(57)【要約】【課題】光結合効率が高く、製造コストが低く、双方向の情報伝達が可能な光送受信モジュールを提供することである。【解決手段】本光送受信モジュール１０は、Ｙ分岐部１２を有する１芯のマルチモード高分子光導波路１４と、光導波路のＹ分岐部の一方の端部に光信号送信装置の光源として設けられた面発光半導体レーザ素子１６と、他方の端部に光信号受信装置の受信素子として設けられたフォトダイオード１８とを備える。第１及び第２の光導波路枝１４ｂ、１４ｃの端面は４５°傾斜面である。面発光半導体レーザ素子から素子基板に直交する上方方向に出射された光信号光は、高い光結合効率で第１の光導波路枝の傾斜面に入射し、そこで反射して光導波路のコア層内を全反射により伝搬し、Ｙ分岐部を経て光導波路本体１４ａにより外部に出る。フォトダイオードは、同様な原理で光信号光を受光する。【選択図】        図１
2004170668.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部の光導波路と接続される１芯のマルチモード光導波路と、光導波路を第１の光導波路枝と第２の光導波路枝とにＹ字状に分岐するＹ分岐部と、第１の光導波路枝の端部に設けられた光信号送信装置と、第２の光導波路枝の端部に設けられた光信号受信装置とを備え、
第１の光導波路枝及び第２の光導波路枝は、それぞれの端部の端面として光導波路のコア層の延在方向に対して斜めに交差する傾斜端面を有し、
光信号送信装置は、光源として、第１の光導波路枝の傾斜端面を反射面とし、出射した光信号光を傾斜端面で反射させ、光導波路に入射させる面発光半導体レーザ素子を有し、
光信号受信装置は、第２の光導波路枝の傾斜端面を反射面とし、光導波路から導波した光信号光を傾斜端面で反射させて受光する受光素子を有することを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項２】
光導波路が高分子光導波路であることを特徴とする請求項１に記載の光送受信モジュール。
【請求項３】
光導波路を構成する下部クラッド層の上面が、面発光半導体レーザ素子の出射面及び受光素子の受光面と同一面をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光送受信モジュール。
【請求項４】
傾斜面がコア層の層延在方向に対して４５°の角度をなしていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光送受信モジュール。
【請求項５】
１芯のマルチモード光導波路と、
マルチモード光導波路の両端部にそれぞれ接続された、請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の光送受信モジュールと
を有し、双方向通信が可能なことを特徴とする光通信システム。
【請求項６】
外部の光導波路と接続される１芯のマルチモード光導波路と、光導波路を第１の光導波路枝と第２の光導波路枝とにＹ字状に分岐するＹ分岐部と、第１の光導波路枝の端部に設けられた光信号送信装置と、第２の光導波路枝の端部に設けられた光信号受信装置とを備える光送受信モジュールの作製方法であって、
基板上の所定位置に、光信号送信装置の光源として面発光半導体レーザ素子を、及び光信号受信装置の受光素子としてフォトダイオードを配置し、又は作り込む工程と、
面発光半導体レーザ素子の出射面及び受光素子の受光面が、下部クラッド層の上面と同一面になるように、光導波路の下部クラッド層を成膜する工程と、
下部クラッド層上にコア形成層を成膜し、次いで所定の光導波路平面形状を備えたマスクをコア形成層上に載せてマスク上から紫外線を照射し、マスクから露出した領域の屈折率をコア形成層より小さくして中間クラッド層とし、露出領域以外の領域を光導波路、Ｙ分岐部、面発光半導体レーザ素子上に端部を有する第１の光導波路枝、及びフォトダイオード上に端部を有する第２の光導波路枝のコア層とする工程と、
コア層及び中間クラッド層上に上部クラッド層を成膜して、光導波路、Ｙ分岐部、第１の光導波路枝、及び第２の光導波路枝を形成する工程と、
傾斜端面を反射面として面発光半導体レーザ素子から第１の光導波路枝のコア層に光信号光を入射させるように、第１の光導波路枝の端部に傾斜端面を設け、かつ傾斜端面を反射面として第２の光導波路枝からフォトダイオードに光信号光を入射させるように、第２の光導波路枝の端部に傾斜端面を設ける工程と
を有することを特徴とする光送受信モジュールの作製方法。
【請求項７】
基板の所定位置に、基板に直交する方向に面発光半導体レーザ素子及びフォトダイオードを配置し、又は作り込み、第１及び第２の光導波路枝のコア層の延在方向に４５°の角度で傾斜端面を形成することを特徴とする請求項６に記載の光送受信モジュールの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号送信装置と光信号受信装置とを備え、同時双方光通信が可能な光送受信モジュール、光通信システム、及びその作製方法に関し、更に詳細には、作製容易で作製コストが低くなる構成を備え、光インターコネクションに最適な構成を有する同時双方向光通信が可能な光送受信モジュール、光通信システム、及びその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の技術的な進展に応じて、半導体集積回路の集積度が高まり、また半導体集積回路の動作速度が高速化している。例えばマイクロプロセッサの高性能化が進み、またメモリチップの大容量化が急速に進んでいる。
そして、集積回路の性能の向上に伴い、回路内の信号の高速化や、信号配線の高密度化が進んでいる。
【０００３】
従来、機器間、機器内のボード間、或いはボード内のチップ間等の比較的短距離の情報伝達は、主として、電気配線を介する電気信号の伝送により行われている。
現在、主に普及している電気配線は、システムを高速化すると、高周波応答に限界がある。具体的には、バス同士の競合、多重反射、表皮効果、誘電損失による高周波損失、低振幅動作によるＳ／Ｎなどにより高周波動作に限界があり、従って信頼性が低下する。また、電気信号の高速化や電気配線の高密度化は、ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）ノイズやチャンネル間のクロストークの原因となる。
つまり、電気配線により電気信号を伝送させて、情報の伝達を行っている限り、高速化及び高密度化が困難であるばかりでなく、クロストークの発生、配線の時定数による信号遅延が問題となる。
【０００４】
そこで、機器間、機器内のボード間、或いはボード内のチップ間の情報伝達手段として、電気信号による情報伝達に代わり、光信号配線による光インターコネクションが注目されている。しかも、次世代光インターコネクションでは、大容量、高速通信が必要とされている。
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、石英光導波路等の無機系光導波路は、高性能であるものの、高価であって、これでは光信号配線の普及は難しい。
【０００５】
そのため、石英光導波路に代わって、近年、無機系材料に比べて加工性が良く、低コストで作製容易なポリマー系（高分子）光導波路が注目され、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。
【０００６】
ここで、平板型高分子光導波路の例として、図９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９（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７２上にスパッタリング法により銅膜７４を１００ｎｍ程度成膜して、これを基板７６とし、この基板７６上に埋め込み型高分子光導波路を作製する。
【０００７】
まず、図９（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７８をスピンコート法により基板７６上に成膜する。続いて、屈折率が下部クラッド層７８より大きな高分子有機化合物からなるコア層８０を下部クラッド層７８上にスピンコート法により成膜する。
次いで、コア層８０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８０をエッチングし、図９（ｂ）に示すように、帯状のコア層８２に加工する。
更に、図９（ｃ）に示すように、下部クラッド層７８及び帯状のコア層８２上に下部クラッド層７８と同じ高分子有機化合物からなる上部クラッド層８４をスピンコート法により成膜し、基板７６上に下部クラッド層７８、帯状のコア層８２、及び上部クラッド層８４からなる高分子光導波路構造８６を形成する。
次いで、高分子光導波路構造８６を基板７６から剥離して高分子光導波路フィルムとする。
【０００８】
光インターコネクション装置の例として、半導体レーザ素子、フォトダイオード、ポリマー系光導波路を集積した光集積回路は、特開平２０００−２３５１２７号公報、特開平２００１−４２１５０号公報、特開平２００２−６１６１号公報など（以下、第１の従来例と言う）に開示されている。
また、双方向光通信が可能なモジュールの例として、半導体レーザ素子、フォトダイオードなどを一つの基板上に集積したＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）が、特開平２００２−１６９０４３号公報（以下、第２の従来例と言う）に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１６９０４３号公報（図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１の従来例では、いずれも、半導体レーザ素子と受光素子が同一基板上に集積され、ポリマー系光導波路を介してモジュール化されているが、光信号光が半導体レーザ素子からフォトダイオードに向かう片方向にしか伝送されないという問題がある。
【００１１】
また、第２の従来例は、光導波路としてシングルモード光導波路を用い、シングルモード光導波路と光結合効率良く結合させるためには、半導体レーザ素子としてファブリペロー型半導体レーザ素子や負帰還分布型半導体レーザ素子等の端面出射型半導体レーザ素子を用いている。
シングルモード光導波路では、基本モードのみが成立するため、長距離の光通信システムには最適であるから、第２の従来例は、本発明の主題である近距離の情報伝達でなく、寧ろ、長距離の光通信システム向けに開発されたものと考えられる。
【００１２】
ところで、シングルモード光導波路には、次のような２つの問題がある。
第１には、レーザ光とシングルモード光導波路の結合が難しく光結合効率が悪い。第２には、数μｍ程度の細い光導波路が必要なために、高精度な加工技術が要求され、製造コストが高くなることである。
【００１３】
ところで、光インターコネクションに用いられる短距離伝送の用途では、光結合効率が高く、製造コストが低く、双方向の情報伝達が可能な光通信システムが要求される。
本発明は、上述のような要求に鑑みてなされたものであり、その目的は、光結合効率が高く、製造コストが低く、双方向の情報伝達が可能な光通信システム及びそれに使用される光送受信モジュールを提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためには、本発明者は、
（１）光導波路のコストを低くするために、マルチモードの１芯のポリマー系（高分子）光導波路を使用すること、
（２）１芯の光導波路で双方向全二重通信の情報伝達を可能にするために、光導波路にＹ分岐部を設けて、分岐した２本の光導波路の枝にそれぞれ光信号送信装置及び光信号受信装置を設けた光送受信モジュールを構成すること、及び
（３）光結合効率を高めるために、光信号送信装置の光源として面発光半導体レーザ素子を使用し、光導波路の端面を傾斜面にして面発光半導体レーザ素子と光導波路との光結合を行うこと（フォトダイオードと光導波路との光結合も同様にすること）を着想し、実験により着想が有効なことを確認して、本発明を発明するに到った。
【００１５】
上記課題を達成するために、本発明に係る光送受信モジュールは、外部の光導波路と接続される１芯のマルチモード光導波路と、光導波路を第１の光導波路枝と第２の光導波路枝とにＹ字状に分岐するＹ分岐部と、第１の光導波路枝の端部に設けられた光信号送信装置と、第２の光導波路枝の端部に設けられた光信号受信装置とを備え、
第１の光導波路枝及び第２の光導波路枝は、それぞれの端部の端面として光導波路のコア層の延在方向に対して斜めに交差する傾斜端面を有し、
光信号送信装置は、光源として、第１の光導波路枝の傾斜端面を反射面とし、出射した光信号光を傾斜端面で反射させ、光導波路に入射させる面発光半導体レーザ素子を有し、
光信号受信装置は、第２の光導波路枝の傾斜端面を反射面とし、光導波路から導波した光信号光を傾斜端面で反射させて受光する受光素子を有することを特徴としている。
【００１６】
本発明では、１芯のマルチモード光導波路のＹ分岐部に続く第１及び第２の光導波路枝の各端部に面発光半導体レーザ素子と受光素子とを設け、各端部の傾斜端面を反射面として、面発光半導体レーザ素子から光信号光を光導波路に入射させ、また  光導波路から光信号光を受光素子に入射させることにより、面発光半導体レーザ素子と光導波路、又は光導波路と受光素子との光結合効率が高く、かつ双方向の光通信が可能な光送受信モジュールを実現している。
ここで、マルチモード光導波路とは、厚さが数μｍのシングルモード光導波路に比べてコア層の厚さが、例えば２０μｍ〜５０μｍ、更には５０μｍ以上と厚い。マルチモード光導波路では、基本モードの他に高次モードの光も伝搬する光導波路であり、主として短距離での光通信に使われる。シングルモード光導波路では、基本モードのみで光を伝搬する光導波路であり、主として長距離での光通信に使われる。
【００１７】
本発明の好適な実施態様では、光導波路が高分子光導波路である。これにより、光送受信モジュールを経済的に作製することができる。
また、光導波路を構成する下部クラッド層の上面が、面発光半導体レーザ素子の出射面及び受光素子の受光面と同一面をなしている。これにより、面発光半導体レーザ素子及び受光素子と光導波路との光結合効率を一層高めることができる。
更には、傾斜面がコア層の延在方向に対して４５°の角度をなしている。これにより、基板に直交する方向に面発光半導体レーザ素子と受光素子を配置し、又は作り込むことができるので、作製が容易になる。
【００１８】
本発明で、光送受信モジュールの基板には制約はなく、例えばポリイミド基板、ガラス基板、石英基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等を用いることができる。また、光送受信モジュールの基板を面発光半導体レーザ素子の構成基板或いは受光素子の構成基板と共通基板にすることができる。
【００１９】
本発明に係る光送受信モジュールの作製方法は、外部の光導波路と接続される１芯のマルチモード光導波路と、光導波路を第１の光導波路枝と第２の光導波路枝とにＹ字状に分岐するＹ分岐部と、第１の光導波路枝の端部に設けられた光信号送信装置と、第２の光導波路枝の端部に設けられた光信号受信装置とを備える光送受信モジュールの作製方法であって、
基板上の所定位置に、光信号送信装置の光源として面発光半導体レーザ素子を、及び光信号受信装置の受光素子としてフォトダイオードを配置し、又は作り込む工程と、
面発光半導体レーザ素子の出射面及び受光素子の受光面が、下部クラッド層の上面と同一面になるように、光導波路の下部クラッド層を成膜する工程と、
下部クラッド層上にコア形成層を成膜し、次いで所定の光導波路平面形状を備えたマスクをコア形成層上に載せてマスク上から紫外線を照射し、マスクから露出した領域の屈折率をコア形成層より小さくして中間クラッド層とし、露出領域以外の領域を光導波路、Ｙ分岐部、面発光半導体レーザ素子上に端部を有する第１の光導波路枝、及びフォトダイオード上に端部を有する第２の光導波路枝のコア層とする工程と、
コア層及び中間クラッド層上に上部クラッド層を成膜して、光導波路、Ｙ分岐部、第１の光導波路枝、及び第２の光導波路枝を形成する工程と、
傾斜端面を反射面として面発光半導体レーザ素子から第１の光導波路枝のコア層に光信号光を入射させるように、第１の光導波路枝の端部に傾斜端面を設け、かつ傾斜端面を反射面として第２の光導波路枝からフォトダイオードに光信号光を入射させるように、第２の光導波路枝の端部に傾斜端面を設ける工程と
を有することを特徴としている。
【００２０】
本発明の好適な実施態様では、基板の所定位置に、基板に直交する方向に面発光半導体レーザ素子及びフォトダイオードを配置し、又は作り込み、第１及び第２の光導波路枝のコア層の延在方向に４５°の角度で傾斜端面を形成する。
これにより、面発光半導体レーザ素子及びフォトダイオードと光導波路との光結合効率が高い光送受信モジュールの作製が一層容易になる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、実施形態例を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつ詳細に説明する。
光送受信モジュールの実施形態例
本実施形態例は第１の発明に係る光送受信モジュールの実施形態の一例である。図１は本実施形態例の光送受信モジュールの要部の構成を示す上面図、図２（ａ）は図１の線Ｉ−Ｉでの光導波路の断面図、図２（ｂ）は図１の線ＩＩ−ＩＩでの光導波路の断面図、図３はＹ分岐部の形状を説明するグラフ、図４は図１の線ＩＩＩ  −  ＩＩＩの光信号送信装置の要部の断面図、及び図５は図１の線ＩＶ−ＩＶでの光信号受信装置の要部の断面図である。
本実施形態例の光送受信モジュール１０は、図１に示すように、Ｙ分岐部１２を有する光導波路１４と、光導波路１４のＹ分岐部１２の一方の端部に光信号送信装置の光源として設けられた面発光半導体レーザ素子１６と、他方の端部に光信号受信装置の受信素子として設けられたフォトダイオード１８とを備えている。
【００２２】
光導波路１４は、１芯のマルチモード高分子光導波路であって、図２に示すように、モジュール基板２０上に、下部クラッド層２２、屈折率が０．４〜１．５％のコア層２４、及び上部クラッド層２６からなる積層構造であって、コア層２４を屈折率がコア層２４より小さい下部クラッド層２２と上部クラッド層２６とでサンドイッチ状に挟んだ断面形状を有する。
【００２３】
コア層２４は、紫外線照射により屈折率が低下する特性を有する高分子有機化合物で成膜され、コア層２４の両側は、コア層２４と同じ高分子有機化合物で成膜されているものの、紫外線照射により屈折率がコア層２４とり低下している中間クラッド層２５で挟まれている。
光導波路１４の下部クラッド層２２及び上部クラッド層は、紫外線照射により屈折率が変化するポリマー系樹脂、例えばフッ素化ポリイミド（ＮＴＴ−ＡＴ社製）により成膜されている。
また、コア層２２及び中間クラッド層２５は、フッ素化ポリイミドより屈折率が高く、同じく紫外線照射により屈折率が変化するポリマー系樹脂、例えばグラシア（日本ペイント製）で成膜されている。
【００２４】
また、同じ高分子有機化合物でコア層及びクラッド層を構成することもできる。例えば、２種類の屈折率が異なるフッ素化ポリイミドを用い、高屈折率フッ素化ポリイミドをコア層２４に、低屈折率フッ素化ポリイミドを下部クラッド層２２、中間クラッド層２５、及び上部クラッド層２６に用いる。
同様に、グラシア（日本ペイント製）、オキセタン樹脂（ソニーケミカル社製）等の同じ高分子有機化合物で異なる屈折率のものを使い、低屈折率高分子材料をクラッド層に、高屈折率高分子材料をコア層に用いる。
【００２５】
モジュール基板２０は、本実施形態例では、面発光半導体レーザ素子１６及びフォトダイオード１８の基板と共通基板になっている。
モジュール基板２０は、必ずしも、共通基板にする必要はなく、モジュール基板単独で構成しても良い。その時には、例えばポリイミド基板、ガラス基板、石英基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を使用できる。
【００２６】
Ｙ分岐部１２は、図１に示すように、１芯状の１本の光導波路１４をそれぞれ１芯状の２本のマルチモード光導波路枝、即ち第１の光導波路枝１４ｂ及び第２の光導波路枝１４ｃに分岐するＹ型状の光導波路構造を有する。
光導波路１４は、外部から入ってＹ分岐部１２に接続する光導波路本体１４ａと、Ｙ分岐部１２で分岐され、それぞれ、光導波路本体１４ａと同じ構成を備え、光導波路本体１４ａに大して斜め方向に延在し、次いで光導波路本体１４ａと平行に延在して面発光半導体レーザ素子１６及びフォトダイオード１８に接続している第１の光導波路枝１４ｂと、第２の光導波路枝１４ｃとから構成されている。
【００２７】
光導波路１４の長さ、幅、厚み、Ｙ分岐部１２の形状などは、コンピュータシミュレーションにより、伝送損失が低くなるように設定されている。例えば、Ｙ分岐部１２は、伝搬損失が小さくなるように、第１及び第２の光導波路枝１４ｂ、１４ｃの間隔を０．２５ｍｍとすると、図３に示すように、Ｙ分岐部１２の曲がり部分の長さｄが２．５ｍｍ以上に設定されている。
【００２８】
面発光半導体レーザ素子１６は、図４に示すように、モジュール基板２０と共通のｎ型半導体基板２８と、ｎ型半導体基板２８上に、順次、形成されたｎ型ＤＢＲミラー３０、λ共振器３２、及びｐ型ＤＢＲミラー３４で構成され、上部のｐ型ＤＢＲミラー３４からｎ型半導体基板２８に直交する上方向に光を出射する、従来から既知の構成の円筒型の面発光半導体レーザ素子である。出射面はｐ型ＤＢＲミラー３４の上面である。
光信号送信装置は、面発光半導体レーザ素子１６に加えて、図示しないが、従来の光信号送信装置と同様に、面発光半導体レーザ素子１６の駆動装置及び制御装置を、例えば半導体基板２８上に面発光半導体レーザ素子１６に付属して備えている。
【００２９】
第１の光導波路枝１４ｂの端部３６は、図４に示すように、端面３６ａが下部クラッド層２２、コア層２４、及び上部クラッド層２６の層延在方向に対して４５°（θ）で傾斜した傾斜面として形成されている。そして、面発光半導体レーザ素子１６は、モジュール基板２０に直交する方向に設けられ、出射光がコア層２４の傾斜面に対して４５°の方向で入射するように第１の光導波路枝１４ｂに光結合されている。
以上の構成により、面発光半導体レーザ素子１６から出射されたレーザ光は、高い光結合効率で光信号光としてコア層２４の傾斜面に入射し、そこで反射してコア層２４内を全反射により伝搬し、Ｙ分岐部１２を経て光導波路本体１４ａにより外部に出る。
上述の光結合構造により、面発光半導体レーザ素子１６と第１の光導波路枝１４ｂとを高光結合効率で結合させることができる。
【００３０】
フォトダイオード１８は、図５に示すように、モジュール基板２０と共通のｎ型半導体基板３８と、ｎ型半導体基板３８上に、順次、成膜された、ｎ型半導体層４０、ｉ型半導体層４２、及びｐ型半導体層４４を備えた円筒型のｐｉｎ構造を有する、既知の構成のフォトダイオードであって、受光面はｐ型半導体層４４の上面である。
光信号受信装置は、フォトダイオード１８に加えて、図示しないが、従来の光信号受信装置と同様に、信号変換装置等を、例えば半導体基板３８上にフォトダイオード１８に付属して備えている。
【００３１】
第２の光導波路枝１４ｃの端部４６は、図５に示すように、端面４６ａが下部クラッド層２２、コア層２４、及び上部クラッド層２６の層延在方向に対して４５°（θ）で傾斜した傾斜面として形成されている。そして、フォトダイオード１８は、モジュール基板２０に直交する方向に設けられ、コア層２４の傾斜面で反射した光信号光が受光面に直交して入射するように第１の光導波路枝１４ｂに光結合されている。
以上の構成により、外部から光送受信モジュール１０に入ってきた光信号光は、光導波路本体１４ａからＹ分岐部１２を経て第２の光導波路枝１４ｃの端部４６のコア層２４の傾斜面に入射し、そこで反射してフォトダイオード１８の受光面に入射する。
上述の光結合構造により、第２の光導波路枝１４ｃとフォトダイオード１８とを高光結合効率で結合させることができる。
【００３２】
本実施形態例の光送受信モジュール１０は、以上の構成により、面発光半導体レーザ素子１６と光導波路１４、又は光導波路１４とフォトダイオード１８との光結合効率が高く、かつ１芯のマルチモード高分子光導波路１４を使って、同時双方向光通信が可能な光送受信モジュールを実現している。
【００３３】
光送受信モジュールの作製方法の実施形態例
本実施形態例は本発明に係る光送受信モジュールの作製方法を上述の光送受信モジュール１０の作製に適用した実施形態の一例であって、図６（ａ）から（ｃ）及び図７（ｄ）と（ｅ）は、それぞれ、本実施形態例の方法により光送受信モジュールを作製する際の図１の線Ｖ−Ｖに対応する各工程の断面図である。
先ず、図６（ａ）に示すように、面発光半導体レーザ素子１６及びフォトダイオード１８を図１に示す位置で、かつ面発光半導体レーザ素子１６の出射面及びフォトダイオード１８の受光面とが同じ平面にあるように、モジュール基板２０上に配置する。また、面発光半導体レーザ素子１６及びフォトダイオード１８を図１に示す位置に形成してもよい。
【００３４】
次いで、図６（ｂ）に示すように、モジュール基板２０上に、ポリマー樹脂、例えばフッ素化ポリイミド樹脂を基板に塗布して、下部クラッド層形成層を成膜し、続いてベークし、更に、上面が面発光半導体レーザ素子１６の出射面と高さと同じ高さになるように平坦化して、光導波路１４を構成する下部クラッド層２２を形成する。
これにより、出射面を露出させて面発光半導体レーザ素子１６を、また、受光面を露出させてフォトダイオード１８を下部クラッド層２２で埋め込むことができる。
次いで、図６（ｃ）に示すように、下部クラッド層２２上にポリマー系樹脂、例えばグラシアを塗布してグラシア層を成膜し、コア形成層４８を形成する。
【００３５】
次いで、図７（ｄ）に示すように、光導波路本体１４ａ、Ｙ分岐部１２、及び第１及び第２の光導波路枝１４ｂ、１４ｃの平面形状を有するマスク５０をコア形成層４８上に載せ、紫外線を照射する。
グラシアは、紫外線により屈折率が増大するので、マスク５０から露出した領域の屈折率をコア形成層４８より小さくして中間クラッド層２５とし、露出領域以外の領域を光導波路本体１４ａ、Ｙ分岐部１２、第１の光導波路枝１４ｂ、及び第２の光導波路枝１４ｃのコア層２４とする。
【００３６】
次いで、マスク５０を取り除いて、図７（ｅ）に示すように、コア層２４及び中間クラッド層２５上にポリマー樹脂、例えばフッ素化ポリイミド樹脂を基板に塗布して、上部クラッド層形成層を成膜し、続いてベークして上部クラッド層２６を形成する。
【００３７】
次に、図４及び図５に示すように、面発光半導体レーザ素子１６と光結合する第１の光導波路枝１４ｂの端部３６、及びフォトダイオード１８と光結合する第２の光導波路枝１４ｃの端部４６を研磨して、４５°傾斜面を形成し、反射面とする。
４５°傾斜面の形成では、例えばダイヤモンドブレードを用いて下部クラッド層２２、コア層２４、中間クラッド層２５、及び上部クラッド層２６に研削加工を施して、４５°傾斜端面３６ａ、４６ａを形成することができる。
【００３８】
本実施形態例の方法によれば、モジュール基板２０上に面発光半導体レーザ素子１６、フォトダイオード１８を配置又は形成し、次いで光導波路１４を形成し、端面加工を施して、光送受信モジュール１０を作製できるので、作製プロセスが簡易で、プロセス数も少ないので、光送受信モジュール１０を経済的に作製することができる。
【００３９】
光通信システムの実施形態例
本実施形態例は第２の発明に係る光通信システムの実施形態の一例で、図８は本実施形態例の通信システムの構成を示す斜視図である。
本実施形態例の光通信システム６０は、１本のマルチモード光ファイバ６２と、マルチモードファイバ６２の両端部にそれぞれ接続された２個の実施形態例１の光送受信モジュール１０、つまり第１の光送受信モジュール６４及び第２の光送受信モジュール６６とから構成された、双方向通信が可能な光通信システムである。
【００４０】
本実施形態例の光通信システム６０では、第１の光送受信モジュール６４の光信号送信装置の面発光半導体レーザ素子１６から出射された光信号光は、図１に示す第１の光導波路枝１４ｂ及びＹ分岐部１２を経て光導波路本体１４ａからマルチモードファイバ６２に入り、マルチモードファイバ６２を経て第２の光送受信モジュール６６に伝送される。
第２の光送受信モジュール６６に伝送された光信号光は、光導波路本体１４ａからＹ分岐部１２を経てフォトダイオード１８で受光される。
【００４１】
同様に、第２の光送受信モジュール６６の光信号送信装置の面発光半導体レーザ素子１６から出射された光信号光は、第１の光導波路枝１４ｂ及びＹ分岐部１２を経て光導波路本体１４ａからマルチモードファイバ６２に入り、マルチモードファイバ６２を経て第１の光送受信モジュール６４に伝送される。
第１の光送受信モジュール６４に伝送された光信号光は、光導波路本体１４ａからＹ分岐部１２を経てフォトダイオード１８で受光される。
【００４２】
本実施形態例の光通信システム６０では、１本のマルチモード光ファイバ６２を経由して、同時の双方向通信が可能となる。つまり、一方向のみに光が伝搬する半二重通信のみならず、同時に両方向に光が伝搬する全二重通信が可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１芯のマルチモード光導波路と、Ｙ分岐部と、第１の光導波路枝の端部に設けた面発光半導体レーザ素子と、第２の光導波路枝の端部に設けた受光素子とを備え、第１及び第２の光導波路枝の傾斜端面を反射面とし、面発光半導体レーザ素子から光信号光を傾斜端面で反射させて光導波路のコア層に入射させ、またコア層から傾斜端面で反射させて光信号光を受光素子に入射させることにより、同時双方向光通信が可能で、光結合効率が高く、しかも経済的な光送受信モジュールを実現している。
また、１芯のマルチモード光導波路の両端部に本発明に係る光送受信モジュールを設けることにより、同時双方向光通信が可能な光通信システムを実現している。
本発明に係る光送受信モジュールを光インターコネクション分野の光配線に採用することにより、レンズなどの光学系が不要になるので、その結果、光配線システムの構築コストを大きく削減できる。
本発明に係る光送受信モジュールの作製方法は、本発明に係る光送受信モジュールを経済的に作製する方法を実現している。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例の光送受信モジュールの要部の構成を示す上面図である。
【図２】図２（ａ）は図１の線Ｉ−Ｉの光導波路の断面図、図２（ｂ）は図１の線ＩＩ−ＩＩの光導波路の断面図である。
【図３】図１の線ＩＩＩ  −  ＩＩＩの光信号送信装置の要部の断面図である。
【図４】図１の線ＩＶ−ＩＶの光信号受信装置の要部の断面図である。
【図５】図１の線ＩＶ−ＩＶでの光信号受信装置の要部の断面図である。
【図６】図６（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、実施形態例の方法により光送受信モジュールを作製する際の図１の線Ｖ−Ｖに対応する各工程の断面図である。
【図７】図７（ｄ）と（ｅ）は、それぞれ、図６（ｃ）に続いて、実施形態例の方法により光送受信モジュールを作製する際の図１の線Ｖ−Ｖに対応する各工程の断面図である。
【図８】実施形態例の通信システムの構成を示す斜視図である。
【図９】図９（ａ）から（ｃ）は、それぞれ、高分子光導波路の従来の作製方法の一例に従って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。
【符号の説明】
１０……実施形態例の光送受信モジュール、１２……Ｙ分岐部、１４……光導波路、１４ａ……光導波路本体、１４ｂ……第１の光導波路枝、１４ｃ……第２の光導波路枝、１６……面発光半導体レーザ素子、１８……フォトダイオード、２０……モジュール基板、２２……下部クラッド層、２４……コア層、２５……中間クラッド層、２６……上部クラッド層、２８……ｎ型半導体基板、３０……ｎ型ＤＢＲミラー、３２……λ共振器、３４……ｐ型ＤＢＲミラー、３６……第１の光導波路枝の端部、３６ａ……端面、３８……ｎ型半導体基板、４０……ｎ型半導体層、４２……ｉ型半導体層、４４……ｐ型半導体層、４６……第２の光導波路枝の端部、４８……コア形成層、５０……マスク、６０……実施形態例の光通信システム、６２……マルチモード光ファイバ、６４……第１の光送受信モジュール、６４……第２の光送受信モジュール。
【図１】
2004170668.tif 000003
【図２】
2004170668.tif 000004
【図３】
2004170668.tif 000005
【図４】
2004170668.tif 000006
【図５】
2004170668.tif 000007
【図６】
2004170668.tif 000008
【図７】
2004170668.tif 000009
【図８】
2004170668.tif 000010
【図９】
2004170668.tif 000011