(57)【要約】【課題】光結合構造の信頼性の低下を防ぎ、かつ部品実装密度を高めることができる光結合構造およびその製造方法を提供する。【解決手段】受発光部１ａを有する光半導体素子１と、光伝送路２と、光半導体素子１と光伝送路２との間を光学的に結合する光結合部３と、を備えた光結合構造を製造する方法。光結合部３は、透明樹脂からなり、光半導体素子１と光伝送路２の一方からの光を内面反射により他方に向ける反射面３ａを有する。光半導体素子１と同じ外面形状を有する素子型１１を用意し、この素子型１１の外面領域に、液状の透明樹脂３１を塊状に盛り付ける工程と、透明樹脂３１に光伝送路２の端部２ａを押し込み、透明樹脂３１を伴って光伝送路２を位置調整することによって透明樹脂３１を成形して硬化させる工程と、硬化した透明樹脂３１を光伝送路２とともに素子型１１から取り外し、光半導体素子１に光結合部３として装着する工程と、を有する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受発光部を有する光半導体素子と、
前記受発光部の光軸に対して交差する光軸を有する光伝送路と、
前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部と、を備えた光結合構造を製造する方法であって、
前記光結合部は、前記光半導体素子と前記光伝送路との間で伝送される光が透過可能な透明樹脂からなり、前記光半導体素子と前記光伝送路の一方からの光を内面反射により他方に向ける反射面を有し、
少なくとも光結合部のうち前記半導体素子の外面形状に応じた外面領域が前記光半導体素子と同じ外面形状を有する素子型を用意し、前記素子型の前記外面領域に、液状の透明樹脂を塊状に盛り付ける工程と、
前記塊状の透明樹脂に前記光伝送路の端部を押し込み、前記透明樹脂を伴って前記光伝送路を位置調整することによって前記透明樹脂を前記反射面を有する形状として硬化させる工程と、
前記硬化した透明樹脂を前記光伝送路とともに前記素子型から取り外し、前記光半導体素子の前記受発光部を含む外面領域に前記光結合部として装着する工程と、を有することを特徴とする光結合構造の製造方法。
【請求項２】
前記光半導体素子の外面は、前記受発光部が形成された主面と、前記主面に隣接し、かつ互いに隣接する２つの側面とを有し、
前記光結合部の内面は、前記主面に沿う主面領域と、それぞれ前記２つの側面に沿う２つの側面領域とを有することを特徴とする請求項１に記載の光結合構造の製造方法。
【請求項３】
前記光半導体素子の外面は、前記受発光部が形成された主面と、前記主面に隣接する３以上の側面を有し、
前記光結合部の内面は、前記主面に沿う主面領域と、それぞれ前記３以上の側面に沿う３以上の側面領域とを有することを特徴とする請求項１に記載の光結合構造の製造方法。
【請求項４】
前記光半導体素子には、外面である給電面に、給電用配線が接続されており、
前記素子型の前記給電面に相当する面には、前記給電用配線の接続箇所に相当する箇所に前記透明樹脂が付着するのを避ける凸部が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光結合構造の製造方法。
【請求項５】
前記光半導体素子は、基板に実装され、
前記光伝送路は、伝送路固定部を介して前記基板に固定され、
前記伝送路固定部は、前記光伝送路の端部から前記光伝送路の長さ方向に１ｍｍ以下の距離にあることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の光結合構造の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の光結合構造の製造方法によって得られた光結合構造であって、
前記光結合部が前記光半導体素子に固定されていないことを特徴とする光結合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信技術、光伝送技術、光情報記録技術に用いられる光伝送路と光半導体素子との光結合構造とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光モジュールとしては、基板に搭載された光半導体素子と、光軸が基板に対して平行となるように配置された光伝送路を備えているものがある。
この種の光モジュールにおいて、光半導体素子の受発光部と光伝送路の端部とを光学的に結合させるためには、透明樹脂からなる光結合部が用いられることがある（例えば、特許文献１を参照）。
光結合部は、例えば次の方法によって作製される。液状の透明樹脂を光半導体素子上に塗布し、この透明樹脂に光伝送路の端部を押し込み、この光伝送路を位置調整することによって形状を整えた後、透明樹脂を硬化させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３７６４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の技術では、透明樹脂が光半導体素子に固定されているために温度や湿度の変化により透明樹脂に生じる膨張・収縮の応力が光半導体素子の受発光部に加わり、光半導体素子の寿命が著しく短くなり、光モジュールの信頼性が低下する可能性があった。
また、光結合部の成形は、撮像装置により透明樹脂および光伝送路を観察しながら行われるが、撮像を支障なく行うために、光半導体素子の実装位置が制限されたり、撮像の妨げとなる位置に部品を実装できないなどの制約が生じ、部品実装密度を高めるのが難しくなる場合があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光結合構造の信頼性の低下を防ぎ、かつ部品実装密度を高めることができる光結合構造およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、受発光部を有する光半導体素子と、前記受発光部の光軸に対して交差する光軸を有する光伝送路と、前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部と、を備えた光結合構造を製造する方法であって、前記光結合部は、前記光半導体素子と前記光伝送路との間で伝送される光が透過可能な透明樹脂からなり、前記光半導体素子と前記光伝送路の一方からの光を内面反射により他方に向ける反射面を有し、少なくとも光結合部のうち前記半導体素子の外面形状に応じた外面領域が前記光半導体素子と同じ外面形状を有する素子型を用意し、前記素子型の前記外面領域に、液状の透明樹脂を塊状に盛り付ける工程と、前記塊状の透明樹脂に前記光伝送路の端部を押し込み、前記透明樹脂を伴って前記光伝送路を位置調整することによって前記透明樹脂を前記反射面を有する形状として硬化させる工程と、前記硬化した透明樹脂を前記光伝送路とともに前記素子型から取り外し、前記光半導体素子の前記受発光部を含む外面領域に前記光結合部として装着する工程と、を有する光結合構造の製造方法を提供する。
前記光半導体素子の外面は、前記受発光部が形成された主面と、前記主面に隣接し、かつ互いに隣接する２つの側面とを有し、前記光結合部の内面は、前記主面に沿う主面領域と、それぞれ前記２つの側面に沿う２つの側面領域とを有することが好ましい。
前記光半導体素子の外面は、前記受発光部が形成された主面と、前記主面に隣接する３以上の側面を有し、前記光結合部の内面は、前記主面に沿う主面領域と、それぞれ前記３以上の側面に沿う３以上の側面領域とを有することが好ましい。
前記光半導体素子には、外面である給電面に、給電用配線が接続されており、前記素子型の前記給電面に相当する面には、前記給電用配線の接続箇所に相当する箇所に前記透明樹脂が付着するのを避ける凸部が形成されていることが好ましい。
本発明の光結合構造の製造方法では、前記光半導体素子は、基板に実装され、前記光伝送路が、伝送路固定部を介して前記基板に固定され、前記伝送路固定部が、前記光伝送路の端部から前記光伝送路の長さ方向に１ｍｍ以下の距離にあることが好ましい。
本発明の光結合構造は、前記光結合構造の製造方法によって得られた光結合構造であって、前記光結合部が前記光半導体素子に固定されていない。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光半導体素子と同じ外面形状を有する素子型を用いて透明樹脂を成形し、これを光半導体素子に移し替えて光結合部として使用する。光結合部（透明樹脂）は前工程で硬化しているため、透明樹脂は光半導体素子に固定されない。よって、温度や湿度の変化により光結合部に生じる膨張・収縮の応力が光半導体素子の受発光部に加わることはなく、前述の技術と異なり、光半導体素子の寿命が短くなることはない。従って、光モジュールの信頼性の低下を防ぐことができる。
本発明では、透明樹脂の成形に、実機（光半導体素子）ではなく素子型を用いるため、他の部品実装を考慮する必要はなく、撮像装置を最適位置に設置できる。このため、透明樹脂の形状や光伝送路の位置等を正確に把握しつつ、高精度の透明樹脂の成形が可能となる。
また、透明樹脂や光伝送路の操作の妨げになるような部品を素子型に近い位置には設置しないことも可能であるから、透明樹脂の成形を安定的に行うことができる。
本発明では、部品実装に制約が少ないため、素子型に近い位置に、温度調節機構の温度調節素子を設置することができる。温度調節機構を使用することによって、透明樹脂の成形の際の素子型等の温度を一定に保ち、透明樹脂の成形を安定的に行うことができる。
また、透明樹脂の成形は素子型上で行われるため、光半導体素子上で透明樹脂を成形する場合とは異なり、撮像装置の設置上の都合によって部品実装に制約が生じることはない。従って、基板上の部品実装に関して設計の自由度が高く、部品の実装密度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１形態例に係る光結合構造を備えた光モジュールの一例を示す斜視図である。
【図２】光結合部の製造工程を説明する斜視図である。
【図３】光結合部の製造工程を説明する斜視図である。
【図４】光結合部の製造工程を説明する斜視図である。
【図５】光結合部の製造工程を説明する斜視図である。
【図６】本発明の第２形態例に係る光結合構造を備えた光モジュールの一例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図７】本発明の第３形態例に係る光結合構造の製造において用いられる素子型と、これに塗布された透明樹脂を示す斜視図である。
【図８】本発明の第４形態例に係る光結合構造を備えた光モジュールの一例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明する。
図１に、第１形態例に係る光結合構造を備えた光モジュールの一例を示す。
図１に示す光モジュール５は、基板４の上面である実装面４ａに実装された光半導体素子１と、基板４の実装面４ａに沿い、かつ基板４の実装面４ａから離間して配置された光伝送路２と、光伝送路２と光半導体素子１との間を光学的に結合する光結合部３とを備えている。
【０００９】
光半導体素子１は、上面１ｃ（主面）と、その周縁１ｅから垂下する複数の側面１ｆとを有する形状である。上面１ｃは、矩形等の多角形であることが好ましい。
図示例の光半導体素子１は直方体をなす。上面１ｃは矩形であり、４つの辺である周縁１ｅからそれぞれ垂下する４つの側面１ｆを有する。上面１ｃは実装面４ａに平行であり、側面１ｆは上面１ｃに隣接する面であって、上面１ｃに対して垂直である。
符号１ｇは、光半導体素子１の３つの面１ｃ、１ｆ１、１ｆ２が交わる頂点部である。
【００１０】
光半導体素子１は、光信号を出射または入射させる部分として受発光部１ａを有する。
光半導体素子１が受光素子である場合は、受発光部１ａは受光部である。光半導体素子１が発光素子である場合は、受発光部１ａは発光部である。
発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等が挙げられる。受光素子としては、フォトダイオード（ＰＤ）等が挙げられる。
受発光部１ａは、光半導体素子１の上面１ｃに設けられている。本発明における上下方向は、光半導体素子１が基板４に実装される実装面４ａを基準とし、基板４に垂直かつ基板４から遠ざかる方向を上方（図１の上方）、基板４に垂直かつ基板４に近づく方向を下方（図１の下方）とする。また、上下方向に垂直な方向を水平方向とする。
本発明における上下方向および水平方向は、透明樹脂３１（後述）が未硬化で流動性を有する場合を除き、重力の方向に依存しない。
【００１１】
光半導体素子１は、基板４の実装面４ａに形成された回路配線６に対して、接合材により電気的に接続されている。
本形態例の場合は、光半導体素子１の上面（表面）１ｃ（給電面）に形成された電極（図示せず）と、ワイヤ配線７などからなる給電用配線を介して、回路配線６と電気的に接続されている。また、光半導体素子１の下面（裏面）１ｄと回路配線６とは、導電性接着剤（図示せず）により、電気的に接続されている。
基板４には、例えは、ガラスエポキシ基板、セラミック基板など、一般的な各種絶縁基板を使用することができる。ワイヤ配線７としては、例えば、金（Ａｕ）ワイヤ、アルミ（Ａｌ）ワイヤ、銅（Ｃｕ）ワイヤなどが挙げられる。
【００１２】
光伝送路２としては、例えば石英系光ファイバ、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）などの光ファイバや、石英光導波路、高分子光導波路などの基板型光導波路などが挙げられる。
光伝送路２は、光結合部３に対する光の出入射の方向が一定となるように、少なくとも端部２ａ付近では、光軸２ｂが直線状であることが好ましい。
【００１３】
光半導体素子１は、その光軸１ｂが光伝送路２の光軸２ｂ（特に端部２ａ付近における光軸２ｂ）に所定の角度θで交差するように配置されている。光半導体素子１および光伝送路２は、光軸１ｂ，２ｂが互いに垂直（または略垂直）に配置されることが好ましい。
【００１４】
光結合部３は、伝送される光に対して透明な樹脂からなる。光結合部３を構成する樹脂は、光半導体素子１の受発光部１ａの少なくとも一部および光伝送路２の端部２ａの少なくとも一部にそれぞれ密着している。
ここでいう透明樹脂とは、光半導体素子１と光伝送路２との間を伝送する光を透過させることが可能なものを指している。従って、必ずしも可視光下で無色透明な色調のものに限定されるものではない。また、光が伝送する樹脂内の光路長が短いため、ある程度透明性があれば良い。透明樹脂としては、例えば、ＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などを用いることができる。透明樹脂の具体例としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。
【００１５】
後述するように、光結合部３は、光半導体素子１に固定はされないが、光半導体素子１の上面１ｃおよび側面１ｆ１、１ｆ２に、隙間なく当接、またはわずかな隙間をおいて近接配置される。光結合部３は、光半導体素子１から離れている場合でも、光伝送路２の光軸２ｂと光半導体素子１の光軸１ｂと界面３ａとの相対位置が一義的に定められ、かつ十分な光結合効率が得られるよう配置される。
光結合部３の形状は、図１では光結合部３が光伝送路２の端部２ａの全面を覆い、光結合部３の上端が光伝送路２の上部まで付着しているが、光伝送路２の端部２ａの一部が光結合部３の外側に露出されてもよい。
【００１６】
光結合部３では、光半導体素子１が受光素子の場合には、光伝送路２から光結合部３に入射した光が、光結合部３を構成する透明樹脂とその外部の気体（例えば空気や乾燥窒素ガスなど）との界面３ａ（反射面）との屈折率差により反射（内面反射）されて光半導体素子１に入射する。
また、光半導体素子１が発光素子の場合には、光半導体素子１から光結合部３に入射した光は、光結合部３を構成する透明樹脂と外部の気体との界面３ａとの屈折率差により反射（内面反射）されて光伝送路２に入射する。
【００１７】
光結合部３は、透明樹脂の周囲が気体で覆われているため、透明樹脂との屈折率差が大きくなり、界面における光の反射率を高めることができる。これにより、光の結合効率をより向上することができる。
【００１８】
次に、図１に示す構成の光モジュール５を製造する場合を例として、本発明の光モジュールの製造方法の第１の例を説明する。
（樹脂供給工程）
図２に示すように、素子型１１を用意する。
本形態例では、素子型１１は、ワイヤ配線７が接続されていないこと以外は光半導体素子１と同じ外面形状を有する。すなわち、素子型１１は、光半導体素子１の上面１ｃと同じ寸法の平面視矩形の上面１１ｃ（主面）と、その４つの辺である周縁１１ｅから垂下する４つの側面１１ｆとを有する直方体である。側面１１ｆは上面１１ｃに隣接する面であって、上面１１ｃに垂直である。素子型１１は、基板１４の実装面１４ａに実装されている。
【００１９】
素子型１１の上面１１ｃには、受発光部１ａと同形の受発光部１１ａが形成されている。図示例では、受発光部１１ａは受発光部１ａと同じ寸法の円錐台形の凸部である。
素子型１１は、少なくとも透明樹脂３１が供給される外面領域（光結合部３のうち光半導体素子１の外面形状に応じた外面領域）が光半導体素子１と同じ外面形状を有するものが用いられる。素子型１１は、光半導体素子としての機能を持たないものであってもよいし、光半導体素子１と同じタイプの光半導体素子であってもよい。
素子型１１の外面には、後述する工程で透明樹脂３１の取り外しがしやすくなるように、離型剤を塗布してもよい。
【００２０】
精密ディスペンサ等の樹脂ディップ装置２９（注出装置）を用いて、未硬化の透明樹脂３１を素子型１１外面に塊状に塗布する。
透明樹脂３１は、上面１１ｃだけでなく、１または複数の側面１１ｆにも及ぶことが好ましい。
図２では、透明樹脂３１は、上面１１ｃと、互いに隣接する２つの側面１１ｆ（１１ｆ１、１１ｆ２）とに及ぶ。具体的には、透明樹脂３１は、上面１１ｃの一部と、第１側面１１ｆ１の一部と、第２側面１１ｆ２の一部とからなる領域に塗布されている。透明樹脂３１が塗布される領域は、前述の互いに垂直な前記３つの面１１ｃ、１１ｆ１，１１ｆ２からなり、頂点部１ｇを有する略三角推形の凸状部分である。
透明樹脂３１が塗布される上面１１ｃの領域は、受発光部１１ａを含む領域である。
図２の符号１１ｇは、素子型１１の３つの面１１ｃ、１１ｆ１、１１ｆ２が交わる頂点部である。
【００２１】
透明樹脂３１は、例えば一部が上面１１ｃから溢れて２つの側面１１ｆに流下するまで上面１１ｃに供給することによって、図２の形状とすることができる。
また、上面１１ｃに供給した透明樹脂３１に光伝送路２を差し込んだ後に光伝送路２を動かすことで透明樹脂３１を上面１１ｃから溢れさせることによって、図２に示す形状の透明樹脂３１を得ることもできる。
上面１１ｃと、側面１１ｆ１、１１ｆ２は、互いに隣接する３つの面であるから、透明樹脂３１の内面には、これら３つの面１１ｃ、１１ｆ１、１１ｆ２に即した３つの面領域からなる凹部３２が形成される（図５（ｂ）参照）。
【００２２】
（樹脂成形工程）
図３に示すように、光伝送路２の端部２ａを、光半導体素子１上に盛り付けた透明樹脂３１に向けて差し込む。光学素子２の差し込み方向は、例えば光伝送路２の光軸２ｂに沿う方向である。
【００２３】
図４に示すように、透明樹脂３１に差し込んだ光伝送路２を光半導体素子１から遠ざけるように移動する。具体的には、光伝送路２は、光半導体素子１からゆっくりと斜め上方向（矢印Ｒ１の方向）に引き上げる。光伝送路２の引き上げ移動に伴って、透明樹脂３１は変形する。
透明樹脂３１は、後述の工程で光半導体素子１上に移設されたときに光半導体素子１と光伝送路２とを光学的に接続する光結合部３として機能できる形状とする。すなわち、透明樹脂３１は、光半導体素子１と光伝送路２とを内面反射によって光接続する界面３ａを有する形状とする。
【００２４】
透明樹脂３１の形状は、（１）透明樹脂３１と素子型１１との間の界面張力、（２）透明樹脂３１と光伝送路２との間の界面張力、および（３）透明樹脂３１と外部の気体との間の表面張力で決定される。つまり、（Ａ）部材（素子型１１、光伝送路２、透明樹脂３１）と、（Ｂ）部材の状態（素子型１１および光伝送路２の表面状態や透明樹脂３１の粘度など）と、（Ｃ）実装条件（透明樹脂３１の塗布量や光伝送路２の差込量および引き上げ量など）とに依存する。これら（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の条件が同じであれば、自ずと透明樹脂３１の形状は同じになる。
【００２５】
透明樹脂３１の形状は、前記各条件に依存するため、撮像装置（図示略）により透明樹脂３１および光伝送路２を観察しつつ成形が行われることが好ましい。
本形態例の方法では、透明樹脂３１の成形に、実機（光半導体素子１）ではなく素子型１１を用いるため、他の部品実装を考慮せず、撮像装置を最適位置に設置できる。このため、透明樹脂３１の形状や光伝送路２の位置等を正確に把握しつつ、高精度の透明樹脂３１の成形が可能となる。
透明樹脂３１や光伝送路２の操作の妨げになるような部品を素子型１１に近い位置には設置しないことも可能であるから、透明樹脂３１の成形を安定的に行うことができる。
また、部品実装に制約がないため、素子型１１に近い位置に、温度調節機構の温度調節素子（図示略）を設置することができる。温度調節機構を使用することによって、透明樹脂３１の成形の際の素子型１１等の温度を一定に保ち、透明樹脂３１の成形を安定的に行うことができる。
また、透明樹脂３１の成形は素子型１１上で行われるため、光半導体素子１上で透明樹脂３１を成形する場合とは異なり、撮像装置の設置箇所等の都合によって光モジュール５に部品の実装に制約が生じることはない。
【００２６】
素子型１１として光半導体素子を使用する場合には、この光半導体素子（素子型１１）と光伝送路２との間に光を伝送させ、光結合効率をモニタしつつ透明樹脂３１の成形を行うアクティブ調心を採用するのが好ましい。
また、光伝送路２の成形の際の最適条件が明らかになれば、光伝送を行わないパッシブ調心を採用した場合でも、光結合効率などの特性に優れた透明樹脂３１を形成できる。
【００２７】
次いで、透明樹脂３１の種類に応じて、必要に応じて例えばＵＶ（紫外線）の照射や加熱を行うことによって透明樹脂３１を硬化させる。
上述のアクティブ調心を採用する場合には、光結合効率が最適となった状態で透明樹脂３１を硬化させればよい。硬化した透明樹脂３１を透明樹脂３１Ａという。
【００２８】
透明樹脂３１Ａには、素子型１１の互いに隣接する３つの面１１ｃ、１１ｆ１、１１ｆ２に即した３つの面領域からなる凹部３２が形成される（図５（ｂ）参照）。
具体的には、図５（ｂ）に示すように、凹部３２は、素子型１１の上面１１ｃに即した上面領域３２ａ（主面領域）と、第１側面１１ｆ１に即した第１側面領域３２ｂ１と、第２側面１１ｆ２に即した第２側面領域３２ｂ２とからなる。これら上面領域３２ａ、側面領域３２ｂ１、３２ｂ２は互いに隣接しており、凹部３２は、これら３つの面領域３２ａ、３２ｂ１、３２ｂ２からなる略三角推形の内部空間を有する。符号３２ｃは、３つの面領域３２ａ、３２ｂ１、３２ｂ２が交わる頂点凹部である。
【００２９】
（移設工程）
図５は、この工程を説明する図であって、（ａ）は素子型１１およびその上で硬化した透明樹脂３１Ａを示し、（ｂ）は素子型１１から取り外した透明樹脂３１Ａを示し、（ｃ）は透明樹脂３１Ａを光半導体素子１上に光結合部３として設置した状態を示す。
図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、透明樹脂３１Ａを光伝送路２とともに素子型１１から取り外し、図５（ｃ）に示すように、光半導体素子１の受発光部１ａを含む外面領域に光結合部３として装着する。
透明樹脂３１Ａは、略三角錐形の凹部３２を、光半導体素子１の頂点部１ｇを含む凸状部分に被せるように装着する。頂点部１ｇを含む凸状部分とは、上面１ｃおよび側面１ｆ１、１ｆ２の各一部領域からなる略三角錐形の部分である。
この際、凹部３２の上面領域３２ａおよび側面領域３２ｂ１、３２ｂ２を、それぞれ光半導体素子１の上面１ｃおよび側面１ｆ１、１ｆ２に合わせる。
【００３０】
凹部３２の上面領域３２ａおよび側面領域３２ｂ１、３２ｂ２は、それぞれ素子型１１の上面１１ｃおよび側面１１ｆ１、１１ｆ２に応じた形状となっているため、光半導体素子１の上面１ｃおよび側面１ｆ１、１ｆ２に、隙間なく当接、またはわずかな隙間をおいて近接配置される。
透明樹脂３１Ａはすでに硬化しているため、光半導体素子１に固定はされない。
【００３１】
凹部３２は、互いに垂直な前記３つの面領域からなり、最深部に頂点凹部３２ｃを有する略三角錐形の凹部である。一方、光半導体素子１の凸状部分は、互いに垂直な前記３つの面からなり、頂点部１ｇを有する略三角推形の凸状部分である。
よって、光半導体素子１の凸状部分が透明樹脂３１Ａの凹部３２の最奥部に達すると、凹部３２の面領域３２ａ、３２ｂ１、３２ｂ２が、それぞれ光半導体素子１の面１ｃ、１ｆ１、１ｆ２に合わされた状態となって、それ以上の奥側への移動が起こらなくなるため、透明樹脂３１Ａが光半導体素子１に対して適正な姿勢で位置決めされる。
これによって、透明樹脂３１Ａは、光半導体素子１と光伝送路２とを光学的に接続する（光結合する）光結合部３となり、光モジュール５が完成する。
【００３２】
本形態例の光結合構造の製造方法によれば、光半導体素子１と同じ外面形状を有する素子型１１を用いて透明樹脂３１Ａを成形し、これを光半導体素子１上に移し替えて光結合部３として使用する。光結合部３（透明樹脂３１Ａ）は前工程で硬化していることから、光半導体素子１に固定されない。
よって、温度や湿度の変化により光結合部３に生じる膨張・収縮の応力が光半導体素子１の受発光部１ａに加わることはなく、光半導体素子１の寿命が短くなることはない。従って、光モジュール５の信頼性の低下を防ぐことができる。
また、透明樹脂３１の成形に、実機（光半導体素子１）ではなく素子型１１を用いるため、他の部品実装を考慮する必要はなく、撮像装置を最適位置に設置できる。このため、透明樹脂３１の形状や光伝送路２の位置等を正確に把握しつつ、高精度の透明樹脂３１の成形が可能となる。
透明樹脂３１や光伝送路２の操作の妨げになるような部品を素子型１１に近い位置には設置しないことも可能であるから、透明樹脂３１の成形を安定的に行うことができる。
また、部品実装に制約が少ないため、素子型１１に近い位置に、温度調節機構の温度調節素子を設置することができる。温度調節機構を使用することによって、透明樹脂３１の成形の際の素子型１１等の温度を一定に保ち、透明樹脂３１の成形を安定的に行うことができる。
また、透明樹脂３１の成形は素子型１１上で行われるため、光半導体素子１上で透明樹脂３１を成形する場合とは異なり、撮像装置の設置上の都合によって光モジュール５に部品の実装に制約が生じることはない。
従って、基板４上の部品実装に関して設計の自由度が高く、部品の実装密度を高めることができる。
【００３３】
透明樹脂３１Ａの凹部３２の上面領域３２ａおよび側面領域３２ｂ１、３２ｂ２は、それぞれ光半導体素子１の上面１ｃおよび側面１ｆ１、１ｆ２に沿うため、透明樹脂３１Ａを光半導体素子１に装着すると、透明樹脂３１Ａを適正な姿勢で位置決めできる。また、上面領域３２ａは光半導体素子１の上面１ｃの凹凸に応じた凹凸を有するため、これらの凹凸を嵌合させることで位置決め精度を高められる。よって、容易な操作で、かつ精度の高い調心が可能である。
調心のための構造、例えば位置決めピン、基板４への凹凸形成などが不要となるため、光モジュール５の小型化、および低コスト化が可能である。
透明樹脂３１Ａは、素子型１１を用いた成形によって、すでに高精度の光結合を実現できる形状となっているため、光半導体素子１に移設する段階では撮像装置を用いて透明樹脂３１の形状や光伝送路２の位置等を把握する必要はない。よって、移設工程では撮像装置を用いた調心は不要であり、製造工程が簡略になる。
【００３４】
図６に、第２形態例に係る光結合構造を備えた光モジュールの一例である光モジュール５Ａを示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は平面図である。以下、第１形態例の説明において既に述べた事項は説明を省略する場合がある。
図６に示す光モジュール５Ａは、基板４の上面である実装面４ａに実装された光半導体素子１Ａと、光伝送路２と、光伝送路２と光半導体素子１Ａとの間を光学的に結合する光結合部２３とを備えている。
この光モジュール５Ａは、光結合部２３の形状の点で、図１等に示す光モジュール５と異なる。
光結合部２３は、光半導体素子１Ａと同じ形の素子型（図示略）の矩形の上面およびその周縁から垂下する４つの側面に即した５つの内面領域からなる凹部４２が形成される。
具体的には、凹部４２は、素子型の上面に即した上面領域４２ａ（主面領域）と、その周縁から垂下する４つの側面に即した側面領域４２ｂ（４２ｂ１〜４２ｂ４）とからなる概略直方体形の内部空間を有する。側面領域４２ｂ（４２ｂ１〜４２ｂ４）は、上面領域４２ａに隣接した面領域である。
【００３５】
光結合部２３は、光半導体素子１Ａの上面１ｃにおける、ワイヤ配線７の接続箇所７ａ（配線接続箇所）を避けて形成されている。
【００３６】
次に、図６に示す構成の光モジュール５Ａを製造する場合を例として、本発明の光モジュールの製造方法の第２の例を説明する。
未硬化の透明樹脂を、前述の素子型（図示略）の上面と、これに隣接する４つの側面とに及ぶ領域に塗布する。透明樹脂は、例えば一部が素子型の上面から溢れて４つの側面に流下するまで供給することなどによって、図６の形状とすることができる。
次いで、光伝送路２の端部２ａを透明樹脂に差し込み、光伝送路２を位置調整した後、この透明樹脂を硬化させて透明樹脂３１Ａとする。
【００３７】
透明樹脂３１Ａを光伝送路２とともに素子型１１から取り外し、光半導体素子１Ａに光結合部２３として装着する。
この際、透明樹脂３１Ａの略直方体形の凹部４２を、光半導体素子１Ａに被せるように嵌め合わせ、凹部４２の上面領域４２ａおよび側面領域４２ｂ（４２ｂ１〜４２ｂ４）を、それぞれ光半導体素子１Ａの上面１ｃおよび側面１ｆ（１ｆ１〜１ｆ４）に合わせる。
【００３８】
本形態例の製造方法によれば、凹部４２は、上面領域４２ａと、その全周縁から垂下する４つの面領域４２ｂ（４２ｂ１〜４２ｂ４）からなる内部空間を有するため、水平面内のいずれの方向（上面１ｃに沿う任意の方向）についても透明樹脂３１Ａ（光結合部２３）が移動するのを規制し、これを確実に位置決めできる。
よって、容易な操作で、かつ精度の高い調心が可能である。
【００３９】
図７は、第３形態例に係る光結合構造の製造において用いられる素子型４１と、これに塗布された透明樹脂３１を示すものである。
素子型４１の上面４１ｃは、光半導体素子１Ａにおいてワイヤ配線７が接続される上面１ｃ（給電面）に相当する面である（図６参照）。
上面４１ｃにおける、ワイヤ配線７の接続箇所７ａ（図６参照）に相当する箇所には、上方に突出する凸部４３が形成されている。
凸部４３は、接続箇所７ａに透明樹脂３１が付着するのを防ぐために形成されたものであって、その平面視位置は接続箇所７ａ相当する箇所を含む。図示例の凸部４３は直方体状とされている。
凸部４３の突出高さ寸法は、樹脂供給工程において上面４１ｃに透明樹脂３１が塗布されたときの、その塗布厚さ寸法よりも大きくされている。
【００４０】
樹脂供給工程において上面４１ｃに供給された透明樹脂３１は、凸部４３の側面に沿って回り込んで塗布されるため、硬化した透明樹脂３１Ａ（光結合部）は、光半導体素子１の上面１ｃにおいて接続箇所７ａを避けた形状となる。
【００４１】
本形態例の製造方法によれば、凸部４３を有する素子型４１を用いるので、接続箇所７ａを避けた形状の光結合部を確実に作製できる。
【００４２】
本発明では、光結合部が光半導体素子に固定されないため、光結合部の光半導体素子に対する位置の変動により、わずかに光量が変動することが懸念される。
このため、例えば図８に示すように、光伝送路２は、伝送路固定部４４を介して基板４に固定することができる。
伝送路固定部４４は、ＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などを用いることができる。具体的には、伝送路固定部４４には、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等を使用できる。
光伝送路２の端部２ａと伝送路固定部４４との（光伝送路２の長さ方向の）距離Ｌ１は、１ｍｍ以下であることが好ましい。
距離Ｌ１をこの範囲とすることによって、光伝送路２の曲げ変形による光結合部３の上下動を小さくできるため、光結合部３と光半導体素子１との間の光結合効率を高く維持し、光量変動を抑制できる。
【００４３】
なお、伝送路固定部の構造は図示例に限らず、例えば基板４上に設けたステージ（図示略）に光伝送路２を直接載せて、この光伝送路２を樹脂等を介して前記ステージに固定してもよい。また、外部パッケージの突起物に形成した貫通穴に光伝送路２を挿通させて、この光伝送路２を樹脂等を介して前記突起物に固定してもよい。
【００４４】
光モジュールに搭載される光半導体素子の個数は、１個に限定されず、２個以上であってもよい。光半導体素子と光伝送路との光結合構造は、光半導体素子の個数に応じて必要な数を設けることができる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。
【００４６】
（実施例１）
図８に示す光モジュール５を作製した。光伝送路２としては光ファイバを使用した。光半導体素子１としては面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を使用した。透明樹脂３１にはアクリル系ＵＶ硬化性樹脂（ただし、本発明において透明樹脂の材料はアクリル系ＵＶ硬化性樹脂に限定されない。以下同じ。）を使用した。伝送路固定部４４にはアクリル系ＵＶ硬化性樹脂を使用した。
図５に示すように、素子型１１に透明樹脂３１を塗布し、この透明樹脂３１に光伝送路２の端部２ａを差し込み、光伝送路２を光半導体素子１から遠ざけるように引き上げた後、ＵＶを照射して透明樹脂３１を硬化させた。
この透明樹脂３１（透明樹脂３１Ａ）を光結合部３として光半導体素子１に移設して、光伝送路２を伝送路固定部４４で基板４に固定することによって、図８に示すように、光結合部３が光半導体素子１に固定されていない光モジュール５を得た。
光伝送路２の端部２ａと伝送路固定部４４との（光伝送路２の長さ方向の）距離Ｌ１は０．５ｍｍとした。
【００４７】
（実施例２〜４）
光伝送路２の端部２ａと伝送路固定部４４との（光伝送路２の長さ方向の）距離Ｌ１を、それぞれ１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍとすること以外は実施例１と同様にして光モジュール５を作製した。
【００４８】
（比較例１〜４）
光半導体素子１に透明樹脂３１を塗布し、この透明樹脂３１に光伝送路２の端部２ａを差し込み、光伝送路２を光半導体素子１から遠ざけるように引き上げた後、ＵＶを照射して透明樹脂３１を硬化させることによって、光結合部３が光半導体素子１に固定されている光モジュールを作製した。
比較例１〜４の光モジュールは、光結合部３が光半導体素子１に固定されていること以外は、それぞれ実施例１〜４と同様の構成とした。
【００４９】
実施例１について、光モジュール５に振動（周波数１５〜６０Ｈｚ、加速度１０Ｇ）を加え、光半導体素子１と光学素子２との間で伝送される光量を測定し、同条件で測定した比較例１における光量との差を最大変動量として算出した。
同様に、実施例２〜４についても、それぞれ比較例２〜４との光量の差を最大変動量として算出した。結果を表１に示す。
【００５０】
【表１】
2014186182.tif 000003
【００５１】
表１より、光伝送路２の端部２ａと伝送路固定部４４との距離を１ｍｍ以下とすることによって、光量変動を低く抑えることができたことが確認された。
【００５２】
（実施例５）
図１等に示す光モジュール５を作製した。光伝送路２としては光ファイバを使用した。光半導体素子１としては面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を使用した。透明樹脂３１にはアクリル系樹脂ＵＶ硬化性樹脂を使用した。
素子型１１の上面１１ｃに透明樹脂３１を塗布し、この透明樹脂３１に光伝送路２の端部２ａを差し込み、光伝送路２を光半導体素子１から遠ざけるように引き上げた後、ＵＶを照射して透明樹脂３１を硬化させた（透明樹脂３１Ａという）。
この透明樹脂３１Ａを光結合部３として光半導体素子１に移設して、光結合部３が光半導体素子１に固定されていない光モジュール５を得た。
【００５３】
（比較例５）
光半導体素子１に透明樹脂３１を塗布し、この透明樹脂３１に光伝送路２の端部２ａを差し込み、光伝送路２を光半導体素子１から遠ざけるように引き上げた後、ＵＶを照射して透明樹脂３１を硬化させることによって、光結合部３が光半導体素子１に固定された光モジュールを作製した。
比較例５の光モジュールは、光結合部３が光半導体素子１に固定されていること以外は実施例５と同様の構成とした。
【００５４】
（比較例６）
実施例５で用いたものと同様の光半導体素子１（面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ））を用意した。
【００５５】
実施例５、比較例５の光モジュール、および比較例６の光半導体素子１について、高温多湿環境における耐久試験を行った。
各サンプルについて、温度８５℃、湿度８５％の環境に１０００時間おいたときに、光半導体素子１（６ｍＡの定電流制御）に発光停止が起きるかどうかを調べた。結果を表２に示す。表２において「ａ／ｂ」は、ｂ個のサンプル中、ａ個のサンプルが発光停止したことを示す。
【００５６】
【表２】
2014186182.tif 000004
【００５７】
表２より、高温多湿環境の影響により光結合部が光半導体素子の発光停止が多く発生した比較例５に比べ、実施例５では、高温多湿環境にもかかわらず、発光停止が起こりにくかったことがわかる。
【００５８】
なお、図１等に示す光半導体素子１は上面１ｃが矩形であるが、上面１ｃは矩形以外の多角形であってもよいし、円形、楕円形等であってもよい。
また、光結合部は、前述の３または５の面領域からなる凹部を有する形状に限定されない。例えば、光半導体素子１の上面１ｃに沿う平坦な内面のみを内面領域として有する形状であってもよい。この形状の光結合部は、透明樹脂を素子型１１の上面１１ｃにのみ供給して硬化させることによって形成できる。前記内面が光半導体素子１の上面１ｃの凹凸に応じた凹凸を有する場合には、これらの凹凸を嵌合させることで光結合部の位置決めが可能である。
また、光結合部は、素子型１１の互いに隣接する２つの面に沿う２つの面領域からなる凹部を有する形状であってもよい。例えば、素子型１１の上面１１ｃと１つの側面１１ｆにそれぞれ沿う２つの面領域からなる凹部を有する形状であってもよい。また、光結合部は、４または６以上の面領域からなる凹部を有する形状でもよい。
光半導体素子および素子型の側面は、主面に対して垂直でなくても、主面に対し交差する傾斜面であればよい。また、側面同士についても、互いに交差する傾斜面であれば互いに垂直でなくてもよい。面同士が交差する角度は９０°未満または９０°を越える角度であってよい。
【符号の説明】
【００５９】
１、１Ａ…光半導体素子、１ａ…受発光部、１ｂ…光半導体素子の光軸、１ｃ…上面（主面、給電面）、１ｆ１、１ｆ２…側面、２…光伝送路、２ａ…光伝送路の端部、２ｂ…光伝送路の光軸、３…光結合部、３ａ…光結合部の外面（反射面、界面）、４…基板、４ａ…基板の実装面、５、５Ａ…光モジュール、７…ワイヤ配線（給電用配線）、１１…素子型、３１、３１Ａ…透明樹脂、３２ａ…上面領域（主面領域）、３２ｂ１…第１側面領域、３２ｂ２…第２側面領域、４３…凸部、４４…伝送路固定部、Ｌ１…光伝送路の端部と伝送路固定部との距離。
【図１】
2014186182.tif 000005
【図２】
2014186182.tif 000006
【図３】
2014186182.tif 000007
【図４】
2014186182.tif 000008
【図５】
2014186182.tif 000009
【図６】
2014186182.tif 000010
【図７】
2014186182.tif 000011
【図８】
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