(57)【要約】【課題】簡単な構成で面型の光素子と光結合が可能な光導波路を備えた光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール１Ａは、コア２０とクラッド２１を有した導波路部２２Ａが支持基板２３Ａに一体に支持された光導波路２Ａと、光導波路２Ａと光結合する面発光型半導体レーザ３Ａ及びフォトダイオード４と、光導波路２Ａと面発光型半導体レーザ３Ａ及びフォトダイオード４が実装される実装基板５とを備える。光導波路２Ａは、コア２０の伸びる方向に沿った導波路部２２Ａの一方の端面を所定の角度に傾斜させて、コア端面２０ａを露出させた反射面２４を備えると共に、コア端面２０ａと対向する位置の支持基板２３Ａを開口して、実装基板５に実装された面発光型半導体レーザ３Ａ及びフォトダイオード４が入る実装凹部２６Ａを備える。【選択図】        図１
2008102283.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとクラッドを有する導波路部と、前記導波路部を支持する支持基板とを備えた光導波路において、
前記導波路部は、前記コアの伸びる方向に沿った一方の端面を所定の角度に傾斜させて、前記コアのコア端面を露出させた反射面を備えると共に、
前記支持基板は、前記反射面に露出した前記コア端面と対向する位置を開口して実装凹部を備えた
ことを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記導波路部は、前記支持基板と一体に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
前記導波路部は、前記コアと前記クラッドが、所定の屈折率差を有した高分子材料で形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項４】
前記支持基板は、シリコンで形成され、前記実装凹部が異方性エッチングで製作されている
ことを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項５】
コアとクラッドを有した導波路部が支持基板に支持された光導波路と、
前記コアと結合する光素子と、
前記光導波路及び前記光素子が実装される実装基板とを備え、
前記光導波路は、前記コアの伸びる方向に沿った前記導波路部の一方の端面を所定の角度に傾斜させて、前記コアのコア端面を露出させた反射面を備えると共に、
前記反射面に露出した前記コア端面と対向する位置の前記支持基板を開口して、前記実装基板に実装された前記光素子が入る実装凹部を備えた
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
前記光導波路は、前記実装凹部の両側に前記支持基板を配置して、前記導波路部の前記反射面を支持する導波路支持部を備えた
ことを特徴とする請求項５記載の光モジュール。
【請求項７】
前記実装凹部に露出した前記導波路部の下面に、反射防止膜または波長フィルタを備えた
ことを特徴とする請求項５記載の光モジュール。
【請求項８】
支持基板の所定の位置をエッチングにより開口して実装凹部を形成する工程と、
支持基板の一の面に、光が伝搬されるコアを構成するコア層と前記コアを覆うクラッドを構成するクラッド層を積層して、前記支持基板と一体に導波路部を形成する工程と、
前記実装凹部上の前記導波路部に、前記実装凹部と対向して前記コアのコア端面が露出し、所定の角度に傾斜した反射面を形成する工程と
を行うことを特徴とする光導波路の製造方法。
【請求項９】
支持基板の所定の位置をエッチングにより開口して実装凹部を形成する工程の後、
前記実装凹部が形成された前記支持基板の一の面に、光が伝搬されるコアを構成するコア層と前記コアを覆うクラッドを構成するクラッド層を積層して、前記支持基板と一体に導波路部を形成する工程を行う
ことを特徴とする請求項８記載の光導波路の製造方法。
【請求項１０】
支持基板の一の面に、光が伝搬されるコアを構成するコア層と前記コアを覆うクラッドを構成するクラッド層を積層して、前記支持基板と一体に導波路部を形成する工程の後、
前記導波路部が形成された前記支持基板の他の面の所定の位置を、エッチングにより開口して実装凹部を形成する工程を行う
ことを特徴とする請求項８記載の光導波路の製造方法。
【請求項１１】
ウェハ状態の前記支持基板に前記実装凹部及び前記導波路部を形成すると共に、
一体に形成された前記支持基板と前記導波路部を所定のサイズに切るダイシングで、前記反射面を形成する
ことを特徴とする請求項８記載の光導波路の製造方法。
【請求項１２】
前記導波路部が高分子材料で製作されると共に、前記導波路部の上面に、耐アルカリ性の膜を形成する
ことを特徴とする請求項８記載の光導波路の製造方法。
【請求項１３】
前記実装凹部に露出した前記導波路部の下面に、反射防止膜または波長フィルタを成膜する工程を更に行う
ことを特徴とする請求項８記載の光導波路の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コアとクラッドを有した導波路部の端面を傾斜させて、コアに対して垂直方向から光の入出射が行われる反射面を備えた光導波路、この光導波路を備えた光モジュール及びこの光導波路の製造方法に関する。詳しくは、導波路部を支持する支持基板を備え、支持基板は、反射面に露出したコア端面と対向する位置を開口して実装凹部を備えることで、反射面を介してコアと光学的に結合される光素子を実装するための空間を、光導波路側に形成できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電子機器内のボード間、チップ間等の情報伝達は電気信号により行われてきたが、更に超高速、大容量の情報伝送を実現するために、光配線技術が注目されており、光導波路を利用した光モジュールが提案されている。
【０００３】
導波路型の光モジュールでは、電気信号を光信号に変換して出力する発光素子や、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子が備えられ、光導波路と光素子が光学的に結合されている。
【０００４】
光素子の中で、面型の光素子は製作プロセスが端面型のものに比較して容易であることや表面実装に向いていること等から、端面型のものに比較して低コスト化に対して有利である。特に面発光型半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）は、高速で直接変調が可能であるというメリットもあり、低コストな光モジュール用のデバイスとして非常に有望であり、面型の光素子を使用した低コストな光モジュールが求められている。
【０００５】
従来、光導波路と面型光素子の結合構造としては、基板表面に面型の発光素子を実装し、同じ基板のガイド溝に光導波路を実装すると共に、発光素子から基板に対して略垂直方向に出射した光を、基板に対して水平方向に光を導波する光導波路に入射するため、発光素子の上部に光路変換部を実装した形態の光モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、光導波路の端面に４５度の反射面を形成して、導波路内で光路変換を行うことで、光路変換部を不用とした光モジュールも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−０３１７４７号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−２１５３７１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
光路変換部を別部品とした光モジュールでは、位置合わせが必要な部品点数が多くなることから、結合効率が低下する。また、位置合わせが必要な部品点数が多いことで、組み立て工程が複雑になる。
【０００９】
これに対して、導波路端面に４５度の反射面を形成して、導波路内で光路変換を行う光導波路を用いることで、別部品での光路変換部は不要となる。但し、光導波路に対して略垂直方向から光を入出射するため、光導波路の上面側または下面側に光素子を配置する構成とする必要がある。
【００１０】
光導波路の上面側に光素子を配置する構成では、例えば、光素子を所定の高さを有するはんだバンプを介して基板に実装している。しかし、このような実装形態では、光素子と光導波路の精密な位置合わせが困難で、結合効率が低下する。また、光素子から発生した熱が主に空間に伝達され、基板に熱を伝達する構成に比べると、十分な放熱が行えなくなる。
【００１１】
これに対して、光導波路の下面に光素子を配置する構成では、光素子を基板に実装できるため、放熱に関しては有利になるが、光導波路の下面の基板に、光素子が入る凹部を形成する必要があり、通常の電気回路基板を使用することができないので、コストが高くなる。
【００１２】
また、光導波路と別体のサブマウントで光導波路を支持する構成とすると、光素子を実装する基板に凹部は不用となるが、部品点数が増加するので、各部品の寸法精度の誤差分が加算され、結合効率が低下する。
【００１３】
更に、光導波路を厚くして、光素子が入る凹部を一体に形成する構成とすると、光導波路の高さ方向の寸法のコントロールが困難になり、光素子と入出射面とのギャップが一定に制御できず、結合効率が低下する。
【００１４】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で面型の光素子と光結合が可能な光導波路、この光導波路を備えた光モジュール及び光導波路の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】
【００１５】
上述した課題を解決するため、本発明の光導波路は、コアとクラッドを有する導波路部と、導波路部を支持する支持基板とを備えた光導波路において、導波路部は、コアの伸びる方向に沿った一方の端面を所定の角度に傾斜させて、コアのコア端面を露出させた反射面を備えると共に、支持基板は、反射面に露出したコア端面と対向する位置を開口して実装凹部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の光導波路では、コア端面を露出させた反射面で光を所定の方向に反射することで、光路が変換されてコアの伸びる方向に対して略垂直方向から光が入出射される。
【００１７】
これにより、光導波路の導波路部は、反射面に対向した面が光の入出射面となり、導波路部を支持する支持基板に形成された実装凹部に、コア端面と対向した位置の入出射面が露出する。
【００１８】
従って、光路を変換するための反射面を介してコアと光学的に結合される光素子を、実装凹部に実装することで、光導波路と光素子の光結合が可能となる。
【００１９】
本発明の光モジュールは、コアとクラッドを有した導波路部が支持基板に支持された光導波路と、コアと結合する光素子と、光導波路及び光素子が実装される実装基板とを備え、光導波路は、コアの伸びる方向に沿った導波路部の一方の端面を所定の角度に傾斜させて、コアのコア端面を露出させた反射面を備えると共に、反射面に露出したコア端面と対向する位置の支持基板を開口して、実装基板に実装された光素子が入る実装凹部を備えたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の光モジュールでは、光導波路は、コア端面を露出させた反射面で光を所定の方向に反射することで、光路が変換されてコアの伸びる方向に対して略垂直方向から光が入出射される。
【００２１】
これにより、光導波路の導波路部は、反射面に対向した面が光の入出射面となり、導波路部を支持する支持基板に形成された実装凹部に、コア端面と対向した位置の入出射面が露出する。
【００２２】
従って、平板状の実装基板に面型の光素子を実装し、光素子に実装凹部の位置を合わせて実装基板に光導波路を実装することで、光導波路の実装凹部内に光素子が実装されて、光素子は、光路を変換するための反射面を介してコアと光学的に結合される。
【００２３】
本発明の光導波路の製造方法は、支持基板の所定の位置をエッチングにより開口して実装凹部を形成する工程と、支持基板の一の面に、光が伝搬されるコアを構成するコア層とコアを覆うクラッドを構成するクラッド層を積層して、支持基板と一体に導波路部を形成する工程と、実装凹部上の導波路部に、実装凹部と対向してコアのコア端面が露出し、所定の角度に傾斜した反射面を形成する工程とを行うことを特徴とする。
【００２４】
本発明の光導波路の製造方法では、支持基板の所定の位置をエッチングにより開口して実装凹部を形成した後、支持基板の一の面に、光が伝搬されるコアを構成するコア層とコアを覆うクラッドを構成するクラッド層を積層して、支持基板と一体に導波路部を形成する。または、支持基板の一の面に、光が伝搬されるコアを構成するコア層とコアを覆うクラッドを構成するクラッド層を積層して、支持基板と一体に導波路部を形成した後、支持基板の他の面の所定の位置を、エッチングにより開口して実装凹部を形成する。
【００２５】
そして、支持基板に支持された導波路部に、実装凹部と対向してコアのコア端面が露出し、所定の角度に傾斜した反射面を形成する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の光導波路によれば、光路を変換するための反射面と、反射面を介してコアと光学的に結合される光素子を実装するための実装凹部を備えることができ、面型の光素子との光結合が簡単な構成で実現できる。
【００２７】
本発明の光モジュールによれば、このような光導波路を備えることで、平板状の基板に面型の光素子と光導波路を実装して、光素子と光導波路を光結合することができる。これにより、光素子と光導波路の実装に一般的な電気回路基板を用いることができ、低コスト化が可能である。
【００２８】
本発明の光導波路の製造方法によれば、導波路部を支持基板で支持すると共に、光路を変換するための反射面を導波路部に形成し、反射面を介してコアと光学的に結合される光素子を実装するための実装凹部を支持基板に形成することができ、高精度な光導波路を提供できる。
【００２９】
従って、本発明によれば、高精度でかつ低コストな光モジュールを実現可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の光導波路、光モジュール及び光導波路の製造方法の実施の形態について説明する。
【００３１】
＜第１の実施の形態の光導波路及び光モジュールの構成例＞
図１及び図２は、第１の実施の形態の光導波路を備えた光モジュールの一例を示す構成図で、図１は、第１の実施の形態の光モジュール１Ａの平面図、図２（ａ）は、図１に示す光モジュール１ＡのＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は、図１に示す光モジュール１ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【００３２】
第１の実施の形態の光モジュール１Ａは、第１の実施の形態の光導波路２Ａと、光導波路２Ａと光学的に結合される面発光型半導体レーザ３Ａ及びフォトダイオード４と、光導波路２Ａと面発光型半導体レーザ３Ａ及びフォトダイオード４が実装される実装基板５とを備える。
【００３３】
光導波路２Ａは、コア２０とクラッド２１を有して光が伝搬される導波路部２２Ａと、導波路部２２Ａを支持する支持基板２３Ａとを備え、導波路部２２Ａと支持基板２３Ａの製造プロセスで、導波路部２２Ａと支持基板２３Ａが一体に形成される。
【００３４】
導波路部２２Ａは、１本または複数本のコア２０が、クラッド２１を構成するアンダークラッド２１ａ上に所定のパターンで配置され、アンダークラッド２１ａ上のコア２０が、クラッド２１を構成するオーバークラッド２１ｂで覆われた埋め込み型の導波路である。
【００３５】
導波路部２２Ａは、例えば石英系材料で構成され、コア２０の屈折率がアンダークラッド２１ａ及びオーバークラッド２１ｂの屈折率より若干大きくなるように構成されて、コア２０に結合された光が、コア２０に閉じ込められて伝搬される。
【００３６】
導波路部２２Ａは、本例では、２本の直線状のコア２０が平行に配置され、コア２０の伸びる方向に沿った一方の端面を傾斜させて反射面２４を備える。反射面２４は、導波路部２２Ａに対して約４５度の傾斜を有し、各コア２０のコア端面２０ａが同一面に露出する。
【００３７】
これにより、導波路部２２Ａは、反射面２４に対向した下面が光の入出射面２５Ａとなり、コア２０のコア端面２０ａと対向して、略垂直方向から入出射面２５Ａに入射した光は、空気との境界となる反射面２４で全反射して光路が略９０度曲がり、コア２０に入射する。また、反射面２４へ向けてコア２０を伝搬される光は、反射面２４で全反射して光路が略９０度曲がり、入出射面２５Ａから略垂直方向に出射する。
【００３８】
なお、導波路部２２Ａの反射面２４と反対側の他方の端面には、例えば図示しない光ファイバが接続される。光ファイバは、導波路部２２Ａの端面に突き当てて接続する構成でも良いし、導波路部２２Ａにファイバガイド溝を形成して、ファイバガイド溝に光ファイバが挿入されて接着固定されると、位置合わせされて光学的に結合するようにしても良い。
【００３９】
支持基板２３Ａは、導波路部２２Ａの下面全体を支持する大きさを有し、導波路部２２Ａの反射面２４に露出した各コア端面２０ａと対向する位置のそれぞれに実装凹部２６Ａを備える。各実装凹部２６Ａは、支持基板２３Ａの端部を凹状に開口して構成され、反射面２４の下側で、各コア端面２０ａと対向する位置には、図２（ａ）に示すように空間が形成される。
【００４０】
これに対して、支持基板２３Ａは、実装凹部２６Ａの両端に導波路支持部２７を備える。導波路支持部２７は、実装凹部２６Ａの両側の支持基板２３Ａを残すことで構成され、実装凹部２６Ａが形成された位置以外の反射面２４の下側は、図２（ｂ）に示すように支持基板２３Ａで支持される。
【００４１】
支持基板２３Ａは、例えばシリコンで構成され、実装凹部２６Ａが異方性エッチングで製作される。また、導波路部２２Ａは、ウェハ状態の支持基板２３Ａに所定のプロセスで製作され、実装凹部２６Ａを有した支持基板２３Ａと、反射面２４を有した導波路部２２Ａは一体に構成される。更に、支持基板２３Ａの上面に位置合わせマーカ２８が形成され、導波路部２２Ａを透過して視認できるようになっている。
【００４２】
面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）３Ａは光素子の一例で、入力された電気信号を光信号に変換して、基板に対して垂直方向へ出射する。フォトダイオード４は光素子の一例で、入力された光信号を電気信号に変換する。
【００４３】
実装基板５は、面発光型半導体レーザ３Ａが実装される図示しないパッドを有した電気配線５０ａと、面発光型半導体レーザ３Ａの上面に形成されたボンディングパッド３０と導電性のワイヤ５２を介して接続される電気配線５０ｂと、フォトダイオード４が実装される図示しないパッドを有した電気配線５１ａと、フォトダイオード４の上面に形成されたボンディングパッド４０と導電性のワイヤ５２を介して接続される電気配線５１ｂ等を備える。
【００４４】
実装基板５は、ＦＲ４（Flame Retardant Type 4：ガラス繊維とエポキシ樹脂の複合材料からなるプリント基板材料）やセラミック等で構成される一般的な電気回路基板で、電気配線５０ａ，５０ｂと電気配線５１ａ，５１ｂは、マイクロストリップラインで構成することが可能である。
【００４５】
実装基板５は、電気配線５０ａの図示しないパッドに、面発光型半導体レーザ３Ａが位置合わせされて、ハンダ等により実装される。また、電気配線５１ａの図示しないパッドに、フォトダイオード４が位置合わせされて、ハンダ等により実装される。
【００４６】
更に、実装基板５は、面発光型半導体レーザ３Ａ及びフォトダイオード４に位置合わせされて、光導波路２Ａが接着等により実装される。
【００４７】
すなわち、面発光型半導体レーザ３Ａ及びフォトダイオード４が実装された実装基板５の所定の位置に、光導波路２Ａを載置すると、支持基板２３Ａに形成された一方の実装凹部２６Ａに面発光型半導体レーザ３Ａが入ると共に、他方の実装凹部２６Ａにフォトダイオード４が入る。
【００４８】
そして、導波路部２２Ａの反射面２４に露出した一方のコア端面２０ａが、面発光型半導体レーザ３Ａの発光部３１に位置合わせされると共に、反射面２４に露出した他方のコア端面２０ｂが、フォトダイオード４の受光部４１に位置合わせされる。
【００４９】
＜第１の実施の形態の光モジュールの動作例＞
次に、図１及び図２を参照して、第１の実施の形態の光モジュール１Ａの動作例について説明する。
【００５０】
光モジュール１Ａは、電気配線５０ａ，５０ｂを通って電気信号が面発光型半導体レーザ３Ａに入力され、面発光型半導体レーザ３Ａは、入力された電気信号を光信号に変換して出射する。
【００５１】
面発光型半導体レーザ３Ａから出射された出力光信号は、導波路部２２Ａの入出射面２５Ａに略垂直方向から入射し、反射面２４に露出したコア端面２０ａで全反射することで光路が略９０度曲がり、一方のコア２０に入射して、コア２０を伝搬される。コア２０を伝搬された光は、例えば図示しない光ファイバを伝搬されて対向機器で受信される。
【００５２】
図示しない対向機器から送信され、光ファイバを伝搬された入力光信号は、他方のコア２０に入射して、コア２０を反射面２４に向けて伝搬される。コア２０を伝搬される光は、反射面２４に露出したコア端面２０ａで全反射して光路が略９０度曲がり、入出射面２５Ａから略垂直方向に出射して、フォトダイオード４で受光される。フォトダイオード４で受光された入力光信号は電気信号に変換され、電気配線５１ａ，５１ｂを通って出力される。
【００５３】
＜第１の実施の形態の光導波路の製造工程例＞
図３及び図４は、第１の実施の形態の光導波路２Ａの製造方法の一例を示す工程説明図で、次に、第１の実施の形態の光導波路２Ａの製造工程について説明する。
【００５４】
支持基板２３Ａを構成する材料として、表裏両面に熱酸化膜６０ａのあるウェハ状態のシリコン基板６０（結晶方位＜１００＞）を用いる。まず、図１及び図２で説明した実装凹部２６Ａを製作する位置が開口するように、図３（ａ）に示す工程１では、シリコン基板６０の表面に所定の開口部６１ａを有するフォトレジスト６１をパターニングする。
【００５５】
その後、フッ素系ガスを用いたイオンエッチング（RIE:Reactive Ion Etching）により、フォトレジスト６１の開口部分の熱酸化膜６０ａを除去する。マスクとして使用したフォトレジスト６１は、酸素プラズマによるアッシングにより除去する。
【００５６】
次に、図３（ｂ）に示す工程２では、実装凹部の形成位置の熱酸化膜６０ａを除去したシリコン基板６０を、例えば、温度７０℃、濃度２０ｗｔ％のＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液７０に入れて、実装凹部の形成位置のシリコン基板６０を、裏面側の熱酸化膜６０ａが露出するまでエッチングを行い、実装凹部形成部６２を形成する。
【００５７】
次に、図３（ｃ）に示す工程３では、支持基板２３Ａの上面となる実装凹部形成部６２と反対側の面の所定の位置に、位置合わせマーカ２８を形成する。本例では、位置合わせマーカ２８としてＡｌ（アルミニウム）膜を使用し、パターン形成にはフォトレジストを使用したリフトオフ工程により、金属膜による所定の形状の位置合わせマーカ２８を形成した。金属膜形成の方法としては、メッキやスパッタ等でもよい。また、パターン形成もエッチングによる方法を用いても良い。
【００５８】
次に、図４（ａ）に示す工程４では、導波路部２２Ａのアンダークラッド２１ａとなるアンダークラッド層６３を形成する。本例では、プラズマＣＶＤ（chemical vapor deposition：化学気相成長法）でＳｉＯ2（石英）膜を成膜することで、アンダークラッド層６３とした。
【００５９】
次に、図４（ｂ）に示す工程５では、導波路部２２Ａのコア２０となるコア層６４を形成する。本例では、Ｇｅ（ゲルマニウム）をドーピングして、アンダークラッド層６３より屈折率を高くしたＳｉＯ2膜を、プラズマＣＶＤで成膜することでコア層６４した。その後、所望のコアパターンをエッチングによって形成した。エッチングマスクとしてはメタルパターンを使用し、フッ素系のＲＩＥによってエッチングした。
【００６０】
次に、図４（ｃ）に示す工程６では、導波路部２２Ａのオーバークラッド２１ｂとなるオーバークラッド層６５を形成する。本例では、アンダークラッド層６３と屈折率が等しいＳｉＯ2膜をプラズマＣＶＤで成膜することで、オーバークラッド層６５とした。
【００６１】
最後に、図４（ｄ）に示す工程７では、切断面が４５度になる刃先が９０度の角度を持つダイシングブレード７１で、実装凹部形成部６２の中央をダイシングして、角度が４５度の反射面２４を形成すると共に、実装凹部形成部６２の形成位置を切断することで実装凹部２６Ａを形成した。更に、反射面２４を形成する辺以外の辺も、切断面が９０度となる図示しないダイシングブレードでダイシングして、支持基板２３Ａと導波路部２２Ａが一体に形成された光導波路２Ａを、所望の実装形態の大きさでチップ化した。
【００６２】
＜第１の実施の形態の光モジュールの製造工程例＞
次に、上述した光導波路２Ａを備えた第１の実施の形態の光モジュール１Ａの製造工程について、各図を参照して説明する。
【００６３】
まず、実装基板５上に形成された図示しない位置合わせマーカと、面発光型半導体レーザ３Ａの上面及びフォトダイオード４の上面に形成された図示しない位置合わせマーカの位置を画像認識によって特定し、それぞれの位置合わせマーカの相対位置が決められた値になるように、面発光型半導体レーザ３Ａとフォトダイオード４の位置を調整する。
【００６４】
そして、位置合わせされた面発光型半導体レーザ３Ａを、実装基板５上の電気配線５０ａの図示しないパッド上にボンディングすると共に、位置合わせされたフォトダイオード４を、実装基板５上の電気配線５１ａの図示しないパッド上にボンディングする。
【００６５】
次に、面発光型半導体レーザ３Ａのボンディングパッド３０と実装基板５の電気配線５０ｂを、導電性のワイヤ５２によりワイヤボンディングを行って接続すると共に、フォトダイオード４のボンディングパッド４０と実装基板５の電気配線５１ｂを、導電性のワイヤ５２によりワイヤボンディングを行って接続する。
【００６６】
次に、光導波路２Ａの位置合わせマーカ２８と、面発光型半導体レーザ３Ａの上面に形成された図示しない位置合わせマーカの位置を画像認識によって特定し、それぞれの位置合わせマーカの相対位置が決められた値になるように、光導波路２Ａの位置を調整して、光導波路２Ａを実装基板５上に接着固定する。
【００６７】
光モジュール１Ａでは、面発光型半導体レーザ３Ａと光導波路２Ａの位置を最も良く合わせるために、面発光型半導体レーザ３Ａの位置を基準にするため、面発光型半導体レーザ３Ａに形成された図示しない位置合わせマーカを、光導波路２Ａの実装時に使用している。これに対して、フォトダイオード４に形成された図示しない位置合わせマーカや、実装基板５に形成された図示しない位置合わせマーカを、光導波路２Ａの位置合わせに用いても良い。
【００６８】
また、本例では、光導波路２Ａの位置合わせにマーカを用いたが、面発光型半導体レーザ３Ａの発光部３１のパターンを、実装基板５側の位置合わせマーカの代わりとして使用したり、反射面２４に露出したコア２０のコア端面２０ａと、反射面２４のエッジ部分を、光導波路２Ａ側の位置合わせマーカとして使用しても良い。
【００６９】
更に、面発光型半導体レーザ３Ａ及びフォトダイオード４を実際に動作させて、アクティブアライメントによって位置合わせを行っても良い。
【００７０】
＜第２の実施の形態の光導波路及び光モジュールの構成例＞
図５及び図６は、第２の実施の形態の光導波路を備えた光モジュールの一例を示す構成図で、図５は、第２の実施の形態の光モジュール１Ｂの平面図、図６（ａ）は、図５に示す光モジュール１ＢのＣ−Ｃ断面図、図６（ｂ）は、図５に示す光モジュール１ＢのＤ−Ｄ断面図である。
【００７１】
第２の実施の形態の光モジュール１Ｂは、第２の実施の形態の光導波路２Ｂと、光導波路２Ｂと光学的に結合される面発光型半導体レーザアレイ３Ｂと、光導波路２Ｂと面発光型半導体レーザアレイ３Ｂが実装される実装基板５とを備える。
【００７２】
光導波路２Ｂは、コア２０とクラッド２１を有して光が伝搬される導波路部２２Ｂと、導波路部２２Ｂを支持する支持基板２３Ｂとを備え、導波路部２２Ｂと支持基板２３Ｂの製造プロセスで、導波路部２２Ｂと支持基板２３Ｂが一体に形成される。
【００７３】
導波路部２２Ｂは、本例では４本の直線状のコア２０が、クラッド２１を構成するアンダークラッド２１ａ上に平行なパターンで配置され、アンダークラッド２１ａ上のコア２０が、クラッド２１を構成するオーバークラッド２１ｂで覆われた埋め込み型の導波路である。
【００７４】
導波路部２２Ｂは、例えば高分子導波路材料で構成され、コア２０の屈折率がアンダークラッド２１ａ及びオーバークラッド２１ｂの屈折率より若干大きくなるように構成されて、コア２０に結合された光が、コア２０に閉じ込められて伝搬される。
【００７５】
導波路部２２Ｂは、コア２０の伸びる方向に沿った一方の端面を傾斜させて反射面２４を備える。反射面２４は、導波路部２２Ｂに対して約４５度の傾斜を有し、各コア２０のコア端面２０ａが同一面に露出する。
【００７６】
これにより、導波路部２２Ｂは、反射面２４に対向した下面が光の入射面２５Ｂとなり、コア２０のコア端面２０ａと対向して、略垂直方向から入射面２５Ｂに入射した光は、空気との境界となる反射面２４で全反射して光路が略９０度曲がり、コア２０に入射する。
【００７７】
導波路部２２Ｂは、入射面２５Ｂに反射防止膜２９を備える。反射防止膜２９は、入射面２５Ｂから導波路部２２Ｂに入射する光の入射面２５Ｂでの反射を防ぎ、クロストークを低減する。
【００７８】
なお、導波路部２２Ｂの反射面２４と反対側の他方の端面には、例えば図示しない光ファイバが接続される。光ファイバは、導波路部２２Ｂの端面に突き当てて接続する構成でも良いし、導波路部２２Ｂにファイバガイド溝を形成して、ファイバガイド溝に光ファイバが挿入されて接着固定されると、位置合わせされて光学的に結合するようにしても良い。
【００７９】
支持基板２３Ｂは、導波路部２２Ｂの下面全体を支持する大きさを有し、導波路部２２Ｂの反射面２４に露出した各コア端面２０ａと対向する位置の全体に実装凹部２６Ｂを備える。実装凹部２６Ｂは、支持基板２３Ｂの端部を凹状に開口して構成され、反射面２４の下側で、各コア端面２０ａと対向する位置には、図６（ａ）に示すように空間が形成される。
【００８０】
これに対して、支持基板２３Ｂは、実装凹部２６Ｂの両端に導波路支持部２７を備える。導波路支持部２７は、実装凹部２６Ｂの両側の支持基板２３Ｂを残すことで構成され、実装凹部２６Ｂが形成された位置以外の反射面２４の下側は、図６（ｂ）に示すように支持基板２３Ｂで支持される。
【００８１】
支持基板２３Ｂは、例えばシリコンで構成され、実装凹部２６Ｂが異方性エッチングで製作される。また、導波路部２２Ｂは、ウェハ状態の支持基板２３Ｂに所定のプロセスで製作され、実装凹部２６Ｂを有した支持基板２３Ｂと、反射面２４及び反射防止膜２９を有した導波路部２２Ｂは一体に構成される。
【００８２】
面発光型半導体レーザアレイ３Ｂは光素子の一例で、本例では例えば４個の面発光型半導体レーザ素子が所定のピッチで等間隔に配置された４チャンネルのＶＣＳＥＬアレイであり、入力された電気信号を光信号に変換して、基板に対して垂直方向へ出射する。
【００８３】
実装基板５は、ＦＲ４やセラミック等で構成される一般的な電気回路基板で、面発光型半導体レーザアレイ３Ｂの上面に形成された各レーザ素子のボンディングパッド３０と導電性のワイヤ５２を介して接続される電気配線５３を備える。
【００８４】
実装基板５は、面発光型半導体レーザアレイ３Ｂが所定の位置に合わせられて実装される。また、実装基板５は、面発光型半導体レーザアレイ３Ｂに位置合わせされて、光導波路２Ｂが接着等により実装される。
【００８５】
すなわち、面発光型半導体レーザアレイ３Ｂが実装された実装基板５の所定の位置に、光導波路２Ｂを載置すると、支持基板２３Ｂに形成された実装凹部２６Ｂに面発光型半導体レーザアレイ３Ｂが入る。
【００８６】
そして、導波路部２２Ｂの反射面２４に露出した各コア端面２０ａが、面発光型半導体レーザアレイ３Ｂの各発光部３１に位置合わせされる。
【００８７】
＜第２の実施の形態の光モジュールの動作例＞
次に、図５及び図６を参照して、第２の実施の形態の光モジュール１Ｂの動作例について説明する。
【００８８】
光モジュール１Ｂは、電気配線５３を通って電気信号が面発光型半導体レーザアレイ３Ｂの各レーザ素子に入力され、面発光型半導体レーザアレイ３Ｂは、入力された電気信号を光信号に変換して出射する。
【００８９】
面発光型半導体レーザアレイ３Ｂから出射された出力光信号は、導波路部２２Ｂの入射面２５Ｂに略垂直方向から入射し、反射面２４に露出したコア端面２０ａで全反射することで光路が略９０度曲がり、コア２０に入射して、コア２０を伝搬される。コア２０を伝搬された光は、例えば図示しない光ファイバを伝搬されて対向機器で受信される。
【００９０】
面発光型半導体レーザアレイ３Ｂから出射された光が入射する光導波路２Ｂの入射面２５Ｂには、反射防止膜２９が形成されているため、面発光型半導体レーザアレイ３Ｂへの戻り光が抑制され、出力が非常に安定する。
【００９１】
＜第２の実施の形態の光導波路の製造工程例＞
図７及び図８は、第２の実施の形態の光導波路２Ｂの製造方法の一例を示す工程説明図で、次に、第２の実施の形態の光導波路２Ｂの製造工程について説明する。
【００９２】
支持基板２３Ｂを構成する材料として、表裏両面に熱酸化膜６０ａのあるウェハ状態のシリコン基板６０（結晶方位＜１００＞）を用いる。まず、図７（ａ）に示す工程１では、図５及び図６で説明した導波路部２２Ｂのアンダークラッド２１ａとなるアンダークラッド層６３をシリコン基板６０の一方の面に形成する。本例では、アクリル系の高分子樹脂材料をスピンコートによってシリコン基板６０上に塗布し、その後、ホットプレート上でキュア（焼成）してアンダークラッド層６３とした。
【００９３】
次に、図７（ｂ）に示す工程２では、導波路部２２Ｂのコア２０となるコア層６４を形成する。本例では、感光性を持ち、アンダークラッド層６３の形成に使用したアクリル樹脂材料より屈折率の高いアクリル系高分子樹脂材料を、シリコン基板６０に形成したアンダークラッド層６３上にスピンコートで成膜した。その後、プリベークを行い、コア２０のパターンが形成されたフォトマスクを介してＵＶ（紫外線）露光と現像を行うことによって、図５に示すような所望のコアパターンを形成した。最後にポストベークを行い、コア層６４を完全硬化させ、コア２０を形成した。
【００９４】
次に、図７（ｃ）に示す工程３では、導波路部２２Ｂのオーバークラッド２１ｂとなるオーバークラッド層６５を形成する。本例では、アンダークラッド層６３の形成に使用したものと同じアクリル樹脂材料を、シリコン基板６０に形成したアンダークラッド層６３及びコア層６４上にスピンコートによって塗布し、その後、ホットプレート上でキュアしてオーバークラッド層６５とし、シリコン基板６０上に、アンダークラッド層６３、コア層６４及びオーバークラッド層６５が積層された導波路部２２Ｂを形成した。
【００９５】
次に、図７（ｄ）に示す工程４では、導波路部２２Ｂの表面に耐アルカリ膜６６を形成する。本例では、アルカリ耐性の高いポリイミド樹脂を、オーバークラッド層６５上にスピンコートで成膜した。耐アルカリ膜６６としては、他に、アルカリ耐性のあるメタル膜を蒸着等で形成しても良い。
【００９６】
次に、図８（ａ）に示す工程５では、実装凹部２６Ｂを製作する位置が開口するように、シリコン基板６０の導波路部２２Ｂを製作した面と反対側の面に所定の開口部６１ａを有するフォトレジスト６１をパターニングする。
【００９７】
その後、フッ素系ガスを用いたイオンエッチング（ＲＩＥ）により、フォトレジスト６１の開口部分の熱酸化膜６０ａを除去する。マスクとして使用したフォトレジスト６１は、酸素プラズマによるアッシングにより除去する。
【００９８】
次に、図８（ｂ）に示す工程６では、実装凹部の形成位置の熱酸化膜６０ａを除去したシリコン基板６０を、例えば、温度７０℃、濃度２０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液７０に入れて、実装凹部の形成位置のシリコン基板６０を、裏面側の熱酸化膜６０ａが露出するまでエッチングを行い、実装凹部形成部６２を形成する。ここで、シリコン基板６０上に製作されている導波路部２２Ｂは、表面が耐アルカリ膜６６で被覆されていることで、エッチング工程で導波路部２２Ｂが侵食されることを防いでいる。
【００９９】
次に、図８（ｃ）に示す工程７では、実装凹部形成部６２に露出した導波路部２２Ｂに反射防止膜２９を形成する。本例では、シリコン基板６０の導波路２２Ｂを製作した面と反対側の面に蒸着によって多層膜を成膜して反射防止膜２９とした。
【０１００】
最後に、図８（ｄ）に示す工程８では、切断面が４５度になる刃先が９０度の角度を持つダイシングブレード７１で、実装凹部形成部６２の中央をダイシングして、角度が４５度の反射面２４を形成すると共に、実装凹部形成部６２の形成位置を切断することで実装凹部２６Ｂを形成した。更に、反射面２４を形成する辺以外の辺も、切断面が９０度となる図示しないダイシングブレードでダイシングして、支持基板２３Ｂと導波路部２２Ｂが一体に形成された光導波路２Ｂを、所望の実装形態の大きさでチップ化した。
【０１０１】
＜第２の実施の形態の光モジュールの製造工程例＞
次に、上述した光導波路２Ｂを備えた第２の実施の形態の光モジュール１Ｂの製造工程について、各図を参照して説明する。
【０１０２】
まず、実装基板５上に形成された図示しない位置合わせマーカと、面発光型半導体レーザアレイ３Ｂの発光部３１を画像認識によって特定し、それぞれの相対位置が決められた値になるように、面発光型半導体レーザアレイ３Ｂの位置を調整して、位置合わせされた面発光型半導体レーザアレイ３Ｂを実装基板５上にボンディングする。
【０１０３】
次に、面発光型半導体レーザアレイ３Ｂのボンディングパッド３０と実装基板５の電気配線５３を、導電性のワイヤ５２によりワイヤボンディングを行って接続する。
【０１０４】
次に、光導波路２Ｂの反射面２４に露出したコア２０のコア端面２０ａと、反射面２４のエッジ部分と、面発光型半導体レーザアレイ３Ｂの発光部３１を画像認識によって特定し、それぞれの相対位置が決められた値になるように、光導波路２Ｂの位置を調整して、光導波路２Ｂを実装基板５上に接着固定する。
【０１０５】
＜各実施の形態の作用効果例＞
各実施の形態の光モジュールは、発光素子や受光素子と、光ファイバやレンズ等を、光導波路を介して結合する。光導波路は、コア端面を露出させた４５度の反射面を備えて、略垂直方向から光の入出射が行われる構成とすることで、光路変換部材を用いることなく、面発光型半導体レーザや面発光型半導体レーザアレイ等の面型の光素子との結合が可能である。
【０１０６】
そして、光素子を基板に直接実装するため、光導波路の反射面と対向した下面側に、光素子が入る空間が形成される必要がある。そこで、光導波路は、フィルム状の導波路部を所定の高さを有した支持基板で支持し、支持基板に実装凹部を形成することで、光素子を実装するために必要な空間を、光導波路側で確保している。
【０１０７】
これにより、光素子はフラットな基板上に実装すれば良く、凹部のある特殊な構成の基板やサブマウントを使用することなく、実装基板は、一般の電気回路基板を使用できる。従って、低コスト化に有利である。
【０１０８】
また、一般的な電気回路基板が使用できるため、電気配線としてマイクロストリップラインの形成が可能であり、高周波特性を向上させることも可能となる。
【０１０９】
更に、このような構成の光モジュールでは、実装凹部に露出した導波路部の下面で構成される入出射面と光素子とのギャップが広いと、光の結合効率が低下するので、光素子と導波路部とのギャップは厳密にコントロールする必要がある。
【０１１０】
このため、導波路部をシリコン基板等の支持基板で支持することで、導波路部の高さのコントロールが容易となり、光素子と導波路部とのギャップを精密にコントロールして、良好な光結合を得ることができる。
【０１１１】
また、本実施の形態の光導波路は、ウェハプロセスで一括に製作可能で、支持基板上に成膜によって導波路部を形成するので、コアの形状や反射面の角度の精度及び導波路部の高さの精度等が向上し、高精度な光導波路を、低コストで製作可能である。更に、製造工程及び実装工程で、フィルム状の導波路部が常に支持基板で支持されているため、ハンドリングが良くなり、製造の歩留まりも向上する。
【０１１２】
また、光の入出射面が導波路部の下面となるので、第２の実施の形態で説明したように、ウェハプロセスで導波路部に反射防止膜や波長フィルタを容易に形成でき、所望の機能を低コストで追加可能となる。
【０１１３】
更に、導波路部を支持する支持基板にシリコン基板を用いることにより、異方性エッチングによって高精度な実装凹部を容易に形成することができるので、導波路支持部の形成部位を残して実装凹部を形成でき、隣り合う実装凹部の間でも導波路支持部を形成することができる。なお、支持基板は、シリコンに代えてエッチングが容易な他の材料で構成された基板を用いても良い。
【０１１４】
そして、光素子を実装するために光導波路に形成される実装凹部の両側に導波路支持部を備えて、導波路部を支持できるようにすることで、導波路部において、光素子との光結合のためフリーとなる部分の両側が支持基板に支持される。
【０１１５】
これにより、光導波路は、導波路部において反射面が形成された側の端部でフリーとなる部分が少なくなるので、熱による導波部の伸縮や、長期的な使用による導波路部の反り等の変形による結合損失の増加を低減することができ、長期信頼性を向上させることができる。
【０１１６】
以上のことから、反射面を形成した導波路部と支持基板を一体に構成し、かつ、支持基板に光素子実装時の逃げ部となる実装凹部を形成した光導波路を使用することによって、４５度の反射面を備えた光導波路と、ＶＣＳＥＬ等の面型の光素子とを光結合させる構成が簡単に実現可能となり、低コストかつ高機能で信頼性の高い光モジュールを実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
本発明は、電子機器のボード間やチップ間の光通信モジュールや、光ファイバを利用した通信ケーブルのコネクタ等に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】第１の実施の形態の光導波路を備えた光モジュールの一例を示す構成図である。
【図２】第１の実施の形態の光導波路を備えた光モジュールの一例を示す構成図である。
【図３】第１の実施の形態の光導波路の製造方法の一例を示す工程説明図である。
【図４】第１の実施の形態の光導波路の製造方法の一例を示す工程説明図である。
【図５】第２の実施の形態の光導波路を備えた光モジュールの一例を示す構成図である。
【図６】第２の実施の形態の光導波路を備えた光モジュールの一例を示す構成図である。
【図７】第２の実施の形態の光導波路の製造方法の一例を示す工程説明図である。
【図８】第２の実施の形態の光導波路の製造方法の一例を示す工程説明図である。
【符号の説明】
【０１１９】
１Ａ，１Ｂ・・・光モジュール、２Ａ，２Ｂ・・・光導波路、２０・・・コア、２０ａ・・・コア端面、２１・・・クラッド、２２Ａ，２２Ｂ・・・導波路部、２３Ａ，２３Ｂ・・・支持基板、２４・・・反射面、２５Ａ・・・入出射面、２５Ｂ・・・入射面、２６Ａ，２６Ｂ・・・実装凹部、２７・・・導波路支持部、２８・・・位置合わせマーカ、２９・・・反射防止膜、３Ａ・・・面発光型半導体レーザ、３Ｂ・・・面発光型半導体レーザアレイ、４・・・フォトダイオード、５・・・実装基板
【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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【図８】
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