬＮ変調器の出力光は、Ｚ−ｃｕｔ変調器の場合、出力Ｐｏｕｔが
Ｐｏｕｔ ＝ ４ｋ（１−ｋ）ｃｏｓ２（Δφ）
となる。ここで、ｋはマッハツェンダ干渉計のカプラの分岐比であり、通常０.５である。また、Δφは、マッハツェンダ干渉計の枝間の位相差である。
【００２５】
図４は、光出力Ｐｏｕｔと動作点の変動についての説明図である。図４に示したように、ＬＮ変調器は、温度により動作点がシフトする温度ドリフトや、直流電圧を印加することにより動作点がシフトするＤＣドリフトを潜在的に持つ。このため、所望の動作点と出力で動作させる為には出力光をモニタし、バイアス電圧を印加することとなる。
【００２６】
図５は、マッハツェンダ干渉計のカプラ部で発生する不要光をモニタする場合の説明図である。図５に示したＬＮチップ１０ａは、Ｙ分岐などの１×２カプラであり、出力光信号と同一の面から出力された不要光をフォトダイオードなどの受光素子４０ａで受光する構成である。また、図５に示したＬＮチップ１０ｂは、方向性結合器などの２×２カプラであり、ＬＮチップ１０ｂの内部に反射溝を設けて不要光を反射させ、出力光信号と異なる面から出力された不要光をフォトダイオードなどの受光素子４０ｂで受光する構成である。
【００２７】
図６に示したように、不要光をモニタ光として受光する構成では、信号光とモニタ光は逆位相、すなわち信号光がＯＮ状態のときモニタ光はＯＦＦ状態、信号光がＯＦＦ状態のとき信号光はＯＮ状態になる。信号光の位相とモニタ光の位相が異なると、伝送方式によっては制御が煩雑になる。
【００２８】
このように不要光をモニタする構成に対し、図１に示した光導波路デバイスは、出力側端面で信号光の一部を反射させ、モニタ光として使用するので、信号光と同位相のモニタ光を得ることかできる。
【００２９】
［製造方法］
図１に示した光導波路デバイスの製造方法について説明する。図７は、本実施例に係る光導波路デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。まず、ウェハ状のＬＮ基板上に導波路を形成し（ステップＳ１）、導波路上に電極などを積層して形成する（ステップＳ２）。
【００３０】
そして、導波路と電極が形成されたＬＮ基板を切断してＬＮチップを切り出すダイシングを行う（ステップＳ３）。このダイシングにおいて、出力側端面は、光導波路における信号光の進行方向に対して傾斜するよう形成する。
【００３１】
切り出したＬＮチップの出力側端面において反射した信号光を受光する位置に受光素子を形成する（ステップＳ４）ことで、図１に示した光導波路デバイスを得ることができる。
【００３２】
図８は、導波路の形成について説明する説明図である。図８に示したように、まず、ＬｉＮｂＯ３基板１０１上に導波路となるべきＴｉ層１０２の蒸着を１０００Åおこなう（ステップＳ１ａ）。
【００３３】
蒸着後のＴｉ層１０２上にフォトレジスト１０３を１μｍ前後塗布する。一般的なフォトリソグラフィー法によりレジストをパターニングする。このレジストをマスクにＴｉ層１０２をパタン化する（ステップＳ１ｂ）。パタン化に際しては、ドライエッチングでもウェットエッチングでも良い。このとき変調器やスイッチ、フィルタ、ＶＯＡ（Variable Optical Attenuator）等で一般的な方向性結合器やＹ分岐を使用したマッハツェンダ干渉計を構成する。
【００３４】
パタン化を行った後、Ｔｉ層１０２を１０００℃〜１１００℃にてＬＮ基板１０１内に拡散し、導波路の形成を行う（ステップＳ１ｃ）ここで、Ｔｉに代えてにＭｇを用いてもよい。また、プロトン交換法を用いて導波路を形成してもよい。
【００３５】
図９は、電極の形成について説明する説明図である。電極による光の吸収損失防止やインピーダンス整合用のバッファ層となるＳｉＯ２層１０４と、温度ドリフトを抑圧するＳｉ層１０５のコーティングをウェハ上面に施す(ステップＳ２ａ)。ＳｉＯ２層１０４の蒸着はスパッタや電子ビーム（ＥＢ）蒸着器等を使用する。ＳｉＯ２層１０４の厚さは必要帯域や電気反射量により最適化されるが、一例として０．５μｍ〜１．０μｍ程度である。Ｓｉ層１０５もスパッタ等にて蒸着し、厚みは０．１μｍ前後とする。
【００３６】
Ｓｉ層１０５の上に電極Ａｕメッキ形成用の下地としてＡｕの蒸着を行う。これもＥＢ蒸着器等にて０．１μｍ程度蒸着する。そして、レジストパターン化後、エッチングをおこなって電極用Ａｕ層１０６をメッキする。メッキ厚もＳｉＯ２層１０４同様に帯域及び電気反射等により最適化されるが、一例として５〜２０μｍ程度である（ステップＳ２ｂ）。
【００３７】
図１０は、チップの切り出しについて説明する説明図である。導波路を形成し、電極を積層してチップパタン形成領域１１２を作成したウェハ１１０に対し、チップカットを行う際に補強部材１１１をチップの端面になる場所に貼る（ステップＳ３ａ）。このとき、所望の端面角度がつくように角度のついた台座１１３にウエハを固定するなどしてダイシングソーのブレード１１４にてチップの切り出しを行う（ステップＳ３ｂ）。
【００３８】
その後、チップを変調器のパッケージに実装し、受光素子を補強部材の上に接着し、ファイバを光軸調整して固定する。ファイバの固定方法は図１にはバットジョイントで示したが、レンズを用いた結合形でもよい。
【００３９】
開示の構成は、ＬＮ変調器だけでなく、ＬＮのように電気光学係数の大きい他の誘電体や高分子材料を用いても形成でき、ＬＮ変調器と同様の光回路パタンで可変減衰器を形成することもできる。
【００４０】
図１１は、他の誘電体や高分子材料を用いる場合の導波路形成の説明図である。まず、Ｓｉやガラスの基板１２１に高分子材料をスピンナなどを用いて塗布し、厚さ２０μｍ程度のアンダークラッド１２２を形成する（ステップＳ５ａ）。
【００４１】
つぎに、同様にスピンナなどを用いてコア材料１２３の薄膜を厚さ７μｍ程度に形成する（ステップＳ５ｂ）。コア材料１２３の薄膜の上にレジスト１２４を塗り，フォトリソグラフィー法によりレジストを所望の導波路回路になるようにパターニングする（ステップＳ５ｃ）。そして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などによりコア材料１２３を加工し、コア１２３ａを形成する（ステップＳ５ｄ）。
【００４２】
コア１２３ａの上に、アンダークラッド１２２と同様の手法で２０μｍ程度の膜厚のオーバークラッド１２５を形成する（ステップＳ５ｅ）。
【００４３】
図１２は、他の誘電体や高分子材料を用いる場合の電極形成の説明図である。アンダークラッド１２２、コア１２３ａおよびオーバークラッド１２５を形成した上に、電極材料１２６となるＡｕをＥＢ蒸着器等にて０．２μｍ程度蒸着する（ステップＳ６ａ）。
【００４４】
電極材料１２６の上にフォトレジスト１２７を塗布してパターンニングする（ステップＳ６ｂ）。そして、エッチングによって電極材料を加工し（ステップＳ６ｃ）、レジストを除去して（ステップＳ６ｄ）、電極パターンを得る。なお、チップ化と実装についてはＬＮ変調器の場合と同一であるので、説明を省略する。
【００４５】
また、電気光学効果ではなく熱光学効果を利用して、ガラス導波路を用いたＰＬＣ(Planar Lightwave Circuit)で形成した可変減衰器などの光モニタリングを利用する光素子に開示の技術を適用してもよい。その場合の光回路の構成も、これまで説明した素子と同じ構成になる。
【００４６】
具体的には、まず、Ｓｉ基板あるいはガラス基板に厚さ２０μｍ程度のアンダークラッドを形成する。アンダークラッドの形成方法としては火炎堆積法、ＣＶＤ法、スパッタ法などがある。続いて同様の方法でコア材料を厚さ7ｕｍ程度の薄膜に形成する。
【００４７】
コア材料の上にレジストを塗り、フォトリソグラフィー法によりレジストを所望の導波路回路になるようにパターニングして、ＲＩＥなどによりコアを形成する。コアの上からオーバークラッド部分をアンダークラッド部と同様の手法で２０μｍ程度の膜厚で形成する。
【００４８】
オーバークラッドの上に、電極となるＰｔをＥＢ蒸着器等にて０．２μｍ程度蒸着する。そしてレジストパターン化後エッチングをおこない、電極パターンを形成する。
【００４９】
［変形例］
図１に示した光導波路デバイスの変形例について説明する。図１３に示した光導波路デバイスは、受光素子４２を実装する出力側端面の補強部材３２＿２の上面を荒らした表面３２ａを形成し、光が散乱するように構成している。図１４は、図１３に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【００５０】
図１３，図１４に示した構成では、接着剤は不要となり、材料の選択および端面角度は、
ｎ１／ｎ２×ｓｉｎ（９０°−２θ１）＜１
ｎ１／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１
の２式を満足すればよく、設計の自由度が広がる。なお、補強部材３２＿１，３２＿２および受光素子４２以外の構成、屈折率、角度については図１および図２と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。また、補強部材３２＿１は、補強部材３１＿１と同一の構成とする。
【００５１】
図１５に示した光導波路デバイスは、受光素子４３を補強部材３３＿２の導波路の入力側の側面に接着剤７２で実装した構成である。図１６は、図１５に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【００５２】
図１５，図１６に示した構成では、
ｎ１／ｎ２×ｓｉｎ（９０°−２θ１）＜１
ｎ２／ｎ３×ｓｉｎ（θ２）＜１
ｎ１／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１
を満たすように材料の選択および端面角度の設計を行う。また、受光素子４３側の補強部材３３＿２の面を光が散乱するように荒らしておけば、図１３、図１４に示した構成と同様に設計自由度が広がる。
【００５３】
また補強部材３３＿２と受光素子４３の境界面での反射光が迷光となって、受光素子４３に入り込むのを防ぐため、その反射光が散乱するように補強部材３３＿２の上面を荒らしておくことが望ましい。
【００５４】
なお、補強部材３３＿１，３３＿２、受光素子４３、接着剤７２以外の構成、屈折率、角度については図１および図２と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。また、補強部材３３＿１は、補強部材３１＿１と同一の構成とする。
【００５５】
図１７に示した光導波路デバイスは、受光素子４４をＬＮチップ１２の側面に接着剤７３にて実装した構成である。図１８は、図１７に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【００５６】
図１７，図１８に示した構成では、ＬＮチップ１２の出力側端面は信号光を基板の面方向、すなわち横方向に反射する傾斜を有し、受光素子４４を基板の積層方向に対して平行な面、すなわちＬＮチップ１２の側面に設けている。また、ＬＮチップ１２の入力側端面も出力側端面と平行である。
【００５７】
このため、補強部材３４＿１，３４＿２、ファイバ６２＿１，６２＿２、ガラスブロック５２＿１，５２＿２についてもＬＮチップ１２の入力側端面および出力側端面の角度に合わせて傾斜を持たせている。
【００５８】
図１７，図１８に示した構成では、補強部材３４＿１，３４＿２の材料の選択は自由であり、端面角度は
ｎ１／ｎ３×ｓｉｎ（９０°−２θ１）＜１
ｎ1／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１
を満たすようにする。
【００５９】
ここで、ＬＮチップ１２の屈折率はｎ１、接着剤７３の屈折率はｎ３、ファイバ６２＿１の屈折率はｎ４である。そして、信号光の出力端面に対する角度はθ１、反射光のＬＮチップ１２の側面に対する角度がθ２、ファイバ６２＿２に透過した信号光の入射角度がθ４である。
【００６０】
加えて、受光素子４４側のチップの側面を光が散乱するように荒らしておけばｎ1／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１のみを満足すればよく、設計自由度が広がる。なお、接着剤７３による固定は必須ではなく、受光素子４４とＬＮチップ１２との間に空気がある場合には空気の屈折率をｎ３とする。
【００６１】
また、図１７，図１８に示した構成では、チップの製造工程の切り出しにおいて、台座に角度を設ける必要はない。
【００６２】
図１９に示した光導波路デバイスは、受光素子４５をＬＮチップ１３の下面に接着剤７４にて実装した構成である。図２０は、図１９に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【００６３】
図１９，図２０に示した構成では、ＬＮチップ１３の出力側端面は信号光を基板の積層方向に対して反対方向、すなわち下方向に反射する傾斜を有し、受光素子をＬＮチップ１３の下面に設けている。また、ＬＮチップ１３の入力側端面も出力側端面と平行である。
【００６４】
このため、補強部材３５＿１，３５＿２、ファイバ６３＿１，６３＿２、ガラスブロック５３＿１，５３＿２についてもＬＮチップ１３の入力側端面および出力側端面の角度に合わせて傾斜を持たせている。
【００６５】
図１９，図２０に示した構成では、補強部材３５＿１，３５＿２の材料の選択は自由であり、端面角度は
ｎ１／ｎ３×ｓｉｎ（９０°−２θ１）＜１
ｎ1／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１
を満たすようにする。
【００６６】
ここで、ＬＮチップ１３の屈折率はｎ１、接着剤７４の屈折率はｎ３、ファイバ６３＿１の屈折率はｎ４である。そして、信号光の出力端面に対する角度はθ１、反射光のＬＮチップ１３の下面に対する角度がθ２、出力側端面で反射して接着剤７４に入射した信号光の入射角度がθ３、ファイバ６３＿２に透過した信号光の入射角度がθ４である。
【００６７】
加えて、受光素子４５側のＬＮチップ１３の側面を光が散乱するように荒らしておけばｎ1／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１のみを満足すればよく、設計自由度が広がる。また、接着剤７４による固定は必須ではなく、受光素子４５とＬＮチップ１３との間に空気がある場合には空気の屈折率をｎ３とする。
【００６８】
図２１に示した光導波路デバイスは、出力側端面の透過光をモニタ光として受光する構成である。図２２は、図２１に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【００６９】
図２１，図２２に示した構成では、ＬＮチップ１４の出力側端面は信号光の大部分を基板の面方向、すなわち横方向に反射する傾斜を有し、受光素子４６をＬＮチップ１４の出力側端面に設けている。そして、出力側端面で反射した反射光をＬＮチップ１４の側面に光学的に結合したファイバ６４＿２から取り出して信号光として使用する。
【００７０】
このため、補強部材３６＿１，３６＿２、ファイバ６４＿１、ガラスブロック５４＿１についてもＬＮチップ１４の入力側端面および出力側端面の角度に合わせて傾斜を持たせている。加えて、ファイバ６４＿２、ガラスブロック５４＿２は、ＬＮチップ１４の側面から信号光を取り出すために適切な角度を有して形成する。
【００７１】
図２１，図２２に示した構成では、補強部材３６＿１，３６＿２の材料の選択は自由であり、端面角度は、
ｎ１×ｓｉｎ（θ１）＜１
ｎ１／ｎ４×ｓｉｎ（θ２）＜１
を満たせばよい。
【００７２】
加えて、ファイバ６４＿２との挿入損失を低減するため、ＬＮチップ１４の出力側端面の反射点から側面のファイバ６４＿２との結合部まで導波路を形成しておくことが望ましい。
【００７３】
これまでに示した構成は、複数の受光素子を有する光導波路デバイスにも適用可能である。図２３は、複数の受光素子を有する光導波路デバイスの構成例である。図２３に示した光導波路デバイスは、ＬＮチップ１５に導波路１５ａを形成し、電極２２を設けた構成を有する。導波路１５ａの一端は、ファイバ６５＿１と光学的に結合し、ファイバ６５＿１から光信号の入力を受ける入力側端面となる。
【００７４】
また、導波路１５ａは、２つの光信号を合波素子２３に出力する。合波素子２３は２つの光信号を合波し、ファイバ６５＿２に出力する。ガラスブロック５５＿１は、ファイバ６５＿１とＬＮチップ１５との接続を補助する。同様に、ガラスブロック５５＿２は、ファイバ６５＿２と合波素子２３との接続を補助する。
【００７５】
補強部材３７＿１は、ＬＮチップ１５の入力側端面の近傍に配置され、ダイシング工程での入力側端面のチッピングを防止する。補強部材３７＿２は、ＬＮチップ１５の出力側端面の近傍に配置され、ダイシング工程での出力側端面のチッピングを防止する。
【００７６】
補強部材３７＿２の上には、２つの光信号に対応する２つの受光素子４７を有する。この２つの受光素子４７によってＬＮチップ１５の出力側端面で反射した２つの光信号をモニタすることができる。
【００７７】
なお、図２３では、補強部材３７＿２の上に受光素子４７を配置する場合について説明したが、ＬＮチップ１５の下面に受光素子を配置する構成とすることもできる。
【００７８】
また、図２４に示したように、補強部材３７＿２の側面に受光素子４８を配置してもよい。他の構成については図２３と同一であるので、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７９】
図２５は、信号光が横方向に反射するようにＬＮチップ１６と合波素子２４との境界を傾斜させた構成である。この構成では、ＬＮチップ１６の出力側の端面２４ａの傾斜によって導波路１６ａの２つの出力側の長さが異なるため、受光素子４９をＬＮチップ１６の側面に横方向に並べて配置することで、２つの反射光を得ることができる。また、補強部材３８＿１，３８＿２についても、ＬＮチップ１６の出力側端面と入力側端面の形状に合わせる。他の構成については図２３と同一であるので、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
上述してきたように、本実施例に係る光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法は、導波路の出力側端面の端面に傾斜を持たせて信号光の一部を反射させ、反射光もしくは透過光を受光素子によってモニタ光として受光する。このため、簡易な構成で信号光と同位相のモニタリングを行うことのできる光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法を得ることができる。
【００８１】
以上の各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００８２】
（付記１）光導波路が形成された基板と、
前記光導波路における信号光の進行方向に対して傾斜した出力側端面と、
前記出力側端面において反射した信号光を受光する受光素子と、
を備えたことを特徴とする光導波路デバイス。
【００８３】
（付記２）前記受光素子が受光した信号光をモニタ用信号光として用いることを特徴とする付記１に記載の光導波路デバイス。
【００８４】
（付記３）前記光導波路は、少なくとも一つのマッハツェンダ干渉計を形成することを特徴とする付記１または２に記載の光導波路デバイス。
【００８５】
（付記４）前記光導波路は、外部変調器を形成することを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００８６】
（付記５）前記基板はＬｉＮｂＯ３であり、前記光導波路はＴｉ拡散、Ｍｇ拡散、プロトン交換のいずれかで形成されたことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００８７】
（付記６）前記基板はＳｉまたはガラスであり、前記光導波路を高分子材料で形成したことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００８８】
（付記７）前記基板はＳｉであり、前記光導波路は火炎堆積法によるガラス、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によるガラス、スパッタ法によるガラスのいずれかで形成したことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００８９】
（付記８）前記出力側端面は前記信号光を前記基板の積層方向に反射する傾斜を有し、前記受光素子を前記基板の積層方向側の面に設けたことを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９０】
（付記９）前記出力側端面は前記信号光を前記基板の積層方向に対して反対方向に反射する傾斜を有し、前記受光素子を前記基板の積層方向の面に対向する面に設けたことを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９１】
（付記１０）前記出力側端面は前記信号光を前記基板の面方向に反射する傾斜を有し、前記受光素子を前記基板の積層方向に対して平行な面に設けたことを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９２】
（付記１１）前記受光素子は、前記反射した信号光を前記基板の非光導波路領域を介して受光することを特徴とする付記１〜１０のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９３】
（付記１２）前記基板の積層方向側の面、かつ前記出力端面側の近傍に配置された補強部材を更に備え、
前記受光素子は、前記補強部材の積層方向側の面もしくは前記積層方向に対して平行な面に設けたことを特徴とする付記１１に記載の光導波路デバイス。
【００９４】
（付記１３）前記受光素子は、前記透過した信号光を受光することを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９５】
（付記１４）前記光導波路は複数の光信号を出力し、
前記光導波路が出力した複数の光信号を合波する光合波素子を更に備えたことを特徴とする付記１〜１３のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９６】
（付記１５）光導波路が形成された基板を切断し、前記光導波路における信号光の進行方向に対して傾斜した出力側端面を形成するステップと、
前記出力側端面において反射した信号光を受光する位置に受光素子を形成するステップと
を含んだことを特徴とする光導波路デバイス製造方法。
【符号の説明】
【００９７】
１０〜１６，１０ａ，１０ｂ ＬＮチップ
１１ａ，１５ａ，１６ａ 導波路
２０〜２２ 電極
２３〜２４ 合波素子
２４ａ 端面
３１＿１〜３８＿１，３１＿２〜３８＿２，１１１ 補強部材
４０ａ，４０ｂ，４１〜４９ 受光素子
５１＿１〜５５＿１，５１＿２〜５５＿２ ガラスブロック
６１＿１〜６５＿１，６１＿２〜６５＿２ ファイバ
７１〜７４ 接着剤
１０１ ＬＮ基板
１０２ Ｔｉ層
１０３，１２４，１２７ フォトレジスト
１０４ ＳｉＯ２層
１０５ Ｓｉ層
１０６ Ａｕ層
１１０ ウェハ
１１２ チップパタン形成領域
１１３ 台座
１１４ ブレード
１２１ 基板
１２２ アンダークラッド
１２３ コア材料
１２３ａ コア
１２５ オーバークラッド
１２６ 電極材料
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムの変調器として、半導体を使用した直接変調及びＬｉＮｂＯ３(ニオブ酸リチウム)等を使用したマッハツェンダ型外部変調器が知られている。このうち、外部変調器は、高速特性や波長特性が直接変調に比較し有利である為、特に１０ＧＨｚ以上の高速光通信システムに広く用いられている。
【０００３】
ＬｉＮｂＯ３外部変調器(以下ＬＮ変調器)では、温度により動作点がシフトする現象、いわゆる温度ドリフトや、直流（DC：Direct Current）電圧を印加することにより動作点がシフトする現象、いわゆるＤＣドリフトが発生する。したがって、所望の動作点にて動作させ、所望の出力を得る為には常に出力光をモニタし、バイアス電圧として直流電圧を印加することとなる。そこで、出力光をモニタするフォトダイオードをＬＮ変調器内部に内蔵する手法が提案されている。
【０００４】
フォトダイオードを内蔵する構成として、マッハツェンダ干渉計のカプラ部で発生する不要光をモニタする構成が知られている。不要光を受光した場合、信号光とモニタ光は逆位相、すなわち信号光がＯＮ状態のときモニタ光はＯＦＦ状態となり、信号光がＯＦＦ状態のとき信号光はＯＮ状態になる。
【０００５】
一方で、ＲＺ(Return to Zero)方式やＮＲＺ(Non Return to Zero)伝送方式だけでなく、差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）伝送方式、ＤｕｏＢｉｎａｒｙ伝送方式など各種の伝送方式が検討されている。利用する伝送方式によっては、信号光とモニタ光の位相を揃えることで、制御を容易にすることが求められる。
【０００６】
そこで、信号光と同位相のモニタリングを行うため、導波路上に直接フォトダイオードを配置する構造も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２１５３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、導波路上に直接モニタ用のフォトダイオードを配置する構成は、製造に際し、複雑で精密な工程が求められるという問題点があった。
【０００９】
このため、簡易な構成で信号光と同位相のモニタリングを行うことのできる光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法の実現が重要な課題となっていた。
【００１０】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で信号光と同位相のモニタリングを行うことのできる光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願の開示する光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法は、光導波路が形成された基板に信号光の進行方向に対して傾斜した出力側端面を設け、出力側端面において反射した信号光を受光する受光素子を配置する。
【発明の効果】
【００１２】
本願の開示する光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法によれば、簡易な構成で信号光と同位相のモニタリングを行うことのできる光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施例に係る光導波路デバイスの構成図である。
【図２】図２は、図１に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図３】図３は、光導波路によって形成されるマッハツェンダ型外部変調器の説明図である。
【図４】図４は、光出力Ｐｏｕｔと動作点の変動についての説明図である。
【図５】図５は、マッハツェンダ干渉計のカプラ部で発生する不要光をモニタする場合の説明図である。
【図６】図６は、信号光とモニタ光の位相についての説明図である。
【図７】図７は、本実施例に係る光導波路デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。
【図８】図８は、導波路の形成について説明する説明図である。
【図９】図９は、電極の形成について説明する説明図である。
【図１０】図１０は、チップの切り出しについて説明する説明図である。
【図１１】図１１は、他の誘電体や高分子材料を用いる場合の導波路形成の説明図である。
【図１２】図１２は、他の誘電体や高分子材料を用いる場合の電極形成の説明図である。
【図１３】図１３は、補強部材の上面を荒らした光導波路デバイスの構成図である。
【図１４】図１４は、図１３に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図１５】図１５は、補強部材の側面に受光素子を配置した光導波路デバイスの構成図である。
【図１６】図１６は、図１５に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図１７】図１７は、ＬＮチップの側面に受光素子を配置した光導波路デバイスの構成図である。
【図１８】図１８は、図１７に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図１９】図１９は、ＬＮチップの下面に受光素子を配置した光導波路デバイスの構成図である。
【図２０】図２０は、図１９に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図２１】図２１は、出力側端面の透過光をモニタ光として受光する光導波路デバイスの構成図である。
【図２２】図２２は、図２１に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【図２３】図２３は、複数の受光素子を有する光導波路デバイスの構成図である。（その１）
【図２４】図２４は、複数の受光素子を有する光導波路デバイスの構成図である。（その２）
【図２５】図２５は、複数の受光素子を有する光導波路デバイスの構成図である。（その３）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本願の開示する光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の具体的な実施例に本発明を限定するものではない。
【実施例】
【００１５】
［装置の構成］
図１は、実施例に係る光導波路デバイスの構成図である。図１に示したように光導波路デバイスは、ＬｉＮｂＯ３チップ（以下ＬＮチップ）１１に導波路１１ａを形成し、電極２１を設けた構成を有する。導波路１１ａの一端は、ファイバ６１＿１と光学的に結合し、ファイバ６１＿１から光信号の入力を受ける入力側端面となる。また、導波路１１ａの他端は、ファイバ６１＿２と光学的に結合し、ファイバ６１＿２に光信号を出力する出力側端面となる。
【００１６】
ＬＮチップ１１は、後述するように、ウェハ上に電極等を積層し、ダイシングによって切り出して製造する。図１に示した光導波路デバイスは、ＬＮチップ１１の積層方向側の面、かつ入力端面側の近傍に補強部材３１＿１を有する。同様に、図１に示した光導波路デバイスは、ＬＮチップ１１の積層方向側の面、かつ出力端面側の近傍に補強部材３１＿２を有する。以降の説明では、積層方向を上方向として説明する。
【００１７】
補強部材３１＿１および補強部材３１＿２は、ＬＮチップ１１を形成するプロセスのダイシング工程でチップ表面付近の導波路にチッピングが起こらないように配置するものである。したがって、補強部材３１＿１は、入力側端面の近傍、具体的には入力側端面におけるチッピングを防止できる距離に配置する。同様に、補強部材３１＿２は、出力端面側の近傍、具体的には出力側端面におけるチッピングを防止できる距離に配置する。
【００１８】
また、補強部材３１＿１および補強部材３１＿２は、ファイバ６１＿１，６１＿２をバットジョイントするときにファイバをチップに接着固定する面積を広くする効果をもつ。図１に示した構成では、ファイバ６１＿１，６１＿２側についても接着固定する面積を広くするため、ファイバ６１＿１，６１＿２側にガラスブロック５１＿１，５１＿２を設けている。
【００１９】
図１に示したように、ＬＮチップ１１の出力側端面は、光導波路１１ａにおける信号光の進行方向に対して傾斜した構成を有する。傾斜は、信号光の一部が上方向に反射するように形成する。加えて、図１に示した光導波路デバイスは、出力側端面の上方に設けた補強部材３１＿２の上に受光素子４１を有する。受光素子４１には、出力側端面で反射した信号光が入射する。
【００２０】
かかる構造によって、図１に示した光導波路デバイスは、受光素子４１が信号光の一部を直接モニタ光として効率よく取り出すことができる。このため、信号光とモニタ光は同位相となり、モニタ光に基づいて制御を行うことでバイアスシフトの発生を抑制することができる。
【００２１】
図２は、図１に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。受光素子４１を補強部材から空間的に離して配置すると補強部材上面で再び光が反射し、モニタ光の光量が減衰したり、不要な迷光が増えたりする。このため、受光素子４１は補強部材３１＿２とほぼ同じ、もしくは補強部材３１＿２よりも大きい屈折率をもつ接着剤７１等で補強部材３１＿２に接着固定することが望ましい。
【００２２】
また、ＬＮチップ１１の上面の境界面で反射光が全反射して受光素子４１に入射できない場合やＬＮチップ１１の端面で全反射してファイバ６１＿２に入射できない場合を防ぐよう角度設計や材料を選択する。
【００２３】
ＬＮチップ１１の屈折率をｎ１、補強部材３１＿２の屈折率をｎ２、接着剤７１の屈折率をｎ３、ファイバ６１＿１の屈折率をｎ４とする。信号光の出力端面に対する角度をθ１、補強部材３１＿２に反射した信号光の入射角度をθ２、受光素子４１への反射光の入射角度をθ３、ファイバ６１＿２に透過した信号光の入射角度をθ４とする。この場合、角度設計や材料は、
ｎ１／ｎ２×ｓｉｎ（９０°−２θ１）＜１
ｎ２／ｎ３×ｓｉｎ（θ２）＜１
ｎ１／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１
を満足するように選択すればよい。ニオブ酸リチウムを導波路材料および補強部材に選んだ場合、端面角度は３０度程度となる。
【００２４】
［光導波路の説明］
図３は、光導波路によって形成されるマッハツェンダ型外部変調器の説明図である。図３に示したＬＮチップ１０は、光導波路と電極２０によってマッハツェンダ型外部変調器として動作する。ＬＮ変調器の出力光は、Ｚ−ｃｕｔ変調器の場合、出力Ｐｏｕｔが
Ｐｏｕｔ ＝ ４ｋ（１−ｋ）ｃｏｓ２（Δφ）
となる。ここで、ｋはマッハツェンダ干渉計のカプラの分岐比であり、通常０.５である。また、Δφは、マッハツェンダ干渉計の枝間の位相差である。
【００２５】
図４は、光出力Ｐｏｕｔと動作点の変動についての説明図である。図４に示したように、ＬＮ変調器は、温度により動作点がシフトする温度ドリフトや、直流電圧を印加することにより動作点がシフトするＤＣドリフトを潜在的に持つ。このため、所望の動作点と出力で動作させる為には出力光をモニタし、バイアス電圧を印加することとなる。
【００２６】
図５は、マッハツェンダ干渉計のカプラ部で発生する不要光をモニタする場合の説明図である。図５に示したＬＮチップ１０ａは、Ｙ分岐などの１×２カプラであり、出力光信号と同一の面から出力された不要光をフォトダイオードなどの受光素子４０ａで受光する構成である。また、図５に示したＬＮチップ１０ｂは、方向性結合器などの２×２カプラであり、ＬＮチップ１０ｂの内部に反射溝を設けて不要光を反射させ、出力光信号と異なる面から出力された不要光をフォトダイオードなどの受光素子４０ｂで受光する構成である。
【００２７】
図６に示したように、不要光をモニタ光として受光する構成では、信号光とモニタ光は逆位相、すなわち信号光がＯＮ状態のときモニタ光はＯＦＦ状態、信号光がＯＦＦ状態のとき信号光はＯＮ状態になる。信号光の位相とモニタ光の位相が異なると、伝送方式によっては制御が煩雑になる。
【００２８】
このように不要光をモニタする構成に対し、図１に示した光導波路デバイスは、出力側端面で信号光の一部を反射させ、モニタ光として使用するので、信号光と同位相のモニタ光を得ることかできる。
【００２９】
［製造方法］
図１に示した光導波路デバイスの製造方法について説明する。図７は、本実施例に係る光導波路デバイスの製造方法を説明するフローチャートである。まず、ウェハ状のＬＮ基板上に導波路を形成し（ステップＳ１）、導波路上に電極などを積層して形成する（ステップＳ２）。
【００３０】
そして、導波路と電極が形成されたＬＮ基板を切断してＬＮチップを切り出すダイシングを行う（ステップＳ３）。このダイシングにおいて、出力側端面は、光導波路における信号光の進行方向に対して傾斜するよう形成する。
【００３１】
切り出したＬＮチップの出力側端面において反射した信号光を受光する位置に受光素子を形成する（ステップＳ４）ことで、図１に示した光導波路デバイスを得ることができる。
【００３２】
図８は、導波路の形成について説明する説明図である。図８に示したように、まず、ＬｉＮｂＯ３基板１０１上に導波路となるべきＴｉ層１０２の蒸着を１０００Åおこなう（ステップＳ１ａ）。
【００３３】
蒸着後のＴｉ層１０２上にフォトレジスト１０３を１μｍ前後塗布する。一般的なフォトリソグラフィー法によりレジストをパターニングする。このレジストをマスクにＴｉ層１０２をパタン化する（ステップＳ１ｂ）。パタン化に際しては、ドライエッチングでもウェットエッチングでも良い。このとき変調器やスイッチ、フィルタ、ＶＯＡ（Variable Optical Attenuator）等で一般的な方向性結合器やＹ分岐を使用したマッハツェンダ干渉計を構成する。
【００３４】
パタン化を行った後、Ｔｉ層１０２を１０００℃〜１１００℃にてＬＮ基板１０１内に拡散し、導波路の形成を行う（ステップＳ１ｃ）ここで、Ｔｉに代えてにＭｇを用いてもよい。また、プロトン交換法を用いて導波路を形成してもよい。
【００３５】
図９は、電極の形成について説明する説明図である。電極による光の吸収損失防止やインピーダンス整合用のバッファ層となるＳｉＯ２層１０４と、温度ドリフトを抑圧するＳｉ層１０５のコーティングをウェハ上面に施す(ステップＳ２ａ)。ＳｉＯ２層１０４の蒸着はスパッタや電子ビーム（ＥＢ）蒸着器等を使用する。ＳｉＯ２層１０４の厚さは必要帯域や電気反射量により最適化されるが、一例として０．５μｍ〜１．０μｍ程度である。Ｓｉ層１０５もスパッタ等にて蒸着し、厚みは０．１μｍ前後とする。
【００３６】
Ｓｉ層１０５の上に電極Ａｕメッキ形成用の下地としてＡｕの蒸着を行う。これもＥＢ蒸着器等にて０．１μｍ程度蒸着する。そして、レジストパターン化後、エッチングをおこなって電極用Ａｕ層１０６をメッキする。メッキ厚もＳｉＯ２層１０４同様に帯域及び電気反射等により最適化されるが、一例として５〜２０μｍ程度である（ステップＳ２ｂ）。
【００３７】
図１０は、チップの切り出しについて説明する説明図である。導波路を形成し、電極を積層してチップパタン形成領域１１２を作成したウェハ１１０に対し、チップカットを行う際に補強部材１１１をチップの端面になる場所に貼る（ステップＳ３ａ）。このとき、所望の端面角度がつくように角度のついた台座１１３にウエハを固定するなどしてダイシングソーのブレード１１４にてチップの切り出しを行う（ステップＳ３ｂ）。
【００３８】
その後、チップを変調器のパッケージに実装し、受光素子を補強部材の上に接着し、ファイバを光軸調整して固定する。ファイバの固定方法は図１にはバットジョイントで示したが、レンズを用いた結合形でもよい。
【００３９】
開示の構成は、ＬＮ変調器だけでなく、ＬＮのように電気光学係数の大きい他の誘電体や高分子材料を用いても形成でき、ＬＮ変調器と同様の光回路パタンで可変減衰器を形成することもできる。
【００４０】
図１１は、他の誘電体や高分子材料を用いる場合の導波路形成の説明図である。まず、Ｓｉやガラスの基板１２１に高分子材料をスピンナなどを用いて塗布し、厚さ２０μｍ程度のアンダークラッド１２２を形成する（ステップＳ５ａ）。
【００４１】
つぎに、同様にスピンナなどを用いてコア材料１２３の薄膜を厚さ７μｍ程度に形成する（ステップＳ５ｂ）。コア材料１２３の薄膜の上にレジスト１２４を塗り，フォトリソグラフィー法によりレジストを所望の導波路回路になるようにパターニングする（ステップＳ５ｃ）。そして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などによりコア材料１２３を加工し、コア１２３ａを形成する（ステップＳ５ｄ）。
【００４２】
コア１２３ａの上に、アンダークラッド１２２と同様の手法で２０μｍ程度の膜厚のオーバークラッド１２５を形成する（ステップＳ５ｅ）。
【００４３】
図１２は、他の誘電体や高分子材料を用いる場合の電極形成の説明図である。アンダークラッド１２２、コア１２３ａおよびオーバークラッド１２５を形成した上に、電極材料１２６となるＡｕをＥＢ蒸着器等にて０．２μｍ程度蒸着する（ステップＳ６ａ）。
【００４４】
電極材料１２６の上にフォトレジスト１２７を塗布してパターンニングする（ステップＳ６ｂ）。そして、エッチングによって電極材料を加工し（ステップＳ６ｃ）、レジストを除去して（ステップＳ６ｄ）、電極パターンを得る。なお、チップ化と実装についてはＬＮ変調器の場合と同一であるので、説明を省略する。
【００４５】
また、電気光学効果ではなく熱光学効果を利用して、ガラス導波路を用いたＰＬＣ(Planar Lightwave Circuit)で形成した可変減衰器などの光モニタリングを利用する光素子に開示の技術を適用してもよい。その場合の光回路の構成も、これまで説明した素子と同じ構成になる。
【００４６】
具体的には、まず、Ｓｉ基板あるいはガラス基板に厚さ２０μｍ程度のアンダークラッドを形成する。アンダークラッドの形成方法としては火炎堆積法、ＣＶＤ法、スパッタ法などがある。続いて同様の方法でコア材料を厚さ7ｕｍ程度の薄膜に形成する。
【００４７】
コア材料の上にレジストを塗り、フォトリソグラフィー法によりレジストを所望の導波路回路になるようにパターニングして、ＲＩＥなどによりコアを形成する。コアの上からオーバークラッド部分をアンダークラッド部と同様の手法で２０μｍ程度の膜厚で形成する。
【００４８】
オーバークラッドの上に、電極となるＰｔをＥＢ蒸着器等にて０．２μｍ程度蒸着する。そしてレジストパターン化後エッチングをおこない、電極パターンを形成する。
【００４９】
［変形例］
図１に示した光導波路デバイスの変形例について説明する。図１３に示した光導波路デバイスは、受光素子４２を実装する出力側端面の補強部材３２＿２の上面を荒らした表面３２ａを形成し、光が散乱するように構成している。図１４は、図１３に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【００５０】
図１３，図１４に示した構成では、接着剤は不要となり、材料の選択および端面角度は、
ｎ１／ｎ２×ｓｉｎ（９０°−２θ１）＜１
ｎ１／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１
の２式を満足すればよく、設計の自由度が広がる。なお、補強部材３２＿１，３２＿２および受光素子４２以外の構成、屈折率、角度については図１および図２と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。また、補強部材３２＿１は、補強部材３１＿１と同一の構成とする。
【００５１】
図１５に示した光導波路デバイスは、受光素子４３を補強部材３３＿２の導波路の入力側の側面に接着剤７２で実装した構成である。図１６は、図１５に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【００５２】
図１５，図１６に示した構成では、
ｎ１／ｎ２×ｓｉｎ（９０°−２θ１）＜１
ｎ２／ｎ３×ｓｉｎ（θ２）＜１
ｎ１／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１
を満たすように材料の選択および端面角度の設計を行う。また、受光素子４３側の補強部材３３＿２の面を光が散乱するように荒らしておけば、図１３、図１４に示した構成と同様に設計自由度が広がる。
【００５３】
また補強部材３３＿２と受光素子４３の境界面での反射光が迷光となって、受光素子４３に入り込むのを防ぐため、その反射光が散乱するように補強部材３３＿２の上面を荒らしておくことが望ましい。
【００５４】
なお、補強部材３３＿１，３３＿２、受光素子４３、接着剤７２以外の構成、屈折率、角度については図１および図２と同様であるので、同一の符号を付して説明を省略する。また、補強部材３３＿１は、補強部材３１＿１と同一の構成とする。
【００５５】
図１７に示した光導波路デバイスは、受光素子４４をＬＮチップ１２の側面に接着剤７３にて実装した構成である。図１８は、図１７に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【００５６】
図１７，図１８に示した構成では、ＬＮチップ１２の出力側端面は信号光を基板の面方向、すなわち横方向に反射する傾斜を有し、受光素子４４を基板の積層方向に対して平行な面、すなわちＬＮチップ１２の側面に設けている。また、ＬＮチップ１２の入力側端面も出力側端面と平行である。
【００５７】
このため、補強部材３４＿１，３４＿２、ファイバ６２＿１，６２＿２、ガラスブロック５２＿１，５２＿２についてもＬＮチップ１２の入力側端面および出力側端面の角度に合わせて傾斜を持たせている。
【００５８】
図１７，図１８に示した構成では、補強部材３４＿１，３４＿２の材料の選択は自由であり、端面角度は
ｎ１／ｎ３×ｓｉｎ（９０°−２θ１）＜１
ｎ1／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１
を満たすようにする。
【００５９】
ここで、ＬＮチップ１２の屈折率はｎ１、接着剤７３の屈折率はｎ３、ファイバ６２＿１の屈折率はｎ４である。そして、信号光の出力端面に対する角度はθ１、反射光のＬＮチップ１２の側面に対する角度がθ２、ファイバ６２＿２に透過した信号光の入射角度がθ４である。
【００６０】
加えて、受光素子４４側のチップの側面を光が散乱するように荒らしておけばｎ1／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１のみを満足すればよく、設計自由度が広がる。なお、接着剤７３による固定は必須ではなく、受光素子４４とＬＮチップ１２との間に空気がある場合には空気の屈折率をｎ３とする。
【００６１】
また、図１７，図１８に示した構成では、チップの製造工程の切り出しにおいて、台座に角度を設ける必要はない。
【００６２】
図１９に示した光導波路デバイスは、受光素子４５をＬＮチップ１３の下面に接着剤７４にて実装した構成である。図２０は、図１９に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【００６３】
図１９，図２０に示した構成では、ＬＮチップ１３の出力側端面は信号光を基板の積層方向に対して反対方向、すなわち下方向に反射する傾斜を有し、受光素子をＬＮチップ１３の下面に設けている。また、ＬＮチップ１３の入力側端面も出力側端面と平行である。
【００６４】
このため、補強部材３５＿１，３５＿２、ファイバ６３＿１，６３＿２、ガラスブロック５３＿１，５３＿２についてもＬＮチップ１３の入力側端面および出力側端面の角度に合わせて傾斜を持たせている。
【００６５】
図１９，図２０に示した構成では、補強部材３５＿１，３５＿２の材料の選択は自由であり、端面角度は
ｎ１／ｎ３×ｓｉｎ（９０°−２θ１）＜１
ｎ1／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１
を満たすようにする。
【００６６】
ここで、ＬＮチップ１３の屈折率はｎ１、接着剤７４の屈折率はｎ３、ファイバ６３＿１の屈折率はｎ４である。そして、信号光の出力端面に対する角度はθ１、反射光のＬＮチップ１３の下面に対する角度がθ２、出力側端面で反射して接着剤７４に入射した信号光の入射角度がθ３、ファイバ６３＿２に透過した信号光の入射角度がθ４である。
【００６７】
加えて、受光素子４５側のＬＮチップ１３の側面を光が散乱するように荒らしておけばｎ1／ｎ４×ｓｉｎ（θ１）＜１のみを満足すればよく、設計自由度が広がる。また、接着剤７４による固定は必須ではなく、受光素子４５とＬＮチップ１３との間に空気がある場合には空気の屈折率をｎ３とする。
【００６８】
図２１に示した光導波路デバイスは、出力側端面の透過光をモニタ光として受光する構成である。図２２は、図２１に示した光導波路デバイスの出力側端面の拡大図である。
【００６９】
図２１，図２２に示した構成では、ＬＮチップ１４の出力側端面は信号光の大部分を基板の面方向、すなわち横方向に反射する傾斜を有し、受光素子４６をＬＮチップ１４の出力側端面に設けている。そして、出力側端面で反射した反射光をＬＮチップ１４の側面に光学的に結合したファイバ６４＿２から取り出して信号光として使用する。
【００７０】
このため、補強部材３６＿１，３６＿２、ファイバ６４＿１、ガラスブロック５４＿１についてもＬＮチップ１４の入力側端面および出力側端面の角度に合わせて傾斜を持たせている。加えて、ファイバ６４＿２、ガラスブロック５４＿２は、ＬＮチップ１４の側面から信号光を取り出すために適切な角度を有して形成する。
【００７１】
図２１，図２２に示した構成では、補強部材３６＿１，３６＿２の材料の選択は自由であり、端面角度は、
ｎ１×ｓｉｎ（θ１）＜１
ｎ１／ｎ４×ｓｉｎ（θ２）＜１
を満たせばよい。
【００７２】
加えて、ファイバ６４＿２との挿入損失を低減するため、ＬＮチップ１４の出力側端面の反射点から側面のファイバ６４＿２との結合部まで導波路を形成しておくことが望ましい。
【００７３】
これまでに示した構成は、複数の受光素子を有する光導波路デバイスにも適用可能である。図２３は、複数の受光素子を有する光導波路デバイスの構成例である。図２３に示した光導波路デバイスは、ＬＮチップ１５に導波路１５ａを形成し、電極２２を設けた構成を有する。導波路１５ａの一端は、ファイバ６５＿１と光学的に結合し、ファイバ６５＿１から光信号の入力を受ける入力側端面となる。
【００７４】
また、導波路１５ａは、２つの光信号を合波素子２３に出力する。合波素子２３は２つの光信号を合波し、ファイバ６５＿２に出力する。ガラスブロック５５＿１は、ファイバ６５＿１とＬＮチップ１５との接続を補助する。同様に、ガラスブロック５５＿２は、ファイバ６５＿２と合波素子２３との接続を補助する。
【００７５】
補強部材３７＿１は、ＬＮチップ１５の入力側端面の近傍に配置され、ダイシング工程での入力側端面のチッピングを防止する。補強部材３７＿２は、ＬＮチップ１５の出力側端面の近傍に配置され、ダイシング工程での出力側端面のチッピングを防止する。
【００７６】
補強部材３７＿２の上には、２つの光信号に対応する２つの受光素子４７を有する。この２つの受光素子４７によってＬＮチップ１５の出力側端面で反射した２つの光信号をモニタすることができる。
【００７７】
なお、図２３では、補強部材３７＿２の上に受光素子４７を配置する場合について説明したが、ＬＮチップ１５の下面に受光素子を配置する構成とすることもできる。
【００７８】
また、図２４に示したように、補強部材３７＿２の側面に受光素子４８を配置してもよい。他の構成については図２３と同一であるので、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００７９】
図２５は、信号光が横方向に反射するようにＬＮチップ１６と合波素子２４との境界を傾斜させた構成である。この構成では、ＬＮチップ１６の出力側の端面２４ａの傾斜によって導波路１６ａの２つの出力側の長さが異なるため、受光素子４９をＬＮチップ１６の側面に横方向に並べて配置することで、２つの反射光を得ることができる。また、補強部材３８＿１，３８＿２についても、ＬＮチップ１６の出力側端面と入力側端面の形状に合わせる。他の構成については図２３と同一であるので、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００８０】
上述してきたように、本実施例に係る光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法は、導波路の出力側端面の端面に傾斜を持たせて信号光の一部を反射させ、反射光もしくは透過光を受光素子によってモニタ光として受光する。このため、簡易な構成で信号光と同位相のモニタリングを行うことのできる光導波路デバイスおよび光導波路デバイス製造方法を得ることができる。
【００８１】
以上の各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００８２】
（付記１）光導波路が形成された基板と、
前記光導波路における信号光の進行方向に対して傾斜した出力側端面と、
前記出力側端面において反射した信号光を受光する受光素子と、
を備えたことを特徴とする光導波路デバイス。
【００８３】
（付記２）前記受光素子が受光した信号光をモニタ用信号光として用いることを特徴とする付記１に記載の光導波路デバイス。
【００８４】
（付記３）前記光導波路は、少なくとも一つのマッハツェンダ干渉計を形成することを特徴とする付記１または２に記載の光導波路デバイス。
【００８５】
（付記４）前記光導波路は、外部変調器を形成することを特徴とする付記１〜３のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００８６】
（付記５）前記基板はＬｉＮｂＯ３であり、前記光導波路はＴｉ拡散、Ｍｇ拡散、プロトン交換のいずれかで形成されたことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００８７】
（付記６）前記基板はＳｉまたはガラスであり、前記光導波路を高分子材料で形成したことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００８８】
（付記７）前記基板はＳｉであり、前記光導波路は火炎堆積法によるガラス、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)法によるガラス、スパッタ法によるガラスのいずれかで形成したことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００８９】
（付記８）前記出力側端面は前記信号光を前記基板の積層方向に反射する傾斜を有し、前記受光素子を前記基板の積層方向側の面に設けたことを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９０】
（付記９）前記出力側端面は前記信号光を前記基板の積層方向に対して反対方向に反射する傾斜を有し、前記受光素子を前記基板の積層方向の面に対向する面に設けたことを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９１】
（付記１０）前記出力側端面は前記信号光を前記基板の面方向に反射する傾斜を有し、前記受光素子を前記基板の積層方向に対して平行な面に設けたことを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９２】
（付記１１）前記受光素子は、前記反射した信号光を前記基板の非光導波路領域を介して受光することを特徴とする付記１〜１０のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９３】
（付記１２）前記基板の積層方向側の面、かつ前記出力端面側の近傍に配置された補強部材を更に備え、
前記受光素子は、前記補強部材の積層方向側の面もしくは前記積層方向に対して平行な面に設けたことを特徴とする付記１１に記載の光導波路デバイス。
【００９４】
（付記１３）前記受光素子は、前記透過した信号光を受光することを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９５】
（付記１４）前記光導波路は複数の光信号を出力し、
前記光導波路が出力した複数の光信号を合波する光合波素子を更に備えたことを特徴とする付記１〜１３のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【００９６】
（付記１５）光導波路が形成された基板を切断し、前記光導波路における信号光の進行方向に対して傾斜した出力側端面を形成するステップと、
前記出力側端面において反射した信号光を受光する位置に受光素子を形成するステップと
を含んだことを特徴とする光導波路デバイス製造方法。
【符号の説明】
【００９７】
１０〜１６，１０ａ，１０ｂ ＬＮチップ
１１ａ，１５ａ，１６ａ 導波路
２０〜２２ 電極
２３〜２４ 合波素子
２４ａ 端面
３１＿１〜３８＿１，３１＿２〜３８＿２，１１１ 補強部材
４０ａ，４０ｂ，４１〜４９ 受光素子
５１＿１〜５５＿１，５１＿２〜５５＿２ ガラスブロック
６１＿１〜６５＿１，６１＿２〜６５＿２ ファイバ
７１〜７４ 接着剤
１０１ ＬＮ基板
１０２ Ｔｉ層
１０３，１２４，１２７ フォトレジスト
１０４ ＳｉＯ２層
１０５ Ｓｉ層
１０６ Ａｕ層
１１０ ウェハ
１１２ チップパタン形成領域
１１３ 台座
１１４ ブレード
１２１ 基板
１２２ アンダークラッド
１２３ コア材料
１２３ａ コア
１２５ オーバークラッド
１２６ 電極材料
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路が形成された基板と、
前記光導波路における信号光の進行方向に対して傾斜した出力側端面と、
前記出力側端面において反射した信号光を受光する受光素子と、
を備えたことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
前記受光素子が受光した信号光をモニタ用信号光として用いることを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイス。
【請求項３】
前記光導波路は、少なくとも一つのマッハツェンダ干渉計を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路デバイス。
【請求項４】
前記光導波路は、外部変調器を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【請求項５】
前記出力側端面は前記信号光を前記基板の積層方向に反射する傾斜を有し、前記受光素子を前記基板の積層方向側の面に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【請求項６】
前記出力側端面は前記信号光を前記基板の積層方向に対して反対方向に反射する傾斜を有し、前記受光素子を前記基板の積層方向の面に対向する面に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【請求項７】
前記受光素子は、前記反射した信号光を前記基板の非光導波路領域を介して受光することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【請求項８】
前記基板の積層方向側の面、かつ前記出力端面側の近傍に配置された補強部材を更に備え、
前記受光素子は、前記補強部材の積層方向側の面もしくは前記積層方向に対して平行な面に設けたことを特徴とする請求項７に記載の光導波路デバイス。
【請求項９】
前記受光素子は、前記透過した信号光を受光することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【請求項１０】
光導波路が形成された基板を切断し、前記光導波路における信号光の進行方向に対して傾斜した出力側端面を形成するステップと、
前記出力側端面において反射した信号光を受光する位置に受光素子を形成するステップと
を含んだことを特徴とする光導波路デバイス製造方法。
【請求項１】
光導波路が形成された基板と、
前記光導波路における信号光の進行方向に対して傾斜した出力側端面と、
前記出力側端面において反射した信号光を受光する受光素子と、
を備えたことを特徴とする光導波路デバイス。
【請求項２】
前記受光素子が受光した信号光をモニタ用信号光として用いることを特徴とする請求項１に記載の光導波路デバイス。
【請求項３】
前記光導波路は、少なくとも一つのマッハツェンダ干渉計を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の光導波路デバイス。
【請求項４】
前記光導波路は、外部変調器を形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【請求項５】
前記出力側端面は前記信号光を前記基板の積層方向に反射する傾斜を有し、前記受光素子を前記基板の積層方向側の面に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【請求項６】
前記出力側端面は前記信号光を前記基板の積層方向に対して反対方向に反射する傾斜を有し、前記受光素子を前記基板の積層方向の面に対向する面に設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【請求項７】
前記受光素子は、前記反射した信号光を前記基板の非光導波路領域を介して受光することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【請求項８】
前記基板の積層方向側の面、かつ前記出力端面側の近傍に配置された補強部材を更に備え、
前記受光素子は、前記補強部材の積層方向側の面もしくは前記積層方向に対して平行な面に設けたことを特徴とする請求項７に記載の光導波路デバイス。
【請求項９】
前記受光素子は、前記透過した信号光を受光することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光導波路デバイス。
【請求項１０】
光導波路が形成された基板を切断し、前記光導波路における信号光の進行方向に対して傾斜した出力側端面を形成するステップと、
前記出力側端面において反射した信号光を受光する位置に受光素子を形成するステップと
を含んだことを特徴とする光導波路デバイス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−１９１５６４（Ｐ２０１１−１９１５６４Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５８４６６（Ｐ２０１０−５８４６６）
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（３０９０１５１３４）富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 (72)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１５日（２０１０．３．１５）
【出願人】（３０９０１５１３４）富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 (72)
【Ｆターム（参考）】
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