(57)【要約】      （修正有）【課題】導光部材がマイクロメーターオーダーの設置精度が要求されても、半導体レーザーの実装を可能にする光モジュール実装構造体を提供する。【解決手段】発光素子１０１と、発光素子１０１が実装されたサブマウント基板１０３と、サブマウント基板１０３が実装されたメイン基板１０４と、メイン基板１０４上に形成された導光部材１０５と、メイン基板１０４上に形成され導光部材１０５に接続された回折格子型光結合器１０６とを有し、サブマウント基板１０３の発光素子１０１が実装された側面で、サブマウント基板１０３とメイン基板１０４が接合されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子が実装されたサブマウント基板と、
前記サブマウント基板が実装されたメイン基板と、
前記メイン基板上に形成された導光部材と、
前記メイン基板上に形成され前記導光部材に接続された回折格子型光結合器と、を有し、
前記サブマウント基板の前記発光素子が実装された側面で、前記サブマウント基板と前記メイン基板とが接合されている光モジュールの実装構造体。
【請求項２】
前記メイン基板と前記サブマウント基板との接合角度は、５４．７５°±５°である請求項１に記載の光モジュールの実装構造体。
【請求項３】
前記メイン基板と前記サブマウント基板との接合部分には、スペーサーが形成され、
前記メイン基板と前記サブマウント基板とは、前記スペーサーにより位置決めされて、接合される、請求項１に記載の光モジュールの実装構造体。
【請求項４】
前記発光素子と前記回折格子型光結合器の間に配置されたレンズをさらに有する請求項１に記載の光モジュールの実装構造体。
【請求項５】
前記発光素子と前記回折格子型光結合器の間に配置された、前記発光素子からの光に対して屈折率が高い高屈折部材と、前記高屈折部材よりも、前記発光素子からの光に対して屈折率が低い低屈折部材とをさらに有し、前記高屈折部材と前記低屈折部材とで、前記発光素子と前記回折格子型光結合器とを接続した請求項２に記載の光モジュールの実装構造体。
【請求項６】
前記メイン基板と前記サブマウント基板との接合角度は、９０°±５°である請求項１に記載の光モジュールの実装構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールにおいて、発光素子からのレーザー光を微小な導波路へ入射するための実装構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、高速・大容量通信や光センンシングの分野で、光の活用が検討されている。大容量通信や光センシングの分野では、デバイスの中で、半導体レーザーなどの発光素子からのレーザー光を、例えば光ファイバなどの導光部材に入光させる必要がある。そして、この導光部材は、集積化の必要から微細化が進んでいる。そのため、導光部材に対しての、半導体レーザーの位置精度が高く求められるようになってきている。
【０００３】
特許文献１には、半導体レーザーのレーザー光（以下「特に断りのない限り、「レーザー光」と記載する。）を光ファイバに入光させるために、回折格子型光結合器を用いた技術が開示されている。
【０００４】
特許文献１には、回折格子型光結合器を用い、レーザー光を光ファイバに直接入光させる場合に比べ、半導体レーザーに要求される位置精度を低くできる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−８４７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、光ファイバの微細化が進み、光ファイバの位置精度がマイクロメーターオーダーで要求された場合には、光ファイバにレーザー光を入射する際に次の課題がある。
【０００７】
光ファイバに、レーザー光を直接入光する方法では、光ファイバは、基板に対してマイクロメーターオーダーの微細な位置精度で実装される。マイクロメーターオーダーの位置精度を要求される光導波路に対して、前記光導波路にレーザー光を入光する半導体レーザーは、基板に対して、数十〜数100ナノメーターオーダーの位置精度が要求されるため、半導体レーザーの実装は技術上の理由から困難である。
【０００８】
また、高い位置精度で実装された光ファイバに、回折格子型光結合器２１を介して、レーザー光を入光させる特許文献１の方法では、端面発光のレーザー光は、広がり角が大きく、鉛直方向に約30°程度広がってしまう。また、反射ミラーを用いたものでは、レーザー光の出射口から回折格子型光結合器までの距離が遠く、入光範囲が広がってしまう。そのため、広がってしまったレーザー光を受けるためには、大型化した回折格子型光結合器が必要となる。大型化した回折格子型光結合器は、レーザー光を入射した後、入射したレーザー光を再出射することから、光学効率が低下してしまうという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示によれば、発光素子（１０１）と、前記発光素子が実装されたサブマウント基板（１０３）と、前記サブマウント基板が実装された前記メイン基板（１０４）と、前記メイン基板上に形成された導光部材（１０５）と、前記メイン基板上に形成され導光部材（１０５）に接続された回折格子型光結合器（１０６）と、を有する。前記サブマウント基板の発光素子が実装された側面で、サブマウント基板とメイン基板とが接合されている。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、光モジュールにおいて、高度の位置精度を有する微細な導波路に対し、発光素子からのレーザー光を入光させる光モジュール構造体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施の形態における実装構造を示す概略断面図
【図２】本開示の実施の形態における実装構造を示す概略断面図
【図３】本開示の実施の形態における実装構造を示す概略断面図
【図４】本開示の第２の実施の形態における実装構造を示す概略断面図
【図５】本発明の第３の実施の形態における実装構造を示す概略断面図
【図６】本発明の第３の実施の形態における実装構造を上から見た平面図
【図７】本発明の第３の実施の形態における実装構造を示す概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本開示の第１の実施の形態における実装構造体を示す概略断面図である。発光素子である端面発光の半導体レーザー１０１は、出射口１０２を有している。この半導体レーザー１０１は、サブマウント基板１０３に実装される。サブマウント基板１０３は、半導体レーザー１０１を接合するための電極１０９を有している。半導体レーザー１０１とサブマウント基板１０３とは、接合部材を介して接合されている。接合部材は、例えば一例として、金錫、はんだ、金スタッドバンプなどがある。メイン基板１０４は、半導体レーザー１０１からのレーザー光を入光させる光導波路１０５が形成されている。
【００１４】
光導波路１０５は、レーザー光を結合させる回折格子型光結合器１０６を有している。回折格子型光結合器１０６は、レーザー光の入射角に応じてレーザー光を結合する。回折格子型光結合器１０６に、所定の角度で、レーザー光を入射できるように、メイン基板１０４とサブマウント基板１０３とは、サブマウント基板１０３の傾斜している側面で、接着材料１０７を介して接合されている。接着材料１０７は、例えばＵＶ硬化樹脂がある。
【００１５】
メイン基板１０４とサブマウント基板１０３との接合角度１０８は、角度に応じて回折格子型光結合器１０６を設計できるため、何度でもよい。しかし、実装構造を高精度に形成するためは、サブマウント基板１０３をシリコンで形成し、シリコンの結晶方位に応じて加工できる、異方性エッチングを用いることが好ましい。シリコンを異方性エッチングで形成すると、サブマウント基板１０３のエッジの角度は、５４．７４°となる。ただし、この角度は、例えばシリコンインゴットからのウエハーのスライスが精度良くできているか否かよって、±５°以下のばらつきを生じる。
【００１６】
また、サブマウント基板１０３をメイン基板１０４に実装する際に、レーザーが回折格子型光結合器１０６に入射する位置に影響があるため、メイン基板１０３の鉛直方向に対するサブマウント基板１０４の実装精度が高くなければならない。メイン基板１０３とサブマウント基板１０４の間に、接着材料１０７のみがある場合、接着材料１０７は一般的に剛性のない材料である。メイン基板１０３とサブマウント基板１０４とのギャップ（間隔）を、所定の値にすることができない。そのため、図２のように、メイン基板１０４にスペーサー２０１を形成し、スペーサー２０１を介してメイン基板１０４とサブマウント基板１０３の鉛直方向の位置決めをする。その後、接着材料１０７によって、両基板１０４，１０３を、接合し実装することがこの好ましい。
【００１７】
スペーサー２０１は、メイン基板１０４を形成する際の半導体プロセスによって形成することで、高精度に厚みを調整できる。このため、メイン基板１０４とサブマウント基板１０３との間にできたギャップを所定の値にできる。スペーサー２０１は、例えば金属や樹脂などで形成される。スペーサーを弾性力のある樹脂で形成すると、ダストや凹凸による小さなギャップを吸収することができる。そして、レーザー光を、できる限り広げずに回折格子型光結合器１０６に入光させるために、半導体レーザー１０１と回折格子型光結合器１０６との距離は、近い方が好ましい。そのため、半導体レーザー１０１が、サブマウント基板１０３に実装される位置は、異方性エッチングで加工された先端部に近い方が好ましい。
【００１８】
さらに、レーザー光を絞って、回折格子型光結合器１０６に入射させたい場合には、図３のように半導体レーザー１０１と回折格子型光結合器１０６の間に、レンズ３０１を設け、レンズ３０１でレーザー光を絞ってもよい。
【００１９】
上記で説明したスペーサー２０１およびレンズ３０１は、それぞれ組み合わせて使用してもよい。
【００２０】
（第２の実施の形態）
先に説明した実施の形態でも、レーザー光を、回折格子型光結合器１０６に所定の角度を持って入光させ、半導体レーザー１０１と回折格子型光結合器１０６の距離を小さくできる。導光部材１０５の更なる微細化に対しては、第２の実施の形態が好ましい。説明しない事項は、先に説明した実施の形態と同様である。
【００２１】
先に説明した実施の形態のように、サブマウント基板１０３の先端に半導体レーザー１０１を実装した場合でも、半導体レーザー１０１の厚みやサブマウント基板１０３の厚みにより、半導体レーザー１０１の出射口１０２と回折格子型光結合器１０６との距離が離れ、レーザー光が広がってしまう。また、半導体レーザー１０１と回折格子型光結合器１０６との間に、レンズを設けた場合でも、レンズを設置する位置の精度が高く要求され、レンズを搭載することができない。
【００２２】
第２の実施の形態について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態における実装構造体を示す概略断面図である。先に説明した実施の形態とは、半導体レーザー１０１と回折格子型光結合器１０６との間の構成が異なる。
【００２３】
第２の実施の形態では、半導体レーザー１０１と回折格子型光結合器１０６との間に、レーザー光に対して、屈折率が高い高屈折部材としてのコア４０１と、前記コア４０１よりも、レーザー光に対して屈折率が低い低屈折部材してのクラッド４０２とを設け、前記高屈折部材と前記低屈折部材とで、前記発光素子と前記回折格子型光結合器とを接続している。コア４０１とクラッド４０２とは、自己形成光導波材料で形成された自己形成光導波路である。自己形成光導波路は、２つの光硬化性樹脂を含有する自己形成光導波材料から形成される、例えば光ファイバなどの導光部材である。前記２つの光硬化性樹脂のうち、一方の光硬化樹脂は、半導体レーザーのレーザー光の波長で硬化する。他方の光硬化樹脂は、先のレーザー光とは異なる波長で硬化する。
【００２４】
半導体レーザー１０１のレーザー光の波長で硬化される光硬化性樹脂は、半導体レーザー１０１のレーザー光とは異なる波長で硬化する光硬化性樹脂に比べ、レーザー光の屈折率が高い。
【００２５】
前記２つの光硬化性樹脂による硬化は、それぞれラジカル重合とカチオン重合のように異なる重合方法の光硬化性樹脂であることが好ましい。これらの材料の一例として、レーザー光に対して高屈折率の光硬化性樹脂として、アロニックスＭ−１１００（東亜合成製）であり、レーザー光に対して低屈折率の光硬化性樹脂として、ＯＸＴ−１０１（東亜合成製）がある。
【００２６】
この自己形成光導波材料を、半導体レーザー１０１と回折格子型光結合器１０６の間に満たす。自己形成光導波材料を満たした部分に、レーザー光を照射することで、光硬化性樹脂の高屈折率の成分を硬化させ、コア４０１を形成する。レーザー光と導光部材１０５側から、別の半導体レーザー（図示せず）からのレーザー光とを同時に照射することで、それぞれのレーザー光が重なり合った部分のレーザー光が強くなる。レーザー光が重なり合って部分を中心に、コア４０１が形成される。そのため、半導体レーザー１０１のレーザーと回折格子型光結合器１０６との結合位置がずれていた場合でも、それぞれのレーザーが重なり合った部分があれば、それに倣ってコア３０１が形成される。なお、上述の別の半導体レーザーは、メイン基板１０４又はサブマウント基板１０３には、実装しなくともよい。上述の半導体レーザーは、メイン基板１０４又はサブマウント基板１０３の外側に配置し、例えば出射口１０２の外側からファイバーレーザーのファイバを近づけて、自己形成光導波材料に対して、レーザー光を照射するようにしてもよい。なお、上述の別の半導体レーザーは、メイン基板１０４又はサブマウント基板１０３のいずれかに実装するようにしてもよい。
【００２７】
半導体レーザー１０１のレーザーとは異なる波長で硬化するもう他方の光硬化性樹脂を、硬化させクラッド４０２を形成する。コア４０１の方がクラッド４０２よりも、レーザー光の屈折率が高い。このようなコア４０１とクラッド４０２とを有する自己形成光導波路を形成することで、半導体レーザー１０１のレーザー光を拡散させることなく、回折格子型光結合器１０６に入光させることができる。
【００２８】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態は、実施の形態及び第２の実施の形態（図１〜図３）と比べ、回折格子型光結合器１０６に入射されるレーザー光の角度が異なる。説明しない事項は、第１の実施の形態および第２の実施の形態と同様である。
【００２９】
第１の実施の形態および第２の実施の形態のように、レーザー光が所定の角度１０８で回折格子型光結合器１０６に入射した場合には、導光部材１０５は、角度１０８の水平成分の方向に、レーザー光が入光される。これに対し、回折格子型光結合器１０６に垂直に入射した場合には、導光部材１０５が入射方向と、その反対方向にも、レーザー光が結合されてしまう。
【００３０】
反対方向に導光部材が形成されていない場合、回折格子型光結合器１０６の端部でレーザー光が反射してしまい、反射光と導光部材１０５へ入射したレーザー光とが干渉してしまう。
【００３１】
また、この現象を利用して、導光部材を２分岐させて使用する場合には、回折格子型光結合器１０６に対し、半導体レーザー１０１のレーザー光を垂直に入射させればよい。
【００３２】
第３実施形態について図５を用いて説明する。図５は、本開示の第３の実施の形態の実装構造体を示す概略断面図である。サブマウント基板５０１の表面には、半導体レーザー１０１と接合するための電極１０９が形成されている。サブマウント基板５０１の側面は垂直に切断されている。半導体レーザー１０１は、サブマウント基板５０１に実装されている。サブマウント基板５０１とメイン基板１０４とは、接着材料１０７を介して接合されている。半導体レーザー１０１と回折格子型光結合器１０６との距離を短くするために、サブマウント基板５０１のメイン基板１０４と接合する面側の端部に半導体レーザー１０１を実装することが好ましい。また、光学効率を考慮すると前記メイン基板１０４と前記サブマウント基板１０３との接合角度は、９０°±５°であることが好ましい。
【００３３】
図６は、導光部材１０５が分岐した構成を示す実装構造体を上からみた平面図である。メイン基板１０４には、導光部材１０５と回折格子型光結合器１０６とが形成されている。導光部材１０５は、回折格子型光結合器１０６から２方向に分岐している。
【００３４】
半導体レーザー１０１と回折格子型光結合器１０６との距離を近づける構成について、図７を用いて説明する。サブマウント基板５０１には、メイン基板１０４と接合する面と半導体レーザー１０１の出射面とが対応するように、半導体レーザー１０１を実装する。半導体レーザー１０１と回折格子型光結合器１０６との距離は、スペーサー２０１の高さで調整する。スペーサー２０１により、サブマウント基板５０１とメイン基板１０４との間のギャップを、高精度に調整できる理由は、先に説明した実施の形態で、図２を用いて説明した内容と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明にかかる光モジュールの実装構造体によれば、今後導光部材の微細化が今後進む、シリコンフォトニクスやレーザー光を用いた光センシングデバイスを創出するのに活用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１０１  半導体レーザー
１０２  出射口
１０３  サブマウント基板
１０４  メイン基板
１０５  導光部材
１０６  回折格子型光結合器
１０７  接着材料
１０８  角度
１０９  電極
２０１  スペーサー
３０１  レンズ
４０１  コア
４０２  クラッド
５０１  サブマウント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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