(57)【要約】【課題】光導波路基板に光素子を直接接合させる際に、光導波路と光素子との位置を精度良く合わせることができる光導波路基板および光モジュールを提供する。【解決手段】光導波路３が形成された基板２には、光素子６ａと光導波路３の光信号入出力部３ａとを低損失で光学的に結合させるため、ヒートシンク５ａに埋め込まれた光素子６ａの位置決めを行うための段差又は溝からなる位置決め部２ａが設けられている。具体的には、位置決め部２ａは、光素子６ａの光軸中心が、光入出力部３ａにおけるコア部３２の光軸中心と合わさる位置に光素子６ａを位置決めする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に光導波路が形成され、前記光導波路の光信号入出力部に対し光素子が光学的に結合される光導波路基板であって、
前記光素子を前記光導波路の前記光信号入出力部に光学的に結合させる位置決め部が前記基板に形成されている
光導波路基板。
【請求項２】
前記光信号入出力部は、入射した光信号を反射して前記光素子と前記光導波路とを光学的に結合し、
前記位置決め部は、前記光素子が前記基板に直接接合されて前記基板を介して前記光信号入出力部に光学的に結合されるように、前記光素子を位置決めする
請求項１記載の光導波路基板。
【請求項３】
前記位置決め部は、前記光素子が前記光導波路の前記光信号入出力部に直接接合されて前記光信号入出力部に光学的に結合されるように、前記光素子を位置決めする
請求項１記載の光導波路基板。
【請求項４】
基板に光導波路が形成された光導波路基板を有し、前記光導波路の光信号入出力部に対し光素子が光学的に結合された光モジュールであって、
前記光素子を前記光導波路の前記光信号入出力部に光学的に結合させる位置決め部が前記基板に形成されている
光モジュール。
【請求項５】
前記光信号入出力部は、入射した光信号を反射して前記光素子と前記光導波路とを光学的に結合し、
前記位置決め部は、前記光素子が前記基板に直接接合されて前記基板を介して前記光信号入出力部に光学的に結合されるように、前記光素子を位置決めする
請求項４記載の光モジュール。
【請求項６】
前記光素子は、面発光型発光素子である
請求項５記載の光モジュール。
【請求項７】
前記位置決め部は、前記光素子が前記光導波路の前記光信号入出力部に直接接合されて前記光信号入出力部に光学的に結合されるように、前記光素子を位置決めする
請求項４記載の光モジュール。
【請求項８】
前記光素子は、端面発光型発光素子である
請求項７記載の光モジュール。
【請求項９】
前記端面発光型発光素子は、支持体により支持されており、
前記位置決め部は、前記端面発光型発光素子が前記光導波路の前記光信号入出力部に直接接合されて前記光信号入出力部に光学的に結合されるように、前記支持体および前記端面発光型発光素子を位置決めする
請求項８記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光導波路基板および光モジュールに関し、特に基板に光導波路が形成され、光導波路に対し光素子が光学的に結合される光導波路基板および当該光導波路基板に光素子が光学的に結合された光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の回路処理速度の上昇に伴って、電気配線では信号遅延や波形の歪み等が生じ、正確に信号伝達ができなくなってきている。この様な問題を解決するために、従来の電気信号を光に置き換えて信号伝達する光インターコネクション技術が注目を集めている。電気信号を光信号に置き換えることによって、最近問題となっている電磁波障害も解決することができる。
【０００３】
このような背景から、近年、光通信システムにおいて、基板に光導波路が形成された光導波路基板にレーザダイオードやフォトダイオード等の光素子を結合させた光モジュールの開発が進んでいる。このような光モジュールでは、光導波路と光素子とを低い光損失で結合させるために、基板上に設けられた光導波路と光素子との位置合わせが重要となる。
【０００４】
従来の光モジュールとして、面発光型発光素子に対しフレキシブルな光導波路の端部を物理的に直接接着することにより、面発光型発光素子と光導波路とを光学的に結合させるものがある（特許文献１参照）。
【０００５】
他の光モジュールとして、フィルム状の光導波路に対しはんだ等からなるバンプを用いて結合するものもある（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８８１４６号公報
【特許文献２】
特許第３２５７７７６号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の光モジュールでは、面発光型発光素子等の光素子と結合される光導波路がフレキシブルであることから、接合時の位置決めおよび接着を精度良く行うことが困難である。また、基板側に設けられた光導波路とフレキシブルな光導波路とを光学的に結合させるための接続用の溝を基板に設けているが、この場合においても、光導波路がフレキシブルであるため接着時の位置ずれが問題となる。
【０００８】
また、特許文献２に記載の光モジュールのように、光導波路と光素子をはんだ等のバンプを用いて結合する場合には、はんだリフロー時の熱処理による導波路特性の変化が懸念されるとともに、バンプを介して光結合するために、直接接合する場合に比べて光結合損失が増加する。さらに、バンプ形成等のための工程も増えることとなり、生産性を低下させることとなる。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光導波路基板に光素子を直接接合させる際に、光導波路と光素子との位置を精度良く合わせることができる光導波路基板を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、光導波路基板に直接接合された光素子と、光導波路との位置精度を向上することにより、光導波路と光素子との結合効率を高めることができる光モジュールを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の光導波路基板は、基板に光導波路が形成され、前記光導波路の光信号入出力部に対し光素子が光学的に結合される光導波路基板であって、前記光素子を前記光導波路の前記光信号入出力部に光学的に結合させる位置決め部が前記基板に形成されている。
【００１１】
前記光信号入出力部は、入射した光信号を反射して前記光素子と前記光導波路とを光学的に結合し、前記位置決め部は、前記光素子が前記基板に直接接合されて前記基板を介して前記光信号入出力部に光学的に結合されるように、前記光素子を位置決めする。
【００１２】
前記位置決め部は、前記光素子が前記光導波路の前記光信号入出力部に直接接合されて前記光信号入出力部に光学的に結合されるように、前記光素子を位置決めする。
【００１３】
上記の本発明の光導波路基板によれば、光導波路が形成された基板に位置決め部が形成されていることから、この位置決め部を用いて光素子と光導波路の光信号入出力部との位置合わせを行うことにより、光素子が光導波路の光信号入出力部に光学的に結合される。
【００１４】
さらに、上記の目的を達成するため、本発明の光モジュールは、基板に光導波路が形成された光導波路基板を有し、前記光導波路の光信号入出力部に対し光素子が光学的に結合された光モジュールであって、前記光素子を前記光導波路の前記光信号入出力部に光学的に結合させる位置決め部が前記基板に形成されている。
【００１５】
前記光信号入出力部は、入射した光信号を反射して前記光素子と前記光導波路とを光学的に結合し、前記位置決め部は、前記光素子が前記基板に直接接合されて前記基板を介して前記光信号入出力部に光学的に結合されるように、前記光素子を位置決めする。前記光素子は、面発光型発光素子である。
【００１６】
前記位置決め部は、前記光素子が前記光導波路の前記光信号入出力部に直接接合されて前記光信号入出力部に光学的に結合されるように、前記光素子を位置決めする。前記光素子は、端面発光型発光素子である。
【００１７】
前記端面発光型発光素子は、支持体により支持されており、前記位置決め部は、前記端面発光型発光素子が前記光導波路の前記光信号入出力部に直接接合されて前記光信号入出力部に光学的に結合されるように、前記支持体および前記端面発光型発光素子を位置決めする。
【００１８】
上記の本発明の光モジュールによれば、光導波路が形成された基板に位置決め部が形成されていることから、この位置決め部を用いて光素子と光導波路の光信号入出力部との位置合わせが行われ、光素子が光導波路の光信号入出力部に光学的に結合される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の光導波路基板および光モジュールの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
第１実施形態
図１は、本実施形態に係る光導波路基板を備えた光モジュールの断面図である。
図１に示す光モジュールは、基板２と光導波路３とを有する光導波路基板４が配線基板１上に実装されており、さらに、光導波路基板４には、ヒートシンク５ａに埋め込まれた光素子６ａが直接接合されている。光導波路３は、クラッド部３１，３２に埋め込まれたコア部３２を有し、当該光導波路３の端面が反射面となって光入出力部（光信号入出力部）３ａを構成している。光入出力部３ａは、例えば４５°反射面から構成される。
【００２１】
基板２は、使用する光に対して吸収のない光学的に透明な材料により形成されており、例えばガラス基板により構成されている。基板２の厚さは、例えば、２００〜５００μｍ程度である。なお、ガラス基板の他、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、サファイア基板により構成されていてもよい。
【００２２】
上記の光導波路３が形成された基板２には、光素子６ａと光導波路３の光信号入出力部３ａとを低損失で光学的に結合させるため、ヒートシンク５ａに埋め込まれた光素子６ａの位置決めを行うための段差又は溝からなる位置決め部２ａが設けられている。具体的には、位置決め部２ａは、光素子６ａの光軸中心が、光入出力部３ａにおけるコア部３２の光軸中心と合わさる位置に光素子６ａを位置決めする。
【００２３】
光導波路３を構成するコア部３２は、使用する光に対して吸収がなく、かつクラッド部３１，３３よりも使用する光に対する屈折率が高い材料により形成されている。コア部３２は、例えばエポキシ樹脂やフッ素化ポリイミド等の高分子材料により形成され、これらに不純物を加えることにより屈折率が調整される。
【００２４】
クラッド部３１，３３は、使用する光に対して吸収がなく、かつコア部３２よりも使用する光に対する屈折率が低い材料により形成されている。クラッド部３１，３３は、例えばエポキシ樹脂やフッ素化ポリイミド等の高分子材料により形成され、これらに不純物を加えることにより屈折率が調整される。なお、クラッド部３１，３３とコア部３２とは、同種材料であっても、異種材料であってもよい。
【００２５】
ヒートシンク５ａは、熱伝達率の高い例えば金属材料により形成されており、光素子６ａからの熱を外部に放出する。光素子６ａが半導体レーザ等である場合、半導体レーザの発振波長の安定化を図るために設けられている。
【００２６】
光素子６ａは、フォトダイオート等の受光素子あるいはレーザダイオード等の発光素子により構成される。本実施形態では、光素子６ａが発光素子の場合には、端面発光型半導体レーザではなく、面発光型半導体レーザ（面発光型発光素子）を用いる。
【００２７】
なお、図示はしないが、光素子６ａが埋め込まれたヒートシンク５ａと基板２の位置決め部２ａとの間、ヒートシンク５ａと配線基板１との間、基板２と配線基板１との間には接着剤が塗布されており、当該接着剤により直接接合されている。特に、光素子６ａが埋め込まれたヒートシンク５ａと基板２の位置決め部２ａとの間に塗布される接着剤は、光の散乱を防止する観点から、基板２の屈折率に近い接着剤を用いる。接着剤としては、例えば紫外線硬化樹脂を用いる。
また、光導波路３の先には、光ファイバが結合されていてもよく、あるいは他端側にも同様の反射面からなる光入出力部が形成されていてもよい。
【００２８】
上記の本実施形態に係る光モジュールの動作について、図１を参照して説明する。
【００２９】
光素子６ａが面発光型発光素子である場合には、光素子６ａから出射された送信用の信号光は基板２を透過して光導波路３の反射面からなる光入出力部３ａに入射し、光入出力部３ａにより反射されて光路が９０°曲げられてコア部３２に結合される。
コア部３２に結合された光信号は、コア部３２により導波されて、図示しない光導波路あるいは光ファイバにより導波され、図示しない受光素子により受光される。
【００３０】
光素子６ａが受光素子である場合には、光導波路３のコア部３２を導波してきた受信用の信号光が、反射面からなる光入出力部３ａに入射すると、当該光入出力部３ａにより反射されて光路が９０°曲げられて、受光素子からなる光素子６ａに受光される。受光素子により光信号が電気信号に変換されて配線基板１上の図示しない受信回路に入力される。
【００３１】
次に、上記の本実施形態に係る光導波路基板および光モジュールの製造方法について、図２〜図３を参照して説明する。
【００３２】
まず、光導波路基板の製造方法について説明する。
基板２上にエポキシ樹脂あるいはフッ素化ポリイミド等を全面に塗布してクラッド部３１を形成した後に、エポキシ樹脂あるいはフッ素化ポリイミド等をさらに全面に塗布してコア部３２を形成する。クラッド部３１とコア部３２の屈折率差は、不純物を含有させて調整する。
【００３３】
次に、コア部３２上にフォトリソグラフィにより所望のパターンをもつレジストを形成し、当該レジストをマスクとしてコア部３２の反応性イオンエッチングを行うことにより、コア部３２のパターンを形成する。
【００３４】
レジストを除去した後に、コア部３２を覆うようにエポキシ樹脂あるいはフッ素化ポリイミド等を全面に塗布してクラッド部３３を形成することにより、図２（ａ）に示すように基板２上に光導波路３が形成される。
【００３５】
次に、図２（ｂ）に示すように、ブレードソーによる機械的加工あるいはエッチングにより、基板２に段差又は溝からなる位置決め部２ａを形成する。この位置決め部２ａの形成において、光素子６ａが埋め込まれたヒートシンク５ａが位置決め部２ａに嵌め込まれた際に、光入出力部のうちコア部３２の中心部が、光素子６ａの光軸中心に位置するように位置決め部３２ａを形成する。なお、図２（ｂ）に示す加工面Ｍ１が、後に光入出力部となる。
【００３６】
次に、図３（ｃ）に示すように、ブレードソーによる機械的加工により例えば４５°反射面となる光入出力部３ａを形成する。機械的加工では、加工面Ｍ１の角度と等しい先端形状をもつブレードソーを用いればよい。なお、４５°反射面をもつ光入出力部３ａの形成は、エッチングにより行うことも可能である。
以上により、光入出力部３ａおよび位置決め部２ａを有する光導波路基板４が製造される。
【００３７】
一方、図３（ｄ）に示すように、光素子６ａが埋め込まれたヒートシンク５ａを配線基板１上に実装する。実装には、例えば紫外線硬化樹脂等からなる接着剤を用いる。
【００３８】
そして、図３（ｃ）に示す工程で製造された光導波路基板４の位置決め部２ａを用いて、図３（ｄ）に示す配線基板１上の光素子６ａとの位置決め行い、光導波路基板４と光素子６ａとを直接接合する。接合には、例えば紫外線硬化樹脂等からなる接着剤を用いる。
以上により、図１に示す本実施形態に係る光モジュールが製造される。
【００３９】
本実施形態に係る光導波路基板４によれば、光導波路基板４に光素子６ａを直接接合させる際に、基板２に光素子６ａの位置決めを行う段差又は溝からなる位置決め部２ａが設けられていることから、光導波路３と光素子６ａとの位置を精度良く合わせることができる。
【００４０】
従って、光導波路３と光素子６ａとを結合させる際に、簡単なパッシブアライメントを用いても光導波路３と光素子６ａとの結合効率を高めることができる。パッシブアライメントとは、光素子と光導波路を光軸合わせしてモジュール化する際に、光を用いずに目視や嵌め込み等による機械的な位置合わせのみで光軸合わせを行う方法をいう。これに対し、光を試験的に光路に入射させて光強度が最大となる箇所で光軸合わせ作業を行う方法をアクティブアライメントと呼ぶが、パッシブアライメントはアクティブアライメントに比べて、実装工程が簡素化されるため、光モジュールの低コスト化を図ることができる。
【００４１】
また、上記の光導波路基板４を用いて光導波路３と光素子６ａとが光学的に結合された光モジュールは、光導波路基板４に直接接合された光素子と光導波路との位置精度を向上することができ、光導波路と光素子との結合効率を高めることができる。
【００４２】
第２実施形態
第１実施形態では、光素子６ａが発光素子の場合には、面発光型発光素子を用いる場合の例について説明した。本実施形態では、発光素子として面発光型発光素子でなく、端面発光型発光素子を用いる場合における光導波路基板および光モジュールについて説明する。なお、第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付しており、その説明は省略する。
【００４３】
図４は、本実施形態に係る光導波路基板を備えた光モジュールの断面図である。
図４に示す光モジュールは、基板２と光導波路３とを有する光導波路基板４が配線基板１上に実装されており、さらに、光導波路基板４には、ヒートシンク５ｂ上にサブマウント基板７を介して搭載された光素子６ｂが直接接合されている。上記のヒートシンク５ｂおよびサブマウント基板７が本発明の支持体８に相当する。
光導波路３は、クラッド部３１，３２に埋め込まれたコア部３２を有し、当該光導波路３の端面は光軸に対して９０°となる光入出力部（光信号入出力部）３ｂを構成している。
【００４４】
本実施形態では、基板２を介して光信号の送受信を行わないため、使用する材料に特に限定はない。基板２の厚さは、例えば、２００〜５００μｍ程度である。基板２は、例えば、ガラス基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、あるいはサファイア基板により構成される。
【００４５】
基板２には、光素子６ｂと光導波路３の光入出力部３ｂとを低損失で光学的に結合させるため、光素子６ｂを搭載する支持体８の位置決めを行うための段差又は溝からなる位置決め部２ｂが設けられている。具体的には、位置決め部２ｂは、光素子６ｂの光軸中心が、光入出力部３ｂにおけるコア部３２の光軸中心と合わさる位置に光素子６ｂを位置決めする。
【００４６】
光素子６ｂは、フォトダイオート等の受光素子あるいはレーザダイオード等の発光素子により構成される。本実施形態では、光素子６ｂが発光素子の場合には、面発光型半導体レーザではなく、端面発光型半導体レーザ（端面発光型発光素子）を用いる。
【００４７】
なお、図示はしないが、光素子６ｂが搭載された支持体８と光導波路基板４との間、光導波路基板４と配線基板１との間には接着剤が塗布されており、当該接着剤により直接接合されている。特に、光素子６ｂが搭載された支持体８と基板２の位置決め部２ｂとの間に塗布される接着剤は、光の散乱を防止する観点から、コア部３２の屈折率に近い接着剤を用いる。接着剤としては、例えば紫外線硬化樹脂を用いる。
また、光導波路３の先には、光ファイバが結合されていてもよく、あるいは他端側にも同様の光入出力部が形成されていてもよい。
【００４８】
上記の本実施形態に係る光モジュールの動作について、図４を参照して説明する。
【００４９】
光素子６ｂが端面発光型発光素子である場合には、光素子６ｂから出射された送信用の光信号は光導波路３の光入出力部３ｂに入射し、コア部３２に結合される。
コア部３２に結合された光信号は、コア部３２により導波されて、図示しない光導波路あるいは光ファイバにより導波されて、図示しない受光素子により受光される。
【００５０】
光素子６ｂが受光素子である場合には、光導波路３のコア部３２を導波してきた受信用の光信号が、光入出力部３ｂに入射すると、当該光入出力部３ｂを介して光素子６ｂに受光される。受光素子により光信号が電気信号に変換されて配線基板１上の図示しない受信回路に入力される。
【００５１】
次に、上記の本実施形態に係る光導波路および光モジュールの製造方法について、図５〜図６を参照して説明する。
【００５２】
まず、図５（ａ）に示すように、第１実施形態と同様にして、基板２にクラッド部３１，３３およびコア部３２を形成する。
【００５３】
次に、図５（ｂ）に示すように、ブレードソーによる機械的加工あるいはエッチングにより、基板２に段差又は溝からなる位置決め部２ｂを形成する。この位置決め部２ｂの形成において、位置決め部２ｂに支持体８が嵌め込まれた際に、光入出力部のうちコア部３２の中心部が、光素子６ｂの光軸中心に位置するように位置決め部２ｂを形成する。なお、図５（ｂ）に示す加工面Ｍ２が、後に入出力部となる。
【００５４】
次に、図６（ｃ）に示すように、ブレードソーによる機械的加工により例えば光導波路３の光軸に対して９０°となる光入出力部３ｂを形成する。なお、光入出力部３ｂの形成は、エッチングにより行うことも可能である。
以上により、光入出力部３ｂおよび位置決め部２ｂを有する光導波路基板４が製造される。
【００５５】
一方、図６（ｄ）に示すように、例えばヒートシンク５ｂおよびサブマウント基板７からなる支持体８に支持された光素子６ｂを配線基板１上に実装する。実装には、例えば紫外線硬化樹脂等からなる接着剤を用いる。
【００５６】
そして、図６（ｃ）に示す工程で製造された光導波路基板４の位置決め部２ｂを用いて、図６（ｄ）に示す配線基板１上の光素子６ｂとの位置決め行い、光導波路基板４と光素子６ｂとを直接接合する。接合には、例えば紫外線硬化樹脂等からなる接着剤を用いる。
以上により、図４に示す本実施形態に係る光モジュールが製造される。
【００５７】
本実施形態に係る光導波路基板によれば、光導波路基板４に光素子６ｂを直接接合させる際に、基板２に光素子６ｂの位置決めを行う段差又は溝からなる位置決め部２ｂが設けられていることから、光導波路３と光素子６ｂとの位置を精度良く合わせることができる。
【００５８】
従って、光導波路３と光素子６ｂとを結合させる際に、簡単なパッシブアライメントを用いても光導波路３と光素子６ｂとの結合効率を高めることができる。このように、実装工程が簡素化されるため、光モジュールの低コスト化を図ることができる。
【００５９】
また、上記の光導波路基板４を用いて光導波路３と光素子６ｂとが光学的に結合された光モジュールは、光導波路基板４に直接接合された光素子と光導波路との位置精度を向上することができ、光導波路と光素子との結合効率を高めることができる。
【００６０】
本発明の光導波路基板および光モジュールは、上記の実施形態の説明に限定されない。
例えば、基板２や、光導波路３を構成するクラッド部３１，３３およびコア部３２を構成する材料には特に限定されず、また、ヒートシンク５ａ，５ｂは一例であり、基板２に位置決め部が設けられてあれば特に限定はない。また、第２実施形態におけるサブマウント基板７等は必要に応じて用いなくてもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の光導波路基板によれば、光導波路基板に光素子を直接接合させる際に、光導波路と光素子との位置を精度良く合わせることができる。
【００６２】
本発明の光モジュールによれば、光導波路基板に光素子が直接接合され、かつ、光導波路と光素子との位置精度を向上することができることから、光導波路と光素子との結合効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る光導波路基板を備えた光モジュールの断面図である。
【図２】第１実施形態に係る光モジュールを製造するための工程断面図である。
【図３】図２の続きの工程を示す工程断面図である。
【図４】第２実施形態に係る光導波路基板を備えた光モジュールの断面図である。
【図５】第２実施形態に係る光モジュールを製造するための工程断面図である。
【図６】図５の続きの工程を示す工程断面図である。
【符号の説明】
１…配線基板、２…基板、２ａ，２ｂ…位置決め部、３…光導波路、３ａ，３ｂ…光入出力部、４…光導波路基板、５ａ，５ｂ…ヒートシンク、６ａ，６ｂ…光素子、７…サブマウント基板、８…支持体、３１…クラッド部、３２…コア部、３３…クラッド部、Ｍ１，Ｍ２…加工面。
【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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