(57)【要約】【課題】光ファイバと半導体受光素子との光結合のトレランスを大きくできる構造の光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール１において、搭載部材３は、第１および第２の領域３ａ、３ｂを有する。第１および第２の領域３ａ、３ｂは、所定の軸Ａｘに沿って配列されている。光ファイバは、搭載部材３の第１の領域３ａに搭載されている。半導体受光素子７は、搭載部材３の第２の領域３ｂに搭載されており、モノリシックレンズ７ａを有する。この光モジュール１では、半導体受光素子７はモノリシックレンズ７ａを介して光ファイバ５に光学的に結合されている。半導体受光素子５の厚みＴは、モノリシックレンズ７ａの位置において２５０マイクロメートル以下である。【選択図】  図１
2004302459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の軸に沿って配列された第１および第２の領域を有する搭載部材と、
前記搭載部材の前記第１の領域に搭載された光ファイバと、
前記搭載部材の前記第２の領域に搭載されておりモノリシックレンズを有する半導体受光素子と
を備え、
前記半導体受光素子は前記モノリシックレンズを介して前記光ファイバに光学的に結合されており、
前記半導体受光素子の厚みは、前記モノリシックレンズの位置において２５０マイクロメートル以下である、光モジュール。
【請求項２】
前記モノリシックレンズの曲率の半径は、５０マイクロメートル以上１５０マイクロメートル以下である、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記半導体受光素子の受光領域の面積は、１７７平方マイクロメートル以下である、請求項１または請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記光ファイバの前記一端は、コリメート光を出射するように設けられている、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項５】
前記光ファイバは、前記一端を含む第１の部分と、第２の部分とを有しており、前記第１の部分はＴＥＣファイバから構成される、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項６】
前記光ファイバは、前記一端を含む第１の部分と、第２の部分とを有しており、前記第１の部分はＧＩファイバから構成される、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項７】
前記半導体受光素子は、アノード電極及びカソード電極、アノードパッド及びカソードパッド、並びに前記アノード電極及び前記カソード電極を前記アノードパッド及び前記カソードパッドにそれぞれ接続するコプラナラインを有する、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項８】
前記光ファイバの前記一端と前記半導体受光素子の前記モノリシックレンズが透明な樹脂で覆われている、請求項１〜６のいずれかに記載の光モジュール。
【請求項９】
前記光ファイバの一端が斜めカットされている、請求項１〜６のいずれかに記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光受信モジュールには、以下の２つのタイプが考えられる。その１つタイプは、導波路型の半導体受光素子を用いる光受信モジュールであり、他方のタイプは、面受光型の半導体受光素子を用いる光受信モジュールである。
【０００３】
前者のタイプでは、光ファイバ、および導波路型半導体受光素子が一直線上に配置される。このタイプでは、その性能が光ファイバと導波路型受光素子との調芯に敏感であり、このため、この両者の位置決めを高精度で行う必要がある。後者のタイプでは、光ファイバの端面は、面受光型半導体受光素子の受光面と光学的に結合される。この形態では、面受光型半導体受光素子の光検出面は、光ファイバの一端からの光を受ける。この受光素子は、他の電子素子とボンディングワイヤを介して接続できるように、該他の電子素子と同じ搭載面上に配置されている。その結果、光信号が進む方向と、電気信号が進む方向と一致していない。
【０００４】
特許文献１には、光モジュールが記載されている。光通信モジュールは、パッシブアライメントにより光学的な調芯できる構造を有する。
【特許文献１】特開２００２−６４２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された光モジュールでは、光ファイバ搭載基板に光ファイバ及び半導体受光素子が搭載されている。高い伝送レートの光信号を受ける光モジュールを開発するために、半導体受光素子の受光領域を小さくする必要がある。しかしながら、半導体受光素子の受光領域が小さくなると、光ファイバと半導体受光素子とをより高精度に調芯することが求められる。アクティブアライメント技術を用いて、レンズホルダ、フェルール、フェルールホルダといった部品を組み立てて光通信モジュールを作製する場合、例えば、上記の部品の線膨張係数、ＹＡＧ溶接のパワーについて技術的な検討を必要とする。一方、パッシブアライメント技術を用いて光通信モジュールを作製する場合、光ファイバの調芯を行わなくても光結合が得られるように、実装精度を高めるか、十分な結合トレランスを確保するか、どちらかが必要となる。しかし、実装精度を高めるためには高精度で高価な設備を必要とし、現実的に難しい。故に、パッシブアライメント構造の光モジュールにおいては、光ファイバと半導体受光素子との光結合のトレランスを大きくすることが求められる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光ファイバと半導体受光素子との光結合のトレランスを大きくできる構造の光モジュールを提供することとしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面によれば、光モジュールは、(ａ)所定の軸に沿って配列された第１および第２の領域を有する搭載部材と、(ｂ)搭載部材の第１の領域に搭載された光ファイバと、(ｃ)搭載部材の第２の領域に搭載されておりモノリシックレンズを有する半導体受光素子とを備え、半導体受光素子はモノリシックレンズを介して光ファイバに光学的に結合されており、半導体受光素子の厚みは、モノリシックレンズの位置において２５０マイクロメートル以下である。
【０００８】
この光モジュールでは、モノリシックレンズの位置において半導体受光素子の厚みが２５０マイクロメートル以下であるので、受光領域とモノリシックレンズとの距離を小さくすることにより光ファイバと半導体受光素子との光結合のトレランスを大きくできる。
【０００９】
本発明の光モジュールでは、モノリシックレンズの曲率の半径は、５０マイクロメートル以上１５０マイクロメートル以下であるようにしてもよい。レンズ曲率を小さくすることにより、光ファイバからの光が、モノリシックレンズに近づけて配置された受光領域に入射する。
【００１０】
本発明の光モジュールでは、半導体受光素子の受光領域の面積は、１７７平方マイクロメートル以下であるようにしてもよい。受光領域の面積をより小さくすれば、半導体接合に起因するキャパシタンスを小さくできる。故に、光モジュールはより高い伝送レートの光信号に応答することができる。
【００１１】
本発明の光モジュールでは、光ファイバの一端は、実質的なコリメート光を出射するように設けられているようにしてもよい。光ファイバからの光の広がりが小さいと、光ファイバと半導体受光素子と間の光結合のトレランスを大きくできる。
【００１２】
本発明の光モジュールでは、光ファイバは、一端を含む第１の部分と第２の部分とを有しており、第１の部分はＴＥＣファイバから構成されるようにしてもよい。また、本発明の光モジュールでは、光ファイバは、一端を含む第１の部分と第２の部分とを有しており、第１の部分はＧＩファイバから構成されるようにしてもよい。光ファイバの一端部のＴＥＣファイバ及びＧＩファイバから出射される光は、シングルモードファイバから出射される光の広がりよりも小さくなる。
【００１３】
本発明の光モジュールでは、半導体受光素子は、アノード電極及びカソード電極、アノードパッド及びカソードパッド、並びにアノード電極及びカソード電極をアノードパッド及びカソードパッドにそれぞれ接続するコプラナラインを有するようにしてもよい。光モジュールの半導体受光素子は、より高い伝送レートの光信号に応答する光電流を伝達できる。
【００１４】
本発明の光モジュールでは、光ファイバの一端と半導体受光素子のモノリシックレンズが透明な樹脂で覆われているようにしてもよい。また、本発明の光モジュールでは、光ファイバの一端が斜めカットされているようにしてもよい。
【００１５】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、光ファイバと半導体受光素子との光結合のトレランスを大きくできる構造の光モジュールが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の光モジュールに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００１８】
図１は、本実施の形態に係る光モジュールを示す図面である。光モジュール１は、搭載部材３と、光ファイバ５と、半導体受光素子７とを備える。光ファイバ５は、例えばシングルモード光ファイバであることができる。搭載部材３は、第１および第２の領域３ａ、３ｂ並びに突き当て面３ｃを有する。第１および第２の領域３ａ、３ｂは、所定の軸Ａｘに沿って配列されている。突き当て面３ｃは、第１の領域３ａと第２の領域３ｂとの間に設けられており、所定の軸Ａｘに交差する方向に伸びる基準面に沿って伸びる。光ファイバ５は、搭載部材３の第１の領域３ａに搭載されている。半導体受光素子７は、搭載部材３の第２の領域３ｂに搭載されており、モノリシックレンズ７ａを有する。この光モジュール１では、半導体受光素子７はモノリシックレンズ７ａを介して光ファイバ５に光学的に結合されている。半導体受光素子５の厚みＴは、モノリシックレンズ７ａの位置において２５０マイクロメートル以下である。
【００１９】
この光モジュール１では、半導体受光素子７の受光領域７ｂとモノリシックレンズ７ａとの距離を短くすることにより光ファイバ５と半導体受光素子７との光結合のトレランスを大きくできる。
【００２０】
半導体受光素子といった半導体素子を得るためには、製造プロセスを半導体ウエハに適用することにより半導体ウエハ上に素子アレイが作製される。この後に、半導体ウエハの素子アレイを切り分けて個々の半導体チップを作製する。半導体チップは、半導体素子を含んでいる。半導体ウエハの厚みを薄くすると、半導体ウエハが破損しやすくなる。半導体ウエハの破損を防ぐために、製造過程においては、半導体ウエハの厚さは３００〜６００マイクロメートル程度である。故に、半導体チップの厚みを薄くすることは、光モジュールの作製においても、半導体受光素子を注意深く取り扱うことが必要である。これ故に、半導体チップの厚みを薄くすることは、光モジュールにとって有利なことではない。
【００２１】
発明者は、パッシブアライメント構造の光モジュールの関して、半導体受光素子７の受光領域７ｂとモノリシックレンズ７ａとの距離を短くすることにより光ファイバと半導体受光素子との光結合のトレランスを大きくできることを発見している。該距離の短縮は、半導体受光素子５の厚みＴを小さくすることにより実現される。
【００２２】
本実施の形態の光モジュール１によれば、半導体受光素子７の受光領域７ｂの面積を１７７平方マイクロメートル程度に小さくできる。この受光領域の面積は、例えば、直径１５マイクロメートル程度の円領域に対応する。この受光領域の面積によれば、毎秒４０ギガビット程度の伝送レートの光信号に応答する光モジュールが可能になる。
【００２３】
図２(Ａ)及び図２(Ｂ)は、図１に示された搭載部材を示す図面である。搭載部材３は、所定に軸Ａｘに沿って第１及び第２の領域３ａ、３ｂを備える。第１及び第２の領域３ａ、３ｂは、搭載部材３の主面３ｄに設けられている。第１の領域３ａには、所定の軸Ａｘに沿って光ファイバ支持溝１１が形成されている。光ファイバ支持溝１１は、光ファイバ５の側面を支持するための２つの光ファイバ支持面１１ａ、１１ｂを備える。光ファイバ支持溝１１は、所定の軸と交差する方向に関する光ファイバの位置を規定する。
【００２４】
第１の領域３ａは、また、所定の軸に沿って伸びる光ファイバ導入溝１３を有する。光ファイバ導入溝１３は、搭載部材３の一辺から光ファイバ支持溝１１に向けて伸びる。光ファイバ導入溝１３は、２つの側面１３ａ、１３ｂを備えており、光ファイバ支持溝１１よりも深い。
【００２５】
第２の領域３ｂには、受光素子実装部１５が設けられている。受光素子実装部１５は、所定の軸Ａｘと交差する方向に伸びる反射面１７と、反射面１７から光ファイバ支持溝１１の方向に伸びる光導入路１９とを有する。光導入路１９は、例えば、光ファイバ支持溝１１に配置された光ファイバ５の一端５ａから反射面１７への光路を提供するための溝である。受光素子実装部１５には、また、所定の軸と交差する方向に伸びる溝２１が設けられている。溝２１は、所定の軸と交差する方向に伸びており、主面３ｄに対して傾斜する側面２１ａを備える。この側面２１ａを反射面１７として利用すると、反射面１７の幅が光導入路１９の幅より広くなる。
【００２６】
また、第２の領域３ｂには、半導体受光素子７の搭載位置を規定するための位置決めマーク２３が設けられている。マーク２３は、光ファイバ支持溝１１、反射面１７、および光導入路１９と同一の製造工程で形成されることができる。
【００２７】
第１の領域３ａと第２の領域３ｂとの間には、所定の軸と交差する方向に伸びる位置決め溝２５を有する。位置決め溝２５は、所定の軸に交差する方向に伸びる突き当て面３ｃを有する。搭載部材３を用いると、半導体受光素子７の搭載位置は、マーク２３により規定される。光ファイバ５の位置は、光ファイバ支持溝１１及び突き当て面３ｃにより規定される。光ファイバ５を覆うように覆い部材(図４の参照番号５８)を搭載部材３上に配置すると、光ファイバ５が搭載部材３に固定される。
【００２８】
好適な実施例では、搭載部材３は、例えばシリコン製の基板から形成される。この基板では、エッチングによって、光ファイバ支持溝１１、光ファイバ導入溝１３、反射面１７、光導入路１９および位置決めマーク２３を一括して形成できる。また、光ファイバ支持溝１１および光ファイバ導入溝１３は、Ｖ形溝または台形溝である。
【００２９】
本実施の形態の光モジュール１では、光ファイバ５の一端５ａと半導体受光素子７のモノリシックレンズ７ａは、光ファイバを伝播する光が透過可能な(透明な)樹脂で覆われているようにしてもよい。また、本実施の形態の光モジュール１では、光ファイバ５の一端が斜めカットされているようにしてもよい。
【００３０】
図３(Ａ)及び図３(Ｂ)は、図１に示された半導体受光素子を示す図面である。図３(Ａ)を参照すると、メサ型フォトダイオードといった半導体受光素子７が示されている。この構造によれば、低寄生容量の受光素子が実現される。半導体受光素子７は、Ｆｅドープ半絶縁性ＩｎＰ基板といった半絶縁性半導体基板３１を備える。半導体受光素子７は、また、メサ半導体部７ｃを備える。メサ半導体部７ｃは、ｐ++型ＩｎＧａＡｓ半導体層３５、ｐ+型ＩｎＧａＡｓ半導体層といったアノード半導体領域３７、ｉ型ＩｎＧａＡｓ半導体層といった光吸収層３９、およびｎ+型ＩｎＧａＡｓ半導体層といったカソード半導体層４１を備える。半導体層３５、３７、３９、４１は基板３１の主面３１ａ上に順に配置されている。メサ半導体部７ｃは、軸Ａ１によって規定される位置に配置されている。ｎ+型ＩｎＧａＡｓ半導体層４１上には、カソード電極４３ａが設けられる。ｐ++型ＩｎＧａＡｓ半導体層３５上には、アノード電極４５ａが設けられる。基板３１の主面３１ａの反対の面３１ｂには、中心軸(光軸)Ａ２を持つモノリシックレンズ７ａが形成されている。モノリシックレンズ７ａの周囲を囲むようにメタライズ層４７が設けられている。モノリシックレンズ７ａは、曲率半径Ｒを有している。中心軸Ａ２は、軸Ａ１の軸外(off-axis)にある。軸Ａ１と軸Ａ２との間隔は、シンボルDａで表される。
【００３１】
典型的な例では、メサ半導体部は、ほぼ円形の受光領域を有しており、この受光領域の直径は、図３(Ａ)において、シンボル「ｄｉａ」により表されている。
【００３２】
図３(Ｂ)を参照すると、半導体受光素子７は、カソード電極４３ａ及びアノード電極４５ａ、カソードパッド４３ｂ及びアノードパッド４５ｂ、並びにカソード電極４３ａ及びアノード電極４５ａをカソードパッド４３ｂ及びアノードパッド４５ｂにそれぞれ接続するコプラナライン４７を有する。光モジュール１の半導体受光素子７は、より高い伝送レートの光信号に応答する光電流を伝達することができる。
【００３３】
光モジュール１では、半導体受光素子７の受光領域７ｂの面積は、１７７平方マイクロメートル以下であるようにしてもよい。これは、受光径１５マイクロメートルの受光領域の面積である。受光領域の面積をより小さくすれば、光モジュールはより高い伝送レートの光信号に応答することができる。本実施の形態の光モジュール１によれば、小さい受光領域と光ファイバとの位置合わせのトレランスを拡大できる。モノリシックレンズの屈折率は、２以上５以下であるようにしてもよい。
【００３４】
図４、図５(Ａ)及び図５(Ｂ)は、図１、図２(Ａ)、図２(Ｂ)、図３(Ａ)及び図３(Ｂ)に示された光モジュールを示す図面である。光モジュール１は、ハウジング５２、光学素子アセンブリ５４及び電子素子アセンブリ５６を備える。
【００３５】
パッケージ５２は、所定の軸Ａｏｐの方向に伸びる第１及び第２の壁部５２ａ、５２ｂと、所定の軸Ａｏｐに交差する方向に伸びる第３及び第４の壁部５２ｃ、５２ｄとを有する。パッケージ５２としては、バタフライ型パッケージが例示される。第１〜第３の壁部５２ａ、５２ｂ、５２ｄには、それぞれ複数の端子５２ｅが設けられている。第３の壁部５２ｃには、光ファイバを受け入れるための光ファイバ導入孔５２ｆが設けられている。光ファイバ導入壁５２ｃの外側には、導入孔５２ｆの位置に合わせて、ガイド部５２ｇが所定の軸Ａｏｐの方向に突出している。光ファイバ５は、パッケージのキャビティ内において軸Ａｏｐに沿って伸びている。パッケージ５２は、配線基板５２ｈを備える。配線基板５２ｈは、端子５２ｅが設けられている壁部５２ａ、５２ｂ、５２ｃに沿って設けられている。パッケージ５２の底部５２ｉには、光学素子アセンブリ５４および電子素子アセンブリ５６が軸Ａｏｐに沿って配置されている。
【００３６】
光学素子アセンブリ５４は、光ファイバ搭載部材３と、半導体受光素子７とを備える。搭載部材３の主面上には、半導体受光素子７が配置されている。搭載部材３の主面の高さは、光学素子アセンブリ５４がパッケージ５２に配置されたときに、光ファイバ挿入軸Ａｏｐの高さと位置合わせされている。この位置合わせにより、光ファイバ５の高さは、光ファイバ搭載部材３の主面の高さとほぼ一致する。光ファイバ５が、搭載部材３上において位置決めされた後に、覆い部材５８により固定される。
【００３７】
電子素子アセンブリ５６は、搭載部材６２および信号増幅素子６４を含む。信号増幅素子６４は、搭載部材６２上に配置されている。信号増幅素子６４は、半導体受光素子７と電気的に接続されている。電子素子アセンブリ５６は、抵抗およびコンデンサといった電子素子６６を搭載部材６２上に備えることができる。搭載部材６２は、光ファイバ搭載部材３と側壁５２ａ、５２ｂの各々との間に配置される一対の腕部６２ａ、６２ｂと、一対の腕部６２ａ、６２ｂを結合するように設けられた接続部６２ｃを備える。また、搭載部材６２は、端子５２ｅが設けられている側壁５２ａ、５２ｂ、５２ｄに沿って配置される。搭載部材６２は、接続部６２ｃ上に信号増幅素子６４が配置される。
【００３８】
図６は、光モジュール１の変形例を示す図面である。図６を参照すると、光モジュール１ａが示されている。光モジュール１ａは、光学素子アセンブリ５４と、パッケージ５３とを含む。パッケージ５３は、パッケージ５２と同様に、いくつかの壁部５３ａ〜５３ｄと、ガイド部５３ｇと、複数の端子５３ｅとを備える。パッケージ５３の底部５３ｉには、光学素子アセンブリ５４が配置されている。光モジュール１ａは、Ｖ型コネクタといったコネクタ６８を備える。コネクタ６８は、パッケージ５３の一壁部、例えば壁部５３ｄに設けられている。光学素子アセンブリ５４の半導体受光素子７からの電気信号は、コネクタ６８に提供される。
【００３９】
図７(Ａ)〜図７(Ｅ)は、図１に示された光ファイバ５及び半導体受光素子７を示す図面である。半導体受光素子８は、半導体受光素子７を線分Ｌに関してミラー反転した位置に描かれている。線分Ｌは、搭載部材３の反射面１７の位置に描かれている。図７(Ｂ)〜図７(Ｅ)では、半導体受光素子７の替わりに半導体受光素子８を用いて、光ファイバと半導体受光素子との光学的な結合を説明する。
【００４０】
図７(Ｂ)〜図７(Ｅ)において、半導体受光素子ＰＤは光ファイバＯＰからの光を受けている。図７(Ｂ)の光学系ＯＳ１では、厚さＴ１の半導体受光素子ＰＤが光ファイバＯＰから距離Ｗの位置に配置されている。半導体受光素子ＰＤの中心軸は光ファイバＯＰの光軸に合わされている。図７(Ｃ)の光学系ＯＳ２では、厚さＴ１の半導体受光素子ＰＤが光ファイバＯＰから距離Ｗの位置に配置されている。半導体受光素子ＰＤの中心軸は光ファイバＯＰの光軸と距離ＤＶだけ位置ずれしている。中心軸と光軸がずれている場合でも、ある範囲までは、光軸が補正され受光部に光は入射する。
【００４１】
図７(Ｄ)の光学系ＯＳ３では、厚さＴ２(厚さＴ１より大きい)の半導体受光素子ＰＤが光ファイバＯＰから距離Ｗの位置に配置されている。半導体受光素子ＰＤの中心軸は光ファイバＯＰの光軸に合わされている。図７(Ｅ)の光学系ＯＳ４では、厚さＴ２の半導体受光素子ＰＤが光ファイバＯＰから距離Ｗの位置に配置されている。半導体受光素子ＰＤの中心軸は光ファイバＯＰの光軸と距離ＤＶだけ位置ずれしている。ＯＳ３では、ＯＳ１に比べてＴ2がＴ1より大きい。中心軸と光軸とがずれていない場合では、ＯＳ１とＯＳ３とで結合効率に変わりはない。しかし、中心軸と光軸とがずれている場合、ＯＳ４では光路長が長いため、光軸と受光部がずれ結合効率が落ちてしまう。
【００４２】
つまり、既に記載しているように、パッシブアライメント構造の光モジュールの関して、半導体受光素子７の受光部７ｂとモノリシックレンズ７ａとの距離を短くすることにより光ファイバと半導体受光素子との光結合のトレランスを大きくできる。
【００４３】
図８は、光ファイバと半導体受光素子との位置合わせのトレランスの実験結果を示す図面である。横軸はモノリシックレンズの曲率半径を示しており、縦軸は結合効率が９０パーセント以上であるトレランスを示している。シンボル「◇」は、シングルモードファイバと半導体受光素子ＰＤ1(厚さ１５０マイクロメートル)との特性を示す。シンボル「◆」は、ＴＥＣファイバと半導体受光素子ＰＤ1(厚さ１５０マイクロメートル)との特性を示す。シンボル「○」は、シングルモードファイバと半導体受光素子ＰＤ2(厚さ２００マイクロメートル)との特性を示す。半導体受光素子ＰＤ1及びＰＤ2の受光領域の直径は１０マイクロメートルである。半導体受光素子ＰＤ2の厚さは、半導体受光素子ＰＤ1の厚さより大きい。図８は、以下のことを示している：
(１)半導体受光素子ＰＤ1のトレランスは、半導体受光素子ＰＤ2のトレランスより大きい。
(２)ＴＥＣファイバと半導体受光素子ＰＤ1との位置合わせのトレランスは、シングルモードファイバと半導体受光素子ＰＤ1との位置合わせのトレランスより大きい。
【００４４】
この実験によれば、モノリシックレンズの曲率半径の好適な範囲は、７０マイクロメートル以上１１０マイクロメートル以下である。レンズ曲率を小さくすることにより、光ファイバからの光が、モノリシックレンズに近づけられた受光領域に入射する。また、この実験に加えて他の実験結果によれば、モノリシックレンズの曲率の半径は、５０マイクロメートル以上１５０マイクロメートル以下であるようにしてもよい。また、５０マイクロメートルを超えると１５０マイクロメートル未満では焦点距離が短くなり過ぎであり、より長い光路長を必要とし、結果として実装トレランスが小さくなってしまう。
【００４５】
図９(Ｂ)及び図９(Ｃ)に示される光学系では、半導体受光素子ＰＤが光ファイバＯＰに対して距離ＤＶだけ位置ずれしている。図９(Ｂ)に示される光学系ＯＳ５では、光ファイバＯＰからの出斜光は、角度Ｓ１の範囲に広がる。図９(Ｃ)に示される光学系ＯＳ６では、光ファイバＯＰからの出斜光は、角度Ｓ２(角度Ｓ１より大きい)の範囲に広がる。光ファイバＯＰからの出斜光の広がりが小さいとき、光ファイバＯＰと半導体受光素子ＰＤと間の光結合のトレランスを大きくできる。
【００４６】
図９(Ｄ)は、光モジュールのパッケージ内に位置する光ファイバの部分を示している。光ファイバ４は、その光軸に沿って設けられた第１及び第２の部分４ａ、４ｂを有する。第１の部分４ａは、光ファイバの一端４ｃを含む。好適な実施例では、第１の部分４ａはＴＥＣファイバであり、第２の部分４ｂはシングルモードファイバである。また、第１の部分４ａはＧＩファイバであり、第２の部分４ｂはシングルモードファイバである。光ファイバの一端部のＴＥＣファイバ及びＧＩファイバから出射される光の広がりは、シングルモードファイバから出射される光の広がりより小さく。光ファイバ４の第１の部分４ａのコア径は、光ファイバ４の第２の部分４ｂのコア径より大きい。
【００４７】
図１０は、更なる実験に用いられた光学系のモデルを示す図面である。光ファイバＯＰ及び半導体受光素子ＰＤは、搭載部材ＭＭ上に配置されている。軸Ａｘに沿って、光ファイバＯＰは設けられている。搭載部材ＭＭ上には、光ファイバＯＰ及び半導体受光素子ＰＤを覆うように透明樹脂体ＴＲが設けられている。搭載部材ＭＭの光導入路４は、この樹脂体ＴＲで満たされている。
光ファイバＯＰ
コア径：９マイクロメートル
開口数(ＮＡ)：０．１
半導体受光素子ＰＤ
厚さＴ：１５０マイクロメートル
曲率半径Ｒ：７５〜１００マイクロメートル
レンズ径ＤＬ：１１０マイクロメートル
屈折率：３．４
受光径：１０〜１５マイクロメートル
搭載部材ＭＭ
樹脂体ＴＲの屈折率：１．４３
ミラー角度：５４．７４度
ｄｉｓｔ１：２５０マイクロメートル
ｄｉｓｔ２：６０マイクロメートル。
【００４８】
図１１(Ａ)〜図１１(Ｆ)は、シングルモード光ファイバと半導体受光素子との位置合わせのトレランスを示す図面である。横軸はＸ軸に関する位置ずれを示しており、縦軸は光結合効率を示す。図１１(Ａ)〜図１１(Ｆ)は、それぞれ、曲率半径Ｒ＝７５、８０、８５、９０、９５、１００マイクロメートルにおけるトレランスを示す。図１１(Ａ)〜図１１(Ｆ)において、シンボル「ｄｉａ１０」は受光径１０マイクロメートルの光学的特性を示し、シンボル「ｄｉａ１５」は受光径１５マイクロメートルの光学的特性を示し、シンボル「ｌｅｎｓ」はレンズの位置における特性を示す。図１２(Ａ)〜図１２(Ｃ)は、それぞれ、曲率半径Ｒ＝７５、８０、８５マイクロメートルにおける輝度分布を示す図面である。図１３(Ａ)〜図１３(Ｃ)は、それぞれ、曲率半径Ｒ＝９０、９５、１００マイクロメートルにおける輝度分布を示す図面である。図１２(Ａ)〜図１２(Ｃ)及び図１３(Ａ)〜図１３(Ｃ)において、内側の円は１０マイクロメートルの受光領域を示しており、外側の円は１５マイクロメートルの受光領域を示している。図１２(Ｄ)及び図１３(Ｄ)は、図１２(Ａ)〜図１２(Ｃ)及び図１３(Ａ)〜図１３(Ｃ)のための座標系を示す。図１２(Ａ)〜図１２(Ｃ)及び図１３(Ａ)〜図１３(Ｃ)において、最左列はＸ軸方向に−３０マイクロメートルの位置ずれの輝度分布を示し、中央列はＸ軸方向に位置ずれなしの輝度分布を示し、最右列はＸ軸方向に＋３０マイクロメートルの位置ずれの輝度分布を示す。
【００４９】
これらの図面に示された実験結果によれば、本実施の形態の光モジュールは、レンズ曲率半径８０〜９０マイクロメートルの範囲で広いトレランスを有し好適な光結合が示される。この実施例では、レンズ曲率を８０〜９０マイクロメートルの範囲内に管理することで、特殊な実装方法を用いずともパッシブアライメントによる光結合を得ることができることを示している。
【００５０】
図１４(Ａ)〜図１４(Ｆ)は、ＴＥＣ光ファイバと半導体受光素子との位置合わせのトレランスを示す図面である。図１４(Ａ)〜図１４(Ｆ)は、それぞれ、曲率半径Ｒ＝７５、８０、８５、９０、９５、１００マイクロメートルにおけるトレランスを示す。図１５(Ａ)〜図１５(Ｃ)は、それぞれ、曲率半径Ｒ＝７５、８０、８５マイクロメートルにおける輝度分布を示す図面である。図１６(Ａ)〜図１６(Ｃ)は、それぞれ、曲率半径Ｒ＝９０、９５、１００マイクロメートルにおける輝度分布を示す図面である。図１５(Ｄ)及び図１６(Ｄ)は、図１５(Ａ)〜図１５(Ｃ)及び図１６(Ａ)〜図１６(Ｃ)のための座標系を示す。図１５(Ａ)〜図１５(Ｃ)及び図１６(Ａ)〜図１６(Ｃ)において、最左列はＸ軸方向に−３０マイクロメートルの位置ずれの輝度分布を示し、中央列はＸ軸方向に位置ずれなしの輝度分布を示し、最右列はＸ軸方向に＋３０マイクロメートルの位置ずれの輝度分布を示す。これらの実験では、レンズ径ＤＬが１０４マイクロメートルである点を除いて、他のパラメータは図１０に示されたモデルにおける対応値と同じである。
【００５１】
これらの図面に示された実験結果によれば、本実施の形態の光モジュールは、レンズ曲率半径８０〜１００マイクロメートルの範囲で好適な光結合が示される。また、ＴＥＣ光ファイバと半導体受光素子との位置合わせのトレランスは、シングルモード光ファイバと半導体受光素子との位置合わせのトレランスに比較して優れている。本実施例では、図１１に比べて、レンズ曲率半径の範囲が広くトレランスもより広いことから、組立方法を簡略化できる。
【００５２】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。一例によれば、搭載部材は、所定の軸Ａｘに交差する方向に伸びる基準面に沿って伸びる突き当て面を有していても良く、この突き当て面は、搭載部材の第１の領域と第２の領域との間に設けられており、光ファイバは突き当て面に突き当たられている。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての変形および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は、本実施の形態に係る光モジュールを示す図面である。
【図２】図２(Ａ)及び図２(Ｂ)は、図１に示された搭載部材を示す図面である。
【図３】図３(Ａ)及び図３(Ｂ)は、図１に示された半導体受光素子を示す図面である。
【図４】図４は、図１に示された光モジュールを示す図面である。
【図５】図５(Ａ)及び図５(Ｂ)は、図１に示された光モジュールを示す図面である。
【図６】図６は、光モジュールの変形例を示す図面である。
【図７】図７(Ａ)〜図７(Ｅ)は、光ファイバ及び半導体受光素子の光学的な結合を示す図面である。
【図８】図８は、光ファイバと半導体受光素子との位置合わせのトレランスの実験結果を示す図面である。
【図９】図９(Ａ)〜図９(Ｄ)は光モジュールの光ファイバの変形例を示す図面である。
【図１０】図１０は、更なる実験に用いられた光学系のモデルを示す図面である。
【図１１】図１１(Ａ)〜図１１(Ｆ)は、シングルモード光ファイバと半導体受光素子との位置合わせのトレランスを示す図面である。
【図１２】図１２(Ａ)〜図１２(Ｃ)は、それぞれ、曲率半径Ｒ＝７５、８０、８５マイクロメートルにおける輝度分布を示す図面である。図１２(Ｄ)は、図１２(Ａ)〜図１２(Ｃ)のための座標系を示す図面である。
【図１３】図１３(Ａ)〜図１３(Ｃ)は、それぞれ、曲率半径Ｒ＝９０、９５、１００マイクロメートルにおける輝度分布を示す図面である。図１３(Ｄ)は、図１３(Ａ)〜図１３(Ｃ)のための座標系を示す図面である。
【図１４】図１４(Ａ)〜図１４(Ｆ)は、シングルモード光ファイバと半導体受光素子との位置合わせのトレランスを示す図面である。
【図１５】図１５(Ａ)〜図１５(Ｃ)は、それぞれ、曲率半径Ｒ＝７５、８０、８５マイクロメートルにおける輝度分布を示す図面である。図１５(Ｄ)は、図１５(Ａ)〜図１５(Ｃ)のための座標系を示す図面である。
【図１６】図１６(Ａ)〜図１６(Ｃ)は、それぞれ、曲率半径Ｒ＝９０、９５、１００マイクロメートルにおける輝度分布を示す図面である。図１６(Ｄ)は、図１６(Ａ)〜図１６(Ｃ)のための座標系を示す図面である。
【符号の説明】
【００５４】
１…光モジュール、３…搭載部材、３ａ、３ｂ…第１および第２の領域、３ｃ…突き当て面、３ｄ…搭載部材の主面、４…光ファイバ、４ａ、４ｂ…第１及び第２の部分、４ｃ…光ファイバの一端、５…光ファイバ、７…半導体受光素子、７ａ…モノリシックレンズ、７ｂ…受光部、７ｃ…メサ半導体部、１１…光ファイバ支持溝、１３…光ファイバ導入溝、１５…受光素子実装部、１７…反射面、１９…光導入路、２１…溝、２３…位置決めマーク、２５…位置決め溝、３１…半絶縁性半導体基板、４３ａ…カソード電極、４３ｂ…カソードパッド、４５ａ…アノード電極、４５ｂ…アノードパッド、４７…コプラナライン、５２…ハウジング、５４…光学素子アセンブリ、５６…電子素子アセンブリ、６２…搭載部材、６４…信号増幅素子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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