JP2004133103A - 高分子光導波路及びその作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】帯状コア層の側面が平滑な面である高分子光導波路提供する。
【解決手段】本高分子光導波路５０は、それぞれ、高分子有機化合物からなる下部クラッド層１８、帯状のコア層２２、及び上部クラッド層２４を基板１６上に備えた高分子光導波路である。コア層２２と同じ高分子有機化合物からなる塗膜５２が、帯状のコア層２２の上面及び側面と上部クラッド層２４、並びに下部クラッド層１８と上部クラッド層２４との間に介在している。塗膜５２はコア層２２と同じ高分子有機化合物で形成され、塗膜５２の膜厚は、２０ｎｍ以上１μｍ以下である。コア層２２の側面を平滑にすることにより、本実施形態例の高分子光導波路５０では、光損失が小さい。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高分子光導波路、及びその製造方法に関し、更に詳細には、インターコネクション光部品、光合波器、光分波器等の光部品に用いる、屈曲性に優れたフィルム状の低損失高分子光導波路及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光伝搬損失が小さく、伝送帯域が広いという理由から、光部品、或いは光ファイバの基材として、石英ガラスや多成分ガラス等の無機系材料が広く使用されていたが、近年、無機系材料に比べて加工性が良く、価格の低い高分子系材料を用いた光部品、光ファイバ等が開発されている。
例えば、光導波路用高分子材料を使った光ファイバとして、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）或いはポリスチレン等の透明性の高い高分子材料をコアとし、そのコア材料より屈折率の低いプラスチックをクラッド材料としたコア／クラッド構造からなる平板型高分子光導波路が作製されている。また、耐熱性に優れ、透明性が高い高分子であるポリイミドやポリシロキサンを用いた平板型高分子光導波路も作製されている。
【０００３】
ここで、平板型高分子光導波路の例として、図５を参照して、特開平８−３０４６５０号公報により開示された平板型高分子光導波路の作製方法を説明する。図５（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、前掲公報による方法により平板型高分子光導波路の作製する際の各工程の断面図である。
高分子光導波路の作製に先立ち、シリコン基板１２上にスパッタリング法により銅膜１４を１００ｎｍ程度成膜してこれを基板１６とし、この基板１６上に埋め込み型高分子光導波路を作製する。
まず、図５（ａ）に示すように、溶液状の透明性高分子有機化合物からなる下部クラッド層１８をスピンコート法により基板１６上に成膜する。続いて、屈折率が下部クラッド層１８より大きな高分子有機化合物からなるコア層２０を下部クラッド層１８上にスピンコート法により成膜する。
次いで、コア層２０上にストライプ状のパターンを有するレジストマスク（図示せず）を形成し、それをエッチングマスクとして反応性イオンエッチング法によりコア層２０をエッチングし、図５（ｂ）に示すように、帯状のコア層２２に加工する。
更に、図５（ｃ）に示すように、下部クラッド層１８及びコア層２２上に下部クラッド層１８と同じ高分子有機化合物からなる上部クラッド層２４をスピンコート法により成膜し、基板１６上に下部クラッド層１８、コア層２２、及び上部クラッド層２４からなる高分子光導波路構造２６を形成する。
次いで、高分子光導波路構造２６を基板１６から剥離して高分子光導波路フィルムとする。
【０００４】
また、特開平１０−３００９６１号公報は、高分子光導波路の所望の位置に所望の傾斜角度を有する光路変換用の傾斜端面（マイクロミラー）を作製する方法を開示している。
ここで、図６を参照して、前傾公報に開示されている、片側端面に４５°傾斜端面を有する平面型高分子光導波路の作製方法を説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、片側端面に４５°傾斜端面を有する平面型高分子光導波路を作製する方法を説明する断面図である。
前傾公報によれば、図６（ａ）に示すように、基板３２上に、下部クラッド層３４、下部クラッド層３４上に延在するコア層３６、及びコア層３６上に延在する上部クラッド層３８の積層構造を備えている平面型高分子光導波路４０を形成する。
次いで、図６（ｂ）に示すように、刃先がおおよそ９０°に加工されたダイヤモンドブレード４２を用いて下部クラッド層３４、コア層３６、及び上部クラッド層３８に研削加工を施して、Ｖ溝４４を形成することにより、４５°傾斜端面４６を形成することができるとしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−３０４６５０号公報（第２頁）
【特許文献２】
特開平１０−３００９６１号公報（段落〔００６８〕）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平８−３０４６５０号公報によれば、高分子光導波路構造２６を形成するに当たり、反応性イオンエッチング法によりでコア層２０をエッチングして帯状のパターンを形成しているので、エッチング時には、マスク端の乱れや、横方向への不規則なエッチングのために、エッチングした帯状のコア層２２の側面が下部クラッド層１８に直交する平滑な面になるように、コア層２０をエッチングすることが難しい。
この結果、コア層２２の側面は、図７（ａ）に示すように、平滑性が悪化する。このため、作製した高分子光導波路２６の伝搬損失が増加する。これでは、高分子光導波路を実用化することは難しい。従って、光損失を低減して高分子光導波路の実用化を図るには、エッチング後の加工面の平滑性を保つことが必要である。
【０００７】
また、特開平１０−３００９６１号公報によれば、４５°傾斜端面を形成するに当たり、ダイヤモンドブレード４２を用いてダイシングしてＶ溝４４を形成しているので、その切削面、つまり４５°傾斜端面４６の平滑性を良好に保つことは困難であって、図７（ｂ）に示すように、４５°傾斜端面４６、つまり反射端面に表面荒れが生じる。
反射面にできた表面荒れは、反射損失を増加させてしまう。よって、反射ミラー面の平滑性を保つことが、高分子光導波路の光損失の低減のために必要である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、帯状コア層の側面が平滑な面である高分子光導波路、及び平滑な反射端面を有する高分子光導波路、並びにそれらの製造方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る高分子光導波路（以下、第１の発明と言う）は、それぞれ、高分子有機化合物からなる下部クラッド層、帯状のコア層、及び上部クラッド層を備えた高分子光導波路において、
高分子有機化合物からなる塗膜が、コア層の上面及び側面と上部クラッド層との間に介在していることを特徴としている。
【００１０】
第１の発明では、コア層の側面を平滑な塗膜で覆ってコア層の側面を平滑にすることにより、高分子光導波路の光損失を低減させることができる。
【００１１】
また、本発明に係る別の高分子光導波路（以下、第２の発明と言う）は、それぞれ、高分子有機化合物からなる下部クラッド層、下部クラッド層上に延在するコア層、及びコア層上に延在する上部クラッド層を備え、かつ傾斜端面からなる溝面を備える溝を上部クラッド層、コア層、及び下部クラッド層にかけて有する高分子光導波路において、
高分子有機化合物からなる塗膜が傾斜端面上に成膜されていることを特徴としている。
【００１２】
第２の発明では、傾斜端面を平滑な塗膜で覆って傾斜端面を平滑にすることにより、高分子光導波路の傾斜端面での反射に伴う光損失を低減させることができる。
傾斜端面のコア層に対する角度は特に制約はない。
【００１３】
好適には、高分子有機化合物からなる塗膜の屈折率が下部クラッド層及び上部クラッド層よりも大きく、かつ、コア層と同じか小さい。
また、高分子有機化合物からなる塗膜の膜厚は２０ｎｍ以上１μｍ以下で良い。２０ｎｍ未満では塗膜の効果が乏しく、また１μｍを超える膜厚にしても、その分コストが嵩む割に、本発明の効果がそれに応じて増大するものでもないからである。
【００１４】
本発明に係る高分子光導波路の作製方法（以下、第１の発明方法と言う）は、それぞれ、高分子有機化合物からなる下部クラッド層、帯状のコア層、及び上部クラッド層を備えた高分子光導波路の作製方法において、
下部クラッド層上に成膜されたコア層をエッチングして帯状のコア層を形成し、次いで帯状のコア層上に上部クラッド層を成膜する際、
帯状のコア層の上面及び側面、並びに帯状のコア層から露出した下部クラッド層上に高分子有機化合物からなる薄膜を塗布法により成膜して、帯状のコア層の側面を平滑化し、次いで帯状のコア層上に上部クラッド層を成膜することを特徴としている。
【００１５】
また、本発明に係る別の高分子光導波路の作製方法（以下、第２の発明方法と言う）は、それぞれ、高分子有機化合物からなる下部クラッド層、下部クラッド層上に延在するコア層、及びコア層上に延在する上部クラッド層を備え、かつ傾斜端面からなる溝面を備える溝を上部クラッド層、コア層、及び下部クラッド層にかけて有する高分子光導波路の作製方法において、
上部クラッド層、コア層、及び下部クラッド層を切削して傾斜端面からなる溝面を備える溝を形成した際、
傾斜端面上に高分子有機化合物からなる薄膜を塗布法により成膜して、傾斜端面を平滑化することを特徴としている。
【００１６】
第１及び第２の発明方法では、薄膜を成膜する塗布法には制約はなく、例えばスピンコート法によって塗布する。
高分子光導波路の下部クラッド層、コア層、及び上部クラッド層を構成する高分子有機化合物の種類及び各層の膜厚に制約無く、第１及び第２の発明を適用できる。
また、第１及び第２の発明方法についても同様である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面を参照し、実施形態例を挙げて本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
高分子光導波路の実施形態例１
本実施形態例は第１の発明に係る高分子光導波路の実施形態の一例であって、図１は本実施形態例の高分子光導波路の構成を示す断面図である。図１の部位のうち図５の部位と同じものには同じ符号を付している。
本実施形態例の高分子光導波路５０は、図１に示すように、それぞれ、高分子有機化合物からなる下部クラッド層１８、帯状のコア層２２、及び上部クラッド層２４を基板１６上に備えた高分子光導波路である。
【００１８】
本実施形態例では、コア層２２と同じ高分子有機化合物からなる塗膜５２が、帯状のコア層２２の上面及び側面と上部クラッド層２４との間、並びに下部クラッド層１８と上部クラッド層２４との間に介在している。
本実施形態例では、塗膜５２はコア層２２と同じ高分子有機化合物で形成され、塗膜５２の膜厚は、２０ｎｍ以上１μｍ以下である。
但し、塗膜５２の材料は、必ずしもコア層２２と同じ高分子有機化合物である必要はなく、屈折率が下部及び上部クラッド層１８、２４よりも大きく、コア層２２と同じか、コア層２２より小さければ良い。
【００１９】
コア層２２の側面が、屈折率がコア層２２と同じ平滑な塗膜５２で覆われ、平滑な面になっているので、本実施形態例の高分子光導波路５０では、光損失が小さい。
【００２０】
高分子光導波路の作製方法の実施形態例１
本実施形態例は第１の発明方法に係る高分子光導波路の作製方法を上述の高分子光導波路５０の作製に適用した実施形態の一例であって、図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、本実施形態例の方法に従って高分子光導波路を作製した際の各工程の断面図である。図２の部位のうち図５の部位と同じものには同じ符号を付している。
従来の方法と同様に、コア層２０上に帯状のパターンを有するレジストマスク５４を形成し、次いで反応性イオンエッチング等を用いて下部クラッド層１８上のコア層２０をエッチングして、図２（ａ）に示すように、帯状のコア層２２を形成する。
【００２１】
エッチングマスク５４を除去した後、コア層２２の側面の平滑性を改善するために、コア層２０と同じ高分子有機化合物材料をコア層２２の上面及び側面、並びに下部クラッド層１８上にスピンコート法等の塗布法により塗布し、塗膜厚が２０ｎｍ以上１μｍ以下の薄膜５２を成膜する。
続いて、従来と同様に、コア層２２上及び下部クラッド層１８上に上部クラッド層２４を成膜することにより、図１に示す高分子光導波路５０を作製することができる。
【００２２】
高分子光導波路の実施形態例２
本実施形態例は第２の発明に係る高分子光導波路の実施形態の一例であって、図３は本実施形態例の高分子光導波路の構成を示す断面図である。図３の部位のうち図６の部位と同じものには同じ符号を付している。
本実施形態例の高分子光導波路６０は、光路変換素子等に使用される高分子光導波路であって、図３に示すように、それぞれ、高分子有機化合物からなる下部クラッド層３４、下部クラッド層３４上に延在する延在するコア層３６、及びコア層３６上に延在する上部クラッド層３８を基板３２上に備えている。
４５°傾斜端面４６を有するＶ溝４４が上部クラッド層３８、コア層３６、及び下部クラッド層３４にかけて形成されている。
更に、本実施形態例では、コア層３６と同じ高分子有機化合物からなる塗膜６２が４５°傾斜端面４６上に成膜されている。但し、塗膜６２の材料は、必ずしもコア層３６と同じ高分子有機化合物である必要はなく、屈折率が下部及び上部クラッド層３４、３８よりも大きく、コア層３６と同じか、コア層３６より小さければ良い。
【００２３】
本実施形態例では、４５°傾斜端面４６がコア層３６と屈折率が同じ平滑な塗膜で覆われ、平滑な面になっているので、４５°傾斜端面４６での反射に伴う光損失を低減させることができる。
【００２４】
高分子光導波路の作製方法の実施形態例２
本実施形態例は第２の発明方法に係る高分子光導波路の作製方法を上述の高分子光導波路６０の作製に適用した実施形態の一例であって、図４は本実施形態例の方法に従って高分子光導波路を作製した際の一工程の断面図である。図４の部位のうち図６の部位と同じものには同じ符号を付している。
従来と同様にして、基板３２上に下部クラッド層３４、コア層３６、及び上部クラッド層３８を形成し、次いで、図４に示すように、上部クラッド層３８、コア層３６、及び下部クラッド層３４をダイヤモンドブレード等で切削して４５°傾斜端面４６を有するＶ溝４４を形成する。
次いで、図３に示すように、４５°傾斜端面４６上にコア層３６と同じ高分子有機化合物からなる膜厚２０ｎｍ以上１μｍ以下の薄膜６２をスピンコート法等の塗布法により成膜して、４５°傾斜端面４６を平滑化する。
【００２５】
【発明の効果】
第１の発明によれば、高分子有機化合物からなる塗膜をコア層の上面及び側面と上部クラッド層との間に介在させ、コア層の側面を平滑な塗膜で覆って、コア層の側面を平滑にすることにより、光損失を低減させることができる。
第２の発明によれば、高分子有機化合物からなる塗膜を傾斜端面上に成膜して平滑な塗膜で覆い、傾斜端面を平滑にすることにより、傾斜端面での反射に伴う光損失を低減させることができる。
第１及び第２の発明方法は、それぞれ、第１及び第２の発明に係る高分子光導波路を容易に作製する方法を実現している。
【００２６】
本発明により、高分子光導波路におけるコアや反射ミラー形成時に生じる表面平滑性の悪化を改善し、導波路の伝搬損失や反射損失を効果的に低減することができる。また、高分子光導波路を構成する高分子材料の種類に依存することなく、幅広く適用することができる。更に、シングルモード、マルチモードの区別なく高分子光導波路の光損失を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の高分子光導波路の構成を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、実施形態例１の方法に従って高分子光導波路を作製した際の各工程の断面図である。
【図３】実施形態例２の高分子光導波路の構成を示す断面図である。
【図４】実施形態例２の方法に従って高分子光導波路を作製した際の一工程の断面図である。
【図５】図５（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、特開平８−３０４６５０号公報による方法により平板型高分子光導波路の作製する際の各工程の断面図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、片側端面に４５°傾斜端面を有する平面型高分子光導波路を作製する方法を説明する断面図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、従来の高分子光導波路の問題を説明する断面図である。
【符号の説明】
１２……シリコン基板、１４……銅膜、１６……基板、１８……下部クラッド層、２０……コア層、２２……帯状のコア層、２４……上部クラッド層、２６……高分子光導波路構造、３２……基板、３４……下部クラッド層、３６……コア層、３８……上部クラッド層、４０……高分子光導波路構造、４２……ダイヤモンドブレード、４４……Ｖ溝、４６……４５°傾斜端面、５０……実施形態例の高分子光導波路、５２……塗膜、５４……レジストマスク、６０……実施形態例の高分子光導波路、６２……塗膜。

Claims (8)

1. それぞれ、高分子有機化合物からなる下部クラッド層、帯状のコア層、及び上部クラッド層を備えた高分子光導波路において、
   高分子有機化合物からなる塗膜が、コア層の上面及び側面と上部クラッド層との間に介在していることを特徴とする高分子光導波路。
2. それぞれ、高分子有機化合物からなる下部クラッド層、下部クラッド層上に延在するコア層、及びコア層上に延在する上部クラッド層を備え、かつ傾斜端面からなる溝面を備える溝を上部クラッド層、コア層、及び下部クラッド層にかけて有する高分子光導波路において、
   高分子有機化合物からなる塗膜が傾斜端面上に成膜されていることを特徴とする高分子光導波路。
3. 高分子有機化合物からなる塗膜の屈折率が下部クラッド層及び上部クラッド層よりも大きく、かつ、コア層と同じかコア層より小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の高分子光導波路。
4. 高分子有機化合物からなる塗膜の膜厚が、２０ｎｍ以上１μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の高分子光導波路。
5. それぞれ、高分子有機化合物からなる下部クラッド層、帯状のコア層、及び上部クラッド層を備えた高分子光導波路の作製方法において、
   下部クラッド層上に成膜されたコア層をエッチングして帯状のコア層を形成し、次いで帯状のコア層上に上部クラッド層を成膜する際、
   帯状のコア層の上面及び側面、並びに帯状のコア層から露出した下部クラッド層上に高分子有機化合物からなる薄膜を塗布法により成膜して、帯状のコア層の側面を平滑化し、次いで帯状のコア層上に上部クラッド層を成膜することを特徴とする高分子光導波路の作製方法。
6. それぞれ、高分子有機化合物からなる下部クラッド層、下部クラッド層上に延在するコア層、及びコア層上に延在する上部クラッド層を備え、かつ傾斜端面からなる溝面を備える溝を上部クラッド層、コア層、及び下部クラッド層にかけて有する高分子光導波路の作製方法において、
   上部クラッド層、コア層、及び下部クラッド層を切削して傾斜端面からなる溝面を備える溝を形成した際、
   傾斜端面上に高分子有機化合物からなる薄膜を塗布法により成膜して、傾斜端面を平滑化することを特徴とする高分子光導波路の作製方法。
7. 屈折率が下部クラッド層及び上部クラッド層よりも大きく、かつ、コア層と同じかコア層より小さい高分子有機化合物で塗膜を成膜することを特徴とする請求項５又は６に記載の高分子光導波路の作製方法。
8. 高分子有機化合物からなる塗膜の膜厚を２０ｎｍ以上１μｍ以下にすることを特徴とする請求項５から７のうちのいずれか１項に記載の高分子光導波路の作製方法。

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