(57)【要約】【課題】  封止機能と光ファイバのガイド機能を備えた封止基板（第１基板）で光素子搭載基板（第２基板）が覆われた光モジュールの信頼性の向上（封止基板凹部での封止に対する信頼性）と製造工程の簡略化（大型基板での量産性向上、封止後の耐久試験が容易に行える）を実現する。【解決手段】  光素子を表面に搭載し、貫通ビアホールで電気信号を裏面に導く光素子搭載基板と、レンズを裏面側に備え、表面側にファイバ保持用の非貫通凹部を持つ封止基板を貼り合せて封止した構造とする。【選択図】  図２
2010225824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1基板と、光素子と、光透過性の第２基板と、光ファイバとが順に並んで配置された光モジュールであって、
前記第１基板は、前記第２基板と対向する第２面と、前記第１面とは逆側の第１面とを備え、
前記第２基板は、前記第１基板と対向する第３面と、前記第１面とは逆側の第４面とを備え、
前記第２基板は、前記光素子に接続された配線と、前記第１面と前記第２面との間に設けられた貫通ビアホールとで前記光素子に給電する構成を備え、
前記第４面は、前記光ファイバが嵌合された凹部を備え、
前記第１基板と前記第２基板とが前記光ファイバと前記光素子とが光結合する位置で互いに固定され、前記第１基板と前記第２基板との間に封止空間が構成されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記光素子と前記第２基板との間に光受動部品を備え、
前記光受動部品は、前記第１基板の第２面と前記第２基板の第３面とで保持されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項２において、
前記光受動部品は、ボールレンズであることを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項１において、
前記凹部に挿入された光ファイバは、先端が凸曲面となっている先球レンズであることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
請求項４において、
前記凹部の底面の側壁が凹んだ曲面になっていることを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項１において、
前記凹部に挿入された光ファイバは、先端が光軸を法線としない斜面となっていることを特徴とする光モジュール。
【請求項７】
請求項６において、
前記凹部の底面が斜面を備えていることを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
請求項１において、
前記第１基板と前記第２基板との間に、前記光素子を囲むスペーサを備えることを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
請求項８において、
前記スペーサの内壁は順テーパを備えていることを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
請求項８において、
前記スペーサは、前記第１基板の一部で構成されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記スペーサの内壁が順テーパを備えていることを特徴とする光モジュール。
【請求項１２】
請求項１において、
前記第１基板の第２面に保持されず、前記第２基板の第３面に保持された第１レンズを備え、前記第１レンズが前記光結合する光の光軸が通過する位置にあることを特徴とする光モジュール。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記レンズは、透光性樹脂で固定されているか、前記レンズ自体を透過性樹脂で前記第2基板に直接形成したものか、前記第2基板自体を成形することで形成されたものであることを特徴とする光モジュール。
【請求項１４】
請求項１において、
前記光素子が受光素子であり、
前記第１基板の第２面にトランスインピーダンスアンプを備え、
前記トランスインピーダンスアンプは、前記貫通ビアホールと前記受光素子との間に配置されることを特徴とする光モジュール。
【請求項１５】
請求項１において、
前記光素子は、前記第１基板の第２面にフリップチップボンディング方式で実装されていることを特徴とする、光モジュール。
【請求項１６】
ファイバと、フェルールと、第１レンズと、第１波長選択フィルタと、第２波長選択フィルタと、第１基板と、第２レンズと、光素子が搭載された第２基板と、ピンとが固定されたパッケージを備えた光モジュールであって、
第１光学系、第２光学系、第３光学系とを備え、
前記第１光学系は、前記ファイバ、前記フェルール、前記第１レンズを備え、
前記ファイバ、前記フェルール、前記第１レンズがこの順に、または逆順に、第２光学系の前記波長選択フィルタと光結合するようにパッケージに固定され、
前記第２光学系は、第１波長選択フィルタと第２波長選択フィルタを備え、
前記第１波長選択フィルタと前記第２波長選択フィルタは、第１波長選択フィルタで反射した光が第２波長選択フィルタと光結合するように、前記パッケージに固定され、
前記第３光学系は、第１基板、第２レンズ、第２基板を備え、
前記波長選択フィルタ、前記第１基板、前記第２レンズがこの順又は逆順に、前記第２基板に搭載された前記光素子と光結合するように、前記第１基板、前記第２レンズ及び前記第２基板は前記パッケージに固定され、
前記第３光学系を複数備え、
前記第1波長選択フィルタに対して、１の第３光学系が光結合されており、
前記第２波長選択フィルタに対して、他の第３光学系が光結合されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記第2光学系は、ミラーを有し、
前記第1波長選択フィルタと前記第2波長選択フィルタとの間の光結合は、前記ミラーを介してなすことを特徴とする光モジュール。
【請求項１８】
請求項１６において、
１の前記第３光学系を構成する前記第１基板が他の前記第３光学系を構成する前記第１基板と同一基板であるか、
１の前記第３光学系を構成する前記第２基板が他の前記第３光学系を構成する前記第２基板と同一基板であるか、
１の前記第３光学系を構成する前記第１基板が他の前記第３光学系を構成する前記第１基板と同一基板であり、かつ、１の前記第３光学系を構成する第２基板が他の第３光学系を構成する第２基板と同一基板であることを特徴とする光モジュール。
【請求項１９】
請求項１６において、
前記ファイバとフェルールの代わりにレセプタクルを有することを特徴とする波長多重光モジュール。
【請求項２０】
請求項１６において、
前記第２光学系を構成する波長選択フィルタの数は、前記第２光学系を構成するミラーの数と同数か、１つ多いか、又は１つ少ないことを特徴とする波長多重光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに係り、特に、光ファイバで光を伝送する光通信用の光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年情報通信分野において、光を用いて大容量のデータを高速でやりとりする通信トラフィックの整備が急速に行われつつある。そして、これまで基幹、メトロ、アクセス系といった数ｋｍ以上の比較的長い距離について光ファイバ網が展開されてきた。今後はさらに、伝送装置間（数ｍ〜数百ｍ）あるいは装置内（数ｃｍ〜数十ｃｍ）といった極めて近距離についても、信号配線を光化することが有効であると考えられる。また、ビデオカメラなどの映像機器やＰＣ、携帯電話などの民生機器においても、画像高精細化が求められ、モニタと端末間での映像信号伝送の高速・大容量化、信号伝送線路の光化などが必要になると考えられている。このように民生機器までも含めた情報大容量化に伴い、小型、低コストの光モジュールが有望されている。
【０００３】
このような光モジュールの一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の図１４には、光ファイバ１よりも若干広く、受光素子ＰＤ１７よりも狭い外径の穴２０を備えたを備えた第1導電型ガイド９と、第1導電型ガイド９とほぼ同等外形の第2導電型基板１０とを固定し、光ファイバ１を第1導電型ガイド９に貫通穴である穴２０に挿入し、光ファイバ１と第1導電型ガイド９とを半田で固定する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2005-338308号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
まず、我々が以前試作した、レーザ素子を備えたCANパッケージに光ファイバが接続された構成の例を図１に示す。この構成では、光ファイバ１００とフェルール１０６とレンズ１１５とパッケージ１０２とレーザ素子１０３とサブマウント１０４とステム１０１とピン１０８とボンディングワイヤ１０７から構成される。ピン１０８は、外部装置と接続され、電気信号をステム１０１内部に伝達する。ピン１０８とサブマウント１０４は、ボンディングワイヤ１０７によって電気的に接続される。サブマウント１０４は回路を形成した放熱性の良い基板で、レーザやフォトダイオードなどの光素子を基板に直接搭載せず、一旦、この基板に実装することで、光素子の特性を向上させる役割を果たす。レーザ素子１０３は、サブマウント１０４上に搭載され、ボンディングワイヤによる電気的な接続あるいはフリップチップボンディング、すなわち電極を下側に配置、実装し、光素子の電極とサブマウント側の電極を導通部材により電気的に接続される。電気信号によって、レーザ素子１０３から発せられた光信号は、レンズ１１５で集光され、フェルール１０６を介し、ファイバ１００に導かれる。ここで、パッケージ１０２−１は、レンズ１１５の固定と、レーザ素子１０３を気密封止する役割を果たしている。気密封止することで、光素子の信頼性など特性向上が見込まれる。パッケージ１０２−２は、ファイバ１００と光学的に接続されたフェルール１０６を固定する役割を果たしている。
【０００６】
光モジュールのパッケージには、１）外部からの電気信号を光素子に伝達、２）光素子の信頼性向上のための気密封止、３）光素子と光ファイバの光学的結合の３つの機能が重要である。ただし、この構成では、パッケージ全体の低コスト、低背小型化、高密度実装という点で課題がある。また、光素子の気密確保、光素子とレンズ、光ファイバを個別にアライメントする必要があり、部品点数、製造工数の点で課題がある。
【０００７】
特許文献１に開示された技術は、上記試作構成と比べて、パッケージ全体の低コスト、低背小型化で改善できる可能性を秘めている。しかし、特許文献１の技術は、第1導電型ガイド９の穴２０が貫通穴であるため、光軸方向の位置あわせ自由度が高い反面、逆に、光ファイバ１とＰＤ１７とが接触させる以外には、光ファイバ１とＰＤ１７との間の距離をパッシブに、再現よく、所定範囲に収めることが困難である。また、第1導電型ガイド９を貫通したファイバ１を第1導電型ガイド９と第2導電型基板１０との間の自由空間にガイドなしに突出させることも経年変化や外力への心配が残る。さらに、光ファイバ１と第1導電型ガイド９の固定と封止とを同じ部材で行っているが、光ファイバ１は第1導電型ガイド９との固定後にも伝送装置への組み込み等で外力が加わる。そのため、光ファイバ１と第1導電型ガイド９との固定部では固定が保たれても、封止が保たれなくなる可能性がある。さらに、大きな課題は、特許文献１の技術では、光ファイバ１の嵌合、固定を行わなければ、封止空間内に光素子を搭載した状態での光モジュールの耐久試験を行うことができない点である。
【０００８】
本発明の目的は、封止機能と光ファイバのガイド機能を備えた封止基板（第１基板）で光素子搭載基板（第２基板）が覆われた光モジュールの信頼性の向上と製造工程の簡略化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成する手段を例示すると次の通りである。
【００１０】
光素子が対向面（第２面）に搭載された光素子搭載基板（第１基板）と、封止機能と光ファイバのガイド機能を備えた封止基板（第２基板）とが、光素子搭載基板の対向面（第2面）と封止基板の対向面（第１面）とで挟まれた空間を封止した構造を採用する。そして、この封止空間にある光素子搭載基板の封止基板側面の第２面に光素子を搭載しておく。さらに、貫通ビアホールを光素子搭載基板に設け、光素子搭載基板の裏面（第１面）まで配線を引き回すことで、簡単な構造で光素子を駆動できるようになっている。また、この封止基板には、貫通孔ではない凹部を光素子搭載基板とは反対側の第４面に備えさせ、その凹部に光ファイバを嵌合し、固定するようにして、光素子と光ファイバとの光結合を実現する。
【００１１】
この構成では、封止基板の外側面となる第４面にある凹部を非貫通孔としているので、光ファイバを凹部へ嵌合させて自重で深く挿入するようにすれば、凹部の底や光ファイバの先端を破損させることもないので、光素子と光ファイバとの接触を避けることができる。封止基板とファイバとの固定部材に問題が生じても封止には影響がない。また、光ファイバの固定をしなくても、封止空間内での素子耐久試験を行うことができるため、不良発生の把握を早期に行うことができ、歩留まりを向上させることができる。さらに、ファイバを嵌合させる凹部の深さにより、光素子と光ファイバとの光学距離を設定できるので、パッシブ調芯で簡単に光結合させることができる。また、光素子と光ファイバとの光学距離の精度の高い制御が必要な場合でも、ほとんど光学距離が調整されているので、微調整で済ませることができる。なお、ここでは光ファイバを直接挿入した例を記載したが、フェルールを光ファイバに嵌めたり、さらに封止基板の凹部にスリーブを嵌めこむ構成もある。
【００１２】
また、この構成にとって好ましい改善例は次の（１）〜（７）を適宜組合わせたものである。
（１）光素子と封止基板との間に光受動部品を配置し、封止基板と光素子搭載基板との対向面で保持するようにすれば、保持部材の点数を減らすことができる。ここでいう光受動部品は、電気的な制御を不要とするパッシブな部品であり、集光レンズ等がそれに当たる。この集光レンズのうち、封止基板と光素子搭載基板との保持構造を考えると、安価なボールレンズが好ましい。
（２）凹部に嵌合挿入された光ファイバとして、先端が曲面となっている先球レンズ付きファイバを用いると、よりファイバと光素子との光結合効率をさらに向上させることができる。結合特性によっては、レンズが不要になる可能性もある。
（３）凹部の底面の側壁が凹んだ曲面になっている場合には、（２）の先球レンズがフィットしやすくなる。
（４）凹部に嵌合挿入された光ファイバとして、光ファイバの先端がファイバのコアの中心軸とは異なる線が法線となる面を持った光ファイバ（端面が斜面の光ファイバ)を用い、第２基板の凹部に設けた斜面と嵌合させることで、光ファイバと凹部を嵌合させた後、軽く回転させるだけで、光ファイバを所定の位置に簡便に収めることができるようになる。
（５）封止基板と光素子搭載基板の固定には光素子を含む封止空間が必要になるが、封止基板の凹部の底の厚さを調整することでもそれは可能だが、光素子を囲むスペーサを設けておく方が封止基板と光素子搭載基板との位置あわせ精度に対して尤度が発生する。光受動部品を封止基板と光素子搭載基板との間に配置する場合には、光受動部品を配置する封止空間の高さを確保したり、光素子搭載基板上の位置決め、その搭載位置での光受動部品の保持にも効果的である。また、光受動部品の位置決めにとっては、スペーサの内壁は順テーパを備えている方が好ましい。また、このスペーサを別体部品で実現すると、光素子搭載基板上での位置ズレが生じる可能性があるため、光素子搭載基板の一部をエッチング等で除去して、光素子搭載基板の一部で構成されるようにすることが好ましい。
（６）封止基板の光素子搭載基板側の面に第１レンズを備えさせて、光素子と光ファイバとの光結合に用いると、より光結合効率が向上する。この第1レンズは封止基板自体を加工することで形成してもよいし、透光性樹脂で別体レンズを接着したり、透光性樹脂自体で形成してもよい。
（７）光素子は、素子搭載基板の封止基板側の面にフリップチップボンディング方式で実装すれば、モジュールの小型化と電気的接続箇所の低インダクタンス化による広帯域化の両立が可能となる。
【００１３】
また、本発明に含まれる他の発明として、これまで説明してきた光素子搭載基板と封止基板とで挟まれる光モジュールの光ファイバ嵌合前の構造を、多数個取りできる大型基板を用いて形成し、多数個取りできる大型封止基板と多数個取りできる大型光素子搭載基板とを貼り合わせた後、個片化処理することで形成する点がある。この結果、貼り合わせ工程の簡略化、大型基板状態での耐久試験や検査を複数個同時に行うこともできるようになるので、非常に量産性を向上できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、封止機能と光ファイバのガイド機能を備えた封止基板（第１基板）で光素子搭載基板（第２基板）が覆われた光モジュールの信頼性の向上と製造工程の簡略化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来例の水平共振器端面発光レーザ素子のCANパッケージを説明する図である。
【図２】（ａ）本発明の第一の実施例である光モジュールの断面図である。（ｂ）本発明の第一の実施例である光モジュール構造の作製方法をウェハスケール、およびそれを拡大して表している図である。
【図３】本発明の第二の実施例である光モジュールの断面図である。
【図４】本発明の第三の実施例である光モジュールの断面図である。
【図５】本発明の第四の実施例である光モジュールの断面図である。
【図６】本発明の第五の実施例である光モジュールの断面図である。
【図７】本発明の第六の実施例である光モジュールの断面図である。
【図８】本発明の第七の実施例である光モジュールの光素子搭載基板の断面図である。
【図９】本発明の第八の実施例である光モジュールの光素子搭載基板の断面図である。
【図１０】（ａ）本発明の第九の実施例である光モジュールの断面図である。（ｂ）光本発明の第九の実施例である光モジュール構造の作製方法をウェハスケール、およびそれを拡大して表している図である。
【図１１】本発明の第十の実施例である光モジュールの光素子搭載基板の断面図である。
【図１２】本発明の第十一の実施例である光モジュールの光素子搭載基板の断面図である。
【図１３】本発明の一実施の形態を説明するための図であって、本発明の光モジュールに適用する（ａ）レンズ集積水平共振器垂直出射型レーザの断面図および（ｂ）上面図である。
【図１４】本発明の一実施の形態を説明するための図であって、本発明の光モジュールに適用する（ａ）レンズ集積フォトダイオードの断面図および（ｂ）上面図である。
【図１５】本発明の第十二の実施例である光モジュールの断面図である。
【図１６】本発明の第十三の実施例である光モジュールの断面図である。
【図１７】本発明の第十四の実施例である光モジュールの断面図である。
【図１８】本発明の第十五の実施例である光モジュールの断面図である。
【図１９】本発明の第十六の実施例である光モジュールの断面図である。
【図２０】本発明の第十七の実施例である光モジュールの断面図である。
【図２１】図１５〜２０の構成の光モジュールの光学配置を、フォトダイオード（あるいはレーザ）が偶数個存在する場合を等価的に表した図である。
【図２２】図１５〜２０の構成の光モジュールの光学配置を、フォトダイオード（あるいはレーザ）が奇数個存在する場合を等価的に表した図である。
【図２３】本発明の第十七の実施例である光モジュールの断面図である。
【図２４】本発明の第十八の実施例である光モジュールの断面図である。
【図２５】本発明の一実施の形態を説明するための図であって、本発明の光モジュールに適用するレセプタクルを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００１７】
図２（ａ）に、本発明の第一の実施例である光モジュールの断面図を示す。本構成では、光ファイバ１００とフェルール１０６とファイバ嵌合用凹部１１２と封止基板１１０とレンズ１１５と光素子（本実施例では、レーザ素子ＬＤだが、ホトダイオードＰＤでも構わない。）１５０と貫通ビアホール１４０（１４０−１，１４０−２）と光素子搭載基板１２０と電気配線１３０とステム１０１とピン１０８（１０８−１〜１０８−６）とから構成される。
【００１８】
ピン１０８は、一端が外部装置と電気的に接続され、電気信号をステム１０１内部に伝達する。ピン１０８の他端は電気配線１３０を介して貫通ビアホール１４０と電気的に接続される。この例では、光素子１５０は貫通ビアホール１４０によって電気的に接続された電極に対して、フリップチップボンディング方式により実装されている。フリップチップボンディング方式で実装すれば、モジュールの小型化と電気的接続箇所の低インダクタンス化による広帯域化の両立が可能となる。ただし、貫通ビアホール１４０と光素子１５０の接続には、ボンディングワイヤを使うなどの方法を用いても構わない。
【００１９】
この光素子をレーザ素子とすると、電気信号によって、光素子１５０から発せられた光信号は、レンズ１１５で集光され、封止基板１１０、ファイバ嵌合用凹部１１２にあるフェルール１０６を介してファイバ１００に導かれる。
【００２０】
封止基板１１０は、使用波長での光吸収がほとんどなく光学的に透明に近いガラスを用いたが、シリコンなどの半導体材料でも使用可能である。あるいは金属などの非透明部材に穴を開け、光が透過しなければならない部分は光学的に透明に近いガラスやシリコンなどの半導体材料を貼りあわせるなどの方法で実現させることも可能である。
【００２１】
ガラスの場合を例に取ると、レンズ１１５は、金型によるプレス加工をガラスに対して行うことで、封止基板１１０に作り込むことが出来る。また、別体形成したレンズ１１５を透光性樹脂で接着するという方法や透光性樹脂でレンズ１１５自体をを形成する方法でも構わない。また、封止基板１１０が半導体材料の場合には、エッチングなどの方法で、同様にレンズ１１５を封止基板１１０に作り込むことが出来る。このように封止基板１１０によって、レンズ１１５の高精度位置固定と光素子１５０の気密封止することが可能となるので、光素子１５０と光ファイバ１００との光結合効率が向上する。
また、封止基板１１０にファイバ嵌合用凹部１１２が設けられており、フェルール１０６の精密固定を容易にできる。封止基板１１０に設けたファイバ嵌合用凹部１１２は、レンズ１１５同様に、封止基板１１０自体がガラスである場合、金型によるプレス加工でも実現でき、封止基板１１０自体が半導体材料である場合には、エッチングでも形成できるが、ドリルなどの切削加工でも作製可能である。
【００２２】
図２（ｂ）光本発明の第一の実施例である光モジュール構造の作製方法をウェハスケール、およびそれを拡大して示した。封止基板１１０の面内に、ファイバ嵌合用凹部１１２となる穴、レンズ１１５を前述の方法で作製しておく。また、ＡＲ（Anti-Reflection）膜や波長選択フィルタなどをコーティングする場合には、蒸着或いはスパッタリングによって加工する。なお、この時、封止基板１１０表面の外側にアライメントマーク１８０を金属或いは誘電体膜、もしくは基板の直接加工によって形成しておく。
【００２３】
次に、光素子搭載基板１２０の面内にウェットエッチング等や切削加工にて複数の溝部およびアライメントマーク１８０を作製し、各溝部上に光素子１５０をそれぞれ載置することにより、光素子搭載基板１２０をウェハレベルで作製した。
【００２４】
最後に、矢印で示したように、光素子搭載基板１２０上に封止基板１１０を、アライメントマーク１８０を使って位置決めを行いながら貼り合わせる。なお、貼り合わせの手法は特に限定しないが、通常の電気実装で実施される半田を用いた方法や、半田レスのウェハ接合技術などの手法によっても作製可能である。その後、貼りあわせた基板をダイシング等によりチップ化する。このように、光素子搭載基板１２０と封止基板１１０とで挟まれる光モジュールの光ファイバ嵌合前の構造を、多数個取りできる大型基板を用いて形成し、多数個取りできる大型封止基板と多数個取りできる大型光素子搭載基板とを貼り合わせた後、個片化処理することで形成するようにすることで、貼り合わせ工程の簡略化、大型基板状態での耐久試験や検査を複数個同時に行うこともできるようになるので、非常に量産性を向上できる。
【００２５】
図３に、本発明の第二の実施例である光モジュールの断面図を示した。これは、レセプタクル型と呼ばれる光モジュールに適用するための構造である。レセプタクル型の光モジュールとすることにより、コネクタ付の光ファイバを簡単に取り付け、取り外しができる構造となっている。この構成では、図２で説明した封止基板１１０のファイバ嵌合用凹部１１２に、レセプタクルと言われる部品３００を取り付けたものである。図２５に、レセプタクルの断面構造を示す。レセプタクルは、ホルダ部３１０とスリーブ３２０と光接続機構３３０から構成される。ホルダ部は金属などの材料によって作製され、スリーブ３２０、光接続機構３３０を保持する。光接続機構３３０はファイバスタブやガラスブロックで構成される。スリーブ３２０は、フェルール１０６と光接続機構３３０を精度良く合わせるものであり、この作用によって光モジュールとファイバとの光入出力を効率よく結合することが可能となる。
【００２６】
図４に、本発明の第三の実施例である光モジュールの断面図を示す。この構成では、レンズ１１５は外部レンズを用いている。また、光素子搭載基板１２０の溝部はエッチングでまた、順テーパの溝部を作製する構成としている。つまり、溝部以外にスペーサを形成する。このスペーサを別体部品で実現してもよい。ただし、光素子搭載基板上での位置ズレが生じる可能性があるため、光素子搭載基板の一部をエッチング等で除去して、光素子搭載基板の一部で構成されるようにすることが好ましい。この溝部にレンズ１１５を配置する。このレンズに代表される光受動部品の位置決めにとっては、スペーサ（溝部）の内壁は順テーパを備えている方が好ましい。そして、レンズ１１５としては、低コスト化の点から球状のボールレンズなどを適用することが有効である。レンズ１１５が球状で、スペーサが順テーパなので、光素子搭載基板１２０の溝部に、簡単に納めることが可能となる。次に、レンズ１１５を置いた光素子搭載基板１２０に、封止基板１１０を貼り合わせるが、その際に、保持部材の点数を減らすために、封止基板と光素子搭載基板との対向面でレンズ１１５が保持されるようにする。このように、本実施例では、封止とレンズの高精度固定が簡易に実現できている。
【００２７】
図５に、本発明の第四の実施例である光モジュールの断面図である。この構成では、光素子と光モジュール内部での反射対策を施したものである。光モジュール内部に反射する箇所があると、光素子が発した光が、直接光素子に戻り、動作を不安定にさせる可能性がある。例えば、フェルール１０６にＡＲコートを施し反射を抑えることで反射光を弱める、あるいはフェルール１０６の光が入力する部分を斜め形状とすることにより、光素子からの反射光が斜めに反射され、直接には光素子に戻らないようにする方法が可能である。図５に示した構成では、さらに光素子への反射を抑える方法として、光素子の真上ではなく、レンズ１１５とフェルール１０６をずらした位置に置く構成とした。このように位置をずらすことにより、光素子１５０から発した光は、レンズ１１５、封止基板１１０、ファイバ嵌合用凹部１１２、フェルール１０６を通過する際に、全て斜めに入射されるので、その反射光のほとんどは斜めに反射され、ほとんど直接光素子に戻ることは無い。
【００２８】
図６は、本発明の第五の実施例である光モジュールの断面図である。ここで、ファイバが先球ファイバ１１３である場合の適用構成例を示したものである。先球ファイバとは、光ファイバ端面を球面のように曲面加工した光ファイバのことであり、発光素子との結合効率を高めることが可能となる。図６に示した例では、さらに先を狭めたテーパ先球ファイバの例を示してある。また、封止基板１１０に設けたファイバ嵌合用凹部１１２の底も先球ファイバの形状に対応して曲面にしておく。このようにすることで、光ファイバ１００と球面レンズが一体となり、フェルール１０６も不要になるので、光モジュールをさらに小形化とすることも可能となる。
【００２９】
図７は、本発明の第六の実施例である光モジュールの断面図である。この図では、光素子搭載基板１２０の溝部を円柱状とすることで、光素子搭載基板１２０とレンズ１１５だけで封止性を実現する構成である。また、一つの作製例として、レンズ１１５の固定に紫外線硬化性を持つ樹脂１１７を用いるなどの方法もある。
【００３０】
図８は、本発明の第七の実施例である光モジュールの光素子搭載基板の断面図である。本構成では、光素子（フォトダイオード）１６０とトランスインピーダンスアンプ１７０とボンディングワイヤ１０７と貫通ビアホール１４０と光素子搭載基板１２０と電気配線１３０とから構成される。この例では、光素子１６０はトランスインピーダンスアンプ１７０とボンディングワイヤ１０７によって電気的に接続されており、さらに外部への電気信号を取り出すために貫通ビアホール１４０によって電気的に接続されている。尚、貫通ビアホール１４０とトランスインピーダンスアンプ１７０の接続には、ボンディングワイヤを使うなどの方法を用いても構わない。ファイバ１００から、フェルール１０６、ファイバ嵌合用凹部１１２、封止基板１１０、レンズ１１５を透過した光は、光素子１６０で受光されて電気信号（電流変化）に変換される。この電気信号は、トランスインピーダンスアンプ１７０によって、増幅され、電流変化から電圧変化に変換される。この電気信号は、図２で説明したのと同様に、貫通ビアホール１４０、電気配線１３０、ピン１０８へと伝達され、外部装置に出力される。
【００３１】
図９は、本発明の第八の実施例である光モジュールの光素子搭載基板の断面図である。本構成では、図８の構成に比べ、光素子（フォトダイオード）１６０とトランスインピーダンスアンプ１７０をフリップチップで実装したものである。
図１０（ａ）は、本発明の第九の実施例である光モジュールの断面図である。また、図１０（ｂ）は、光本発明の第九の実施例である光モジュール構造の作製方法をウェハスケール、およびそれを拡大して表した図である。図２で示した方法に比べ、この方法では、光素子搭載基板１２０を２枚、貼り合せて作製している。溝部の光素子搭載についてであるが、例えば真空ピンセットなどを用いる場合、光素子を吸着するピンセット部が入る程度に溝部を大きく作る必要がある。このように、搭載装置の制約によって、モジュールサイズが制限を受けてしまう可能性もある。そこで、図１０の構成とすると、貼り合せの回数は増えるが、光素子搭載の際の装置による制約を受けずに済み、モジュールサイズを小さくすることも可能となる。
【００３２】
図１１は、本発明の第十の実施例である光モジュールの光素子搭載基板の断面図である。本構成では、レンズ１１５と光素子（フォトダイオード）１６０とトランスインピーダンスアンプ１７０とボンディングワイヤ１０７とピン１０８と光素子搭載基板１２０と電気配線１３０とから構成される。これまでの例では、レンズ１１５を封止基板１１０に組み込んで作製する方法を説明してきたが、別の実現方法として、光素子１６０にレンズ１１５を集積することでも実現でき、この場合には封止基板１１０にレンズを設けても良いし、設けなくても構わない。この図の構成では、光素子１６０はトランスインピーダンスアンプ１７０とボンディングワイヤ１０７−１によって電気的に接続されており、さらに外部への電気信号を取り出すためにピン１０８によって電気的に接続されている。尚、ピン１０８とトランスインピーダンスアンプ１７０の接続には、ボンディングワイヤ１０７−２を使っている。ファイバ１００から、フェルール１０６、ファイバ嵌合用凹部１１２、封止基板１１０、レンズ１１５を透過した光は、光素子１６０で受光されて電気信号に変換された後、トランスインピーダンスアンプ１７０によって増幅される。この電気信号は、ピン１０８から外部装置に伝達、出力される。
【００３３】
図１２は、本発明の第八の実施例である光モジュールの光素子搭載基板の断面図である。本構成では、図８の構成に比べ、光素子（フォトダイオード）１６０とトランスインピーダンスアンプ１７０をフリップチップで実装したものである。
【００３４】
次に、本発明による光モジュールに好適な光素子の作製方法について説明する。図１３に、本発明の光モジュールに適用する（ａ）レンズ集積水平共振器垂直出射型レーザの断面図および（ｂ）上面図を示す。尚、図１(a)はレーザ素子の共振器に水平な面の断面図であり、図１(ｂ)はレーザ素子の光出射面である。この水平共振器垂直出射型レーザはｎ型半導体基板１０１１上に活性層１０１２が積層成長され、更にその上に回折格子層１０１３が形成され更にｐ型クラッド層１０１４が形成されている。ｎ型半導体基板にはnドープInPが、活性層１０１２には例えばInGaAlAsの歪み量子井戸構造、回折格子層としてはGaInAsPなどが、また、ｐ型クラッド層にはpドープInPが用いられる。また、本レーザでは、半導体埋め込み層１０１７をエッチングした反射鏡１０１８を有する。この時、半導体埋め込み層１０１７には半絶縁性のFeドープInPやｐ型クラッド層と同じ半導体材料を用いてもよい。
集積レンズ１０１９は、ｎ型半導体基板１０１１をエッチングして形成して作製する。さらに、レンズ１０１９の表面には例えばアルミナの薄膜からなる無反射コーティング１０２１が施されている。
【００３５】
図１４は、本発明の光モジュールに適用する（ａ）レンズ集積フォトダイオードの断面図および（ｂ）上面図である。このレンズ集積フォトダイオードはｎ型半導体基板１０１１上に吸収層１０３２が積層成長され、更にｐ型クラッド層１０１４が形成されている。ｎ型半導体基板にはnドープInPが、吸収層１０３２には、例えばInGaAlAsなどが用いられる。集積レンズ１０１９は、ｎ型半導体基板１０１１をエッチングして形成して作製する。さらに、レンズ１０１９の表面には例えばアルミナの薄膜からなる無反射コーティング１０２１が施されている。
【００３６】
次に、本発明である光素子が複数適用した場合の光モジュールの実施例について、説明する。図１５に、本発明の第十二の実施例である光モジュールの断面図を示す。本発明による光モジュールは、光ファイバ１００とフェルール１０６と2ペースで構成されたパッケージ２００（２００−１、２００−２）と３つのミラー２１０（２１０−１〜２１０−３）と４つの波長選択フィルタ２２０（２２０−１〜２２０−４）と、これまで述べてきた光素子をパッケージした光モジュール（波長選択フィルタ２２０へ向かって開口部を有し、その開口部にレンズ１１５（１１５−１〜１１５−４）が嵌合されている封止基板１１０、光素子搭載基板１２０、光素子１６０を備えている。）とから構成される。ただし、封止基板にはファイバ１００やフェルール１０６を嵌合させるファイバ嵌合用凹部１１２はない。
【００３７】
パッケージ２００は、フェルール１０６、レンズ１１５、ミラー２１０とフィルタ２２０、光モジュールを固定し、パッケージングしている。光ファイバ１００から導かれてきた光信号は複数の異なる波長を多重された信号である。この波長多重された光信号は、フェルール１０６から出射され、レンズ１１５によってコリメート光に近い状態で出力される。その光は、波長選択フィルタ２２０−４、ミラー２１０−３、波長選択フィルタ２２０−３、ミラー２１０−２、波長選択フィルタ２２０−２、ミラー２１０−１、波長選択フィルタ２２０−１の順に、伝播する。波長選択フィルタは、波長多重された信号の１つのみを透過させ、他の波長の光は全て反射するような特性になっている。フィルタ２２０−４、フィルタ２２０−３、フィルタ２２０−２、フィルタ２２０−１と、順々に異なる波長の光が分離され、光モジュールのレンズ１１５−１、レンズ１１５−２、レンズ１１５−３、レンズ１１５−４を介して集光され、光素子１６０に入射する。このように、本発明による小型光モジュールにより、小型の波長多重光モジュールを実現できる。
【００３８】
図１６に、本発明の第十三の実施例である光モジュールの断面図を示す。この例では、レセプタクル型光モジュールを実現するために、レセプタクル３００を加えた構成となっている。尚、レセプタクル型光モジュールでは、光信号の入力方向と、ピン１０８からの電気信号の出力方向が同じ方向になる方が、レセプタクル型光トランシーバなどの装置に適用される場合、光トランシーバを小型にする上で有効である。それは、レセプタクル部分を光トランシーバのものと共通にできるからである。
図１７に、本発明の第十四の実施例である光モジュールの断面図を示す。本発明による光モジュールは、光ファイバ１００とフェルール１０６とレンズ１１５とパッケージ２００とミラー２１０とフィルタ２２０と、これまで述べてきた光素子をパッケージした光モジュール（封止基板１１０、光素子搭載基板１２０、光素子１６０などから構成される）とから構成される。この例で示した光モジュールは、図１１で説明した構成のものを示してあり、レンズ１１５は光素子１６０に集積された構成としている。
【００３９】
図１８に、本発明の第十五の実施例である光モジュールの断面図を示す。この例では、図１７の構成に、レセプタクル型光モジュールを実現するために、レセプタクル３００を加えた構成となっている。前述したように、レセプタクル型光モジュールでは、光信号の入力方向と、ピン１０８からの電気信号の出力方向が同じ方向になる方が、光トランシーバなどの装置に適用される場合、光トランシーバを小型にする上で有効である。
【００４０】
図１９に、本発明の第十六の実施例である光モジュールの断面図を示す。この例では、図１７の構成に、ミラー２１０を一つ追加して、光ファイバ１００の出口をピン１０８からの電気信号の出力方向と同じ側にしたものである。レセプタクル型光トランシーバに適用される場合、このファイバ１００の出力を直接に光トランシーバの出力とすることが出来ない。光トランシーバに別のレセプタクルを設け、それにファイバを接続して実現する。その場合、ファイバの余長処理を行う空間が必要である。この例では、ピン１０８の先には、論理処理回路などの電子部品が接続されるので、例えば、その電子部品の上側にファイバの余長処理を行う部分を設けるなどすれば、実装面積を増やさずに、光トランシーバに収容することが可能となる。
図２０に、本発明の第十七の実施例である光モジュールの断面図を示す。この例では、図１９の構成に、ミラー２１０を更に一つ追加して、ファイバ出口がパッケージにほぼ垂直、ピン１０８からの電気信号の出力方向とほぼ平行にしたものである。パッケージに対して、斜めにファイバを高精度に組み立てる際に、組立機からの制限により、製造しにくくなる場合があるので、その対処方法として本構造は有効である。
【００４１】
一般的に、受光素子では高速性を高めるためには受光面積を小さくする必要がある。このため、本発明の波長多重光モジュールでは、レンズ１１５によって、コリメータに近いビームを生成し、光素子に近い側の個別レンズで、コリメータ光を絞って光素子に受光させている。この方法は確実であるが、光素子に個別に外部レンズを設けると部品点数が多くなってしまう。そこで、もう一つの方法としては、レンズ１１５によって光を絞り一度集光させて、焦点近傍に光素子を配置する方法である。図２１、２２に、等価となる光学系を示した。この場合、全ての光素子１６０に対して、ΔＤをなるべく小さく取ることで、受光径の制限によらない光学系を実現できる。このように、光素子が偶数個存在する場合には図２１の光学系を、光素子が奇数個存在する場合には図２２の光学系を組むことで、図１５〜２０の構成の光モジュールで部品点数を減らすことが可能となる。
【００４２】
図２３に、本発明の第十七の実施例である光モジュールの断面図を示す。この例では、光素子１６０がアレイ化された構成になっている場合にパッケージングした場合を示している。レンズ１１５も、アレイレンズを用いた構成となっている。図２４に、封止を行うための最小限の構成を示した。
【００４３】
このように、本発明により、光ファイバで信号を伝送するための光モジュールに関して、光部品数、実装工程数を大幅削減し、小型化且つ高い歩留まりを実現し、光ファイバへの接続を容易とする光モジュールおよびその製造方法を提供する。特に、１本の光ファイバで複数の波長の光を伝送する、波長多重光伝送や１芯双方向光伝送の端末機として用いられる光モジュールに関して、低損失な光学特性及び高信頼性を保ちつつ、小型化かつ信頼性に優れた光モジュールおよびその製造方法を提供できる。
【符号の説明】
【００４４】
１００…光ファイバ
１０１…ステム
１０２、２００…パッケージ
１０３…レーザ素子
１０４…サブマウント
１０６…フェルール
１０７…ボンディングワイヤ
１０８…ピン
１１０…封止基板
１１２…ファイバ嵌合用凹部
１１３…先球ファイバ
１１５…レンズ
１１７…樹脂
１２０…光素子搭載基板
１３０…電気配線
１４０…貫通ビアホール
１５０、１６０…光素子
１７０…トランスインピーダンスアンプ
１８０…アライメントマーク
２１０…ミラー
２２０…フィルタ
３００…レセプタクル
３１０…ホルダ部
３２０…スリーブ
３３０…光接続機構
１０１１…ｎ型半導体基板
１０１２…活性層
１０１３…回折格子
１０１４…ｐ型クラッド層
１０１５…ｐ電極
１０１６…ｎ電極
１０１７…半導体埋め込み層
１０１８…反射鏡
１０１９…集積レンズ
１０２１…無反射コーティング
１０３２…吸収層
【図１】
2010225824.tif 000003
【図２】
2010225824.tif 000004
【図３】
2010225824.tif 000005
【図４】
2010225824.tif 000006
【図５】
2010225824.tif 000007
【図６】
2010225824.tif 000008
【図７】
2010225824.tif 000009
【図８】
2010225824.tif 000010
【図９】
2010225824.tif 000011
【図１０】
2010225824.tif 000012
【図１１】
2010225824.tif 000013
【図１２】
2010225824.tif 000014
【図１３】
2010225824.tif 000015
【図１４】
2010225824.tif 000016
【図１５】
2010225824.tif 000017
【図１６】
2010225824.tif 000018
【図１７】
2010225824.tif 000019
【図１８】
2010225824.tif 000020
【図１９】
2010225824.tif 000021
【図２０】
2010225824.tif 000022
【図２１】
2010225824.tif 000023
【図２２】
2010225824.tif 000024
【図２３】
2010225824.tif 000025
【図２４】
2010225824.tif 000026
【図２５】
2010225824.tif 000027