(57)【要約】【課題】  光ファイバ、ビームスプリッタを角度精度良くパッシブアライメントでシリコンＶ溝基板に実装した安価な光モニタモジュールを提供する【解決手段】  （１００）面より成るシリコンＶ溝基板５に対して異方性エッチングを施して入射側断面Ｖ溝９１および出射側断面Ｖ溝９２を分割形成し、そして両断面Ｖ溝間に小型貫通角孔６１および大型貫通角孔６２を断面Ｖ溝形成方向に連通して形成すると共に大型貫通角孔６２と小型貫通角孔６１とが連通するところの大型貫通角孔６２側に（１１１）面より成る傾斜面のビームスプリッタ実装面８を形成し、ビームスプリッタ実装面８にビームスプリッタ４を接合固定し、このシリコンＶ溝基板５をセラミック基板１の表面に接合固定し、フォトダイオード７を小型貫通角孔６１内においてセラミック基板１の表面に接合固定した光モニタモジュール。【選択図】  図１
2004302454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の指数が（１００）面より成るシリコンＶ溝基板に対して異方性エッチングを施して、その表面に入射側断面Ｖ溝および出射側断面Ｖ溝を分割形成し、そして両断面Ｖ溝間に小型貫通角孔および大型貫通角孔を断面Ｖ溝形成方向に連通して形成すると共に大型貫通角孔と小型貫通角孔とが連通するところの大型貫通角孔側に（１１１）面より成る傾斜面のビームスプリッタ実装面を形成し、
入射側断面Ｖ溝および出射側断面Ｖ溝に入射側光ファイバおよび出射側光ファイバをそれぞれ位置決め固定し、
ビームスプリッタ実装面にビームスプリッタを接合固定し、
このシリコンＶ溝基板をセラミック基板の表面に接合固定し、
フォトダイオードを小型貫通角孔内においてセラミック基板の表面に接合固定したことを特徴とする光モニタモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載される光モニタモジュールにおいて、
入射側断面Ｖ溝の溝幅と出射側断面Ｖ溝の溝幅の間に、ビームスプリッタと空気の両屈折率、ビームスプリッタの厚さ、および光軸とビームスプリッタの傾斜角から計算される光軸シフト量を補正する差を付与したことを特徴とする光モニタモジュール。
【請求項３】
請求項１および請求項２の内の何れかに記載される光モニタモジュールにおいて、
入射側断面Ｖ溝と出射側断面Ｖ溝の中心線およびフォトダイオードの受光部は共通垂直面内に存在するものであることを特徴とする光モニタモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載される光モニタモジュールにおいて、
ビームスプリッタ実装面に設置されたビームスプリッタ上に（１１１）面をなす側面を有する台形シリコン蓋をすることを特徴とする光モニタモジュール。
【請求項５】
請求項４に記載される光モニタモジュールにおいて、
台形シリコン蓋はその中央部に溝が形成されたものであることを特徴とする光モニタモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光モニタモジュールに関し、特に、光の一部を分岐し、この分岐光をフォトダイオードで受光し、光導波路の監視を行う光モニタモジュールにおいて、光ファイバ、ビームスプリッタを角度精度良くパッシブアライメントでシリコンＶ溝基板に実装した安価な光モニタモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモニタ用の光分岐構造としては、例えば、図２に記載されている様な構造がある。半導体レ−ザ２から出射したレーザ光は光ファイバ６を伝播し、この光ファイバ６を分断して介在するハーフミラーより成るビームスプリッタ５に到達する。ビームスプリッタ５に到達した光の内の一部は透過して光ファイバ６を直進する一方、他の一部は上方に反射してフォトダイオード４に入射する（特許文献１参照）。
以上の光分岐構造は、石英基板より成るＶ溝基板３に傾斜して形成した溝３ａにビームスプリッタ５を嵌合固定している。ビームスプリッタ５を斜めに配置させる溝３ａはダイシングソー２２を使用してＶ溝基板３に形成する。この実際の作業を考えると、光ファイバ６を埋め込むＶ溝基板３を傾斜して位置決めした状態で、ダイシングソー２２による研削を実施することになる。隣のＶ溝基板３へとダイシングを進める場合に、Ｖ溝基板３自体を傾斜して配置しているところから、入刃の高さを傾斜によって変更して行かねばならないので、この操作は面倒である。また、傾斜の下端と上端の間の高低差が大きくなると、ダイシングソー２２の設定を超えることにもなり、生産能率上不利である。
【０００３】
そして、ビームスプリッタ５で上方へ反射光を得る場合、反射光を受光するフォトダイオード４を光ファイバ６自体に実装して浮いた状態で保持され、壊れ易いフォトダイオード４が強度的に不安定である。特に、光ファイバ６が単芯ではなく多芯ともなるとこの問題は顕著になる。仮に、屈折率整合剤などがその隙間に充填されても熱膨張の影響なども心配である。
また、フォトダイオード４は不透明であるので、フォトダイオード４の重要な受光部は目視で位置決め確認をすることができなくなり、作業性は悪化する。
【０００４】
また、光軸について、ビームスプリッタ５の光入射出射部分で空気との間の屈折率差から生じる光軸ずれが発生する。これを解消するに、屈折率整合剤の使用が必要となる。
この他に、クラッド層、コア層を傾斜して光反射面を形成する光分岐構造も公知であるが、これも先の光分岐構造と同様の問題を内包している。
ここで、国内優先権主張の根拠となる出願における先行例について、図１を参照して説明する。先行例においては、光を一部分岐するビームスプリッタを、シリコンの異方性エッチングにより出現した（１１１）面に実装するに際して、作業者が手作業でピンセットを使用して（１１１）面にフィルタを押さえつけ、ＵＶ接着剤を使用して固定していた。
【０００５】
また、他の例としては、基板表面に故意にオフアングルを設け、これでビームスプリッタの角度を制御しようとするものもあるが（特許文献３  参照）、挿入する溝の側面の角度精度は高いとしても、これにビームスプリッタをどのように実装するかが問題である。
その他、ビームスプリッタ、或いはフィルタを斜めに配置する構造に関して記述している技術文献も存在する（特許文献４〜６  参照）。
ところで、ビームスプリッタの実装角度精度は、分岐させる一部の光を正確にＰＤへ入射させるために、±０．５°程度が必要である。実装面であるシリコン（１１１）面は結晶面であるので十分な角度精度は保証されるが、この面に対して、ビームスプリッタをどれほど平行に実装できるかが、極めて肝心な部分である。
【０００６】
これに対し、前記の如く従来は、作業者が手作業で、ビームスプリッタを市販のピンセットにてシリコン（１１１）面に押さえるなどして実装していた。シリコンウェハが厚く、シリコン（１１１）面の面積が十分に大きければ、実装時の作業もし易く、実装精度も出し易い。
ところが実際には、シリコン基板の厚さは数百μｍと薄いため、（１１１）面の面積は大変微小なものである。そこへ、それと同等面積の大変小さなビームスプリッタをピンセットで精度良く実装するのは、その小ささから極めて困難な作業と言える。また、ビームスプリッタを精度良く実装するため、（１１１）面に押しつける様にするが、押す方向は（１１１）面に対し垂直に押さねばならないので、斜め方向に押すような状態となる（基板自体を傾けると、逆の（１１１）面が邪魔になる）ため、作業しずらいし、仮にジグなどを作るにしても、比較的複雑で高価なものとなり易い。
これらの理由から、実装後に角度測定検査を行うと、規格外品が発生し非常に歩留まりが悪かった。
【特許文献１】特開２０００−１７１６７１号  公報
【特許文献２】特開２００１−１３３３９号  公報
【特許文献３】特開２００３−１７７２８２号  公報
【特許文献４】特開２００３−１１４３３４号  公報
【特許文献５】特開２００３−２５８３６４号  公報
【特許文献６】特開２００２−２６１３００号  公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、光の一部を分岐し、この分岐光をフォトダイオードで受光し、線路の監視を行う光モニタモジュールにおいて、光ファイバおよび光ビームスプリッタを精度良くパッシブアライメントでシリコンＶ溝基板に実装することができる、上述の問題を解消した安価な光モニタモジュールを提供するものである。
この発明は、更に、ビームスプリッタを溝側面へ高い角度精度で実装した光モニタモジュールを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１：表面の指数が（１００）面より成るシリコンＶ溝基板５に対して異方性エッチングを施して、その表面に入射側断面Ｖ溝９１および出射側断面Ｖ溝９２を分割形成し、そして両断面Ｖ溝間に小型貫通角孔６１および大型貫通角孔６２を断面Ｖ溝形成方向に連通して形成すると共に大型貫通角孔６２と小型貫通角孔６１とが連通するところの大型貫通角孔６２側に（１１１）面より成る傾斜面のビームスプリッタ実装面８を形成し、入射側断面Ｖ溝９１および出射側断面Ｖ溝９２に入射側光ファイバ２１および出射側光ファイバ２２をそれぞれ位置決め固定し、ビームスプリッタ実装面８にビームスプリッタ４を接合固定し、このシリコンＶ溝基板５をセラミック基板１の表面に接合固定し、フォトダイオード７を小型貫通角孔６１内においてセラミック基板１の表面に接合固定した光モニタモジュールを構成した。
【０００９】
そして、請求項１に記載される光モニタモジュールにおいて、入射側断面Ｖ溝９１の溝幅と出射側断面Ｖ溝９２の溝幅の間に、ビームスプリッタ４と空気の両屈折率、ビームスプリッタ４の厚さ、および光軸とビームスプリッタ４の傾斜角から計算される光軸シフト量１４を補正する差を付与した光モニタモジュールを構成した。
また、請求項１および請求項２の内の何れかに記載される光モニタモジュールにおいて、入射側断面Ｖ溝９１と出射側断面Ｖ溝９２の中心線およびフォトダイオード７の受光部は共通垂直面内に存在するものである光モニタモジュールを構成した。
【００１０】
ここで、請求項１に記載される光モニタモジュールにおいて、ビームスプリッタ実装面に設置されたビームスプリッタ上に（１１１）面をなす側面５２２を有する台形シリコン蓋５２をする光モニタモジュールを構成した。
また、台形シリコン蓋５２はその中央部にファイバ逃げ溝５３が形成されたものである光モニタモジュールを構成した。
【発明の効果】
【００１１】
上述した通りであって、この発明は、以下の通りの効果を奏す。
（１）入射側断面Ｖ溝と出射側断面Ｖ溝の幅を、ビームスプリッタ界面における屈折率差から生じる光軸のシフト分をキャンセルする幅に設計構成したことにより、屈折率整合材が不要となり、製造工程数の削減と材料費の低減を期待することができる。
（２）ビームスプリッタを、シリコンのエッチングにより出現した傾斜した結晶面に貼り付ける構造としたので、改めてダイシングで溝を作成してそこ嵌合固定する必要が無く、コストダウンを期待することができる。また、ビームスプリッタの接合に結晶面を利用しているので、極めて正確に光軸に対する傾斜角度が得られ、反射光の反射角度が正確に設定される。
（３）シリコンＶ溝基板に小型貫通角孔と大型貫通角孔をエッチングにより形成し、そこを伝送光を通過せしめる構成としたことにより、反射光がフォトダイオードに効率良く受光するに到る。また、反射光を上部に取り出してフォトダイオードで受光する従来例と比較して、フォトダイオード受光面を肉眼で直接確認することができ、作業性が向上する。
【００１２】
この発明の他の実施例においては、そこで、貫通角孔と同一形状（実際には、ビームスプリッタの厚さを考慮に入れる必要があるので、貫通角孔より若干小さい）の台形シリコン蓋を作製し、これを用いてビームスプリッタを実装する。実際には、貫通角孔にビームスプリッタを置いてから、貫通角孔に蓋をするように、ビームスプリッタごと前記台形シリコン蓋を貫通角孔（ビームスプリッタ）に嵌め込む。この台形シリコン蓋は、シリコンＶ溝基板の作製方法と同様に、シリコンの異方性エッチングで作製されるので、（１１１）面同士正確に嵌め合うこととなる。そのため、ビームスプリッタも精度良く実装可能となるわけである。
（１）フィルタをシリコンＶ溝基板の（１１１）面と平行に、角度精度良く実装可能である。
（２）フィルタを実装する作業時に、フィルタを正確に（１１１）面に押さえるためにかける力は、基板に対し鉛直方向となるため、作業し易く、ジグを作る場合も単純な構造ですみ安価となる。
（３）台形シリコン蓋は、シリコンＶ溝基板と同一フォトマスクに作りこむことで、極めて簡単に安く作ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明を実施するための最良の形態を図１の実施例を参照して説明する。
１はセラミック基板であり、５はシリコンＶ溝基板である。シリコンＶ溝基板５はセラミック基板１の表面に接合固定している。セラミック基板１の表面にはフォトダイオード７も接合固定している。
シリコンＶ溝基板５について説明する。シリコンＶ溝基板５は、半導体プロセスを適用して異方性エッチングにより、その表面の図における左右両側に光ファイバの位置決め固定用の出射側断面Ｖ溝９２および入射側断面Ｖ溝９１を対応形成すると共に、その表面の両断面Ｖ溝間に大型貫通角孔６２および小型貫通角孔６１を左右方向に連通して形成する。大型貫通角孔６２と小型貫通角孔６１とが連通するところの大型貫通角孔６２側には、図１（ｂ）における上下方向にビームスプリッタ実装面８が形成される。この異方性エッチングを実施するに際してシリコンＶ溝基板５として表面の指数が（１００）面の基板を用い、エッチング液としてアルカリ水溶液を使用することにより、ビームスプリッタ実装面８として（１１１）面より成る傾斜面が形成される。
【００１４】
（１１１）面より成る傾斜したビームスプリッタ実装面８には４により示されるビームスプリッタが接合固定される。
出射側断面Ｖ溝９２と入射側断面Ｖ溝９１とは共通垂直面内に整列して形成され、入射側断面Ｖ溝９１の深さは出射側断面Ｖ溝９２の深さと比較して僅かに深く形成されている。出射側断面Ｖ溝９２には出射側光ファイバ２１が位置決め固定されると共に、入射側断面Ｖ溝９１には入射側光ファイバ２０が位置決め固定される。
先のフォトダイオード７は、小型貫通角孔６１内において、出射側断面Ｖ溝９２と入射側断面Ｖ溝９１とが存在する共通垂直面内に整列した状態で、セラミック基板１の表面に接合固定している。
【００１５】
外部から入射側光ファイバ２０に入射した光は、図示されないレンズを介して小型貫通角孔６１内の空気に進入通過して傾斜したビームスプリッタ４に入射する。ビームスプリッタ４はモニタに適した入射光の一部を反射する設計がなされている。この実施例において、ビームスプリッタ４は５％の光を反射し、９５％の光を透過する設計がなされている。ビームスプリッタ４は（１１１）面より成るビームスプリッタ実装面８に傾斜実装せしめられているので、入射側光ファイバ２０の光軸に対し正確に３５．３°の傾斜を保持して配置されている。これにより、５％の反射光１３はセラミック基板１表面に接合固定したフォトダイオード７へ向けて反射する一方、透過光１２はビームスプリッタ４を透過して大型貫通角孔６２内の空気に進入通過して出射側光ファイバ２１に入射する。
【００１６】
図１（ｃ）を参照するに、ビームスプリッタ４と空気との間の屈折率の差に起因してビームスプリッタ４の出射光の光軸は入射光軸と比較して上方へシフトするので、上述した通り、入射側断面Ｖ溝９１と出射側断面Ｖ溝９２は、入射側断面Ｖ溝９１側を僅かに深く形成して入射側光ファイバ２０の光軸をシフト分だけ低くする構造とされている。ここで、入射側断面Ｖ溝９１と出射側断面Ｖ溝９２の深さ、即ち、溝幅を決定する光軸シフト量１４は、ビームスプリッタ４と空気の両屈折率、ビームスプリッタ４の厚さ、および光軸とビームスプリッタ４の傾斜角から計算される。これらから入射側断面Ｖ溝９１と出射側断面Ｖ溝９２の溝幅を決定することができる。
【００１７】
ビームスプリッタ４は（１１１）面より成るビームスプリッタ実装面８に傾斜実装せしめられているので、（１００）面のシリコンＶ溝基板５の表面の入射側断面Ｖ溝９１に位置決め固定される入射側光ファイバ２０に対し正確に位置決めがなされ、特に、光軸に対する傾斜角度は正確に３５．３°が得られ、反射光１３はフォトダイオード７に正確に受光される。
シリコンＶ溝基板５の表面の両断面Ｖ溝間に大型貫通角孔６２および小型貫通角孔６１を左右方向に連通して形成することにより、反射光１３をシリコンＶ溝基板５の下方向に取り出し、これがシリコンＶ溝基板５自体に邪魔されることはない。
【００１８】
以上の通り、入射側光ファイバ２０を経由して伝送され、出射側光ファイバ２１を経由して送り出される伝送光は、ビームスプリッタ４を透過する点を除いてビームスプリッタ４の両側の光路は何れも、固体の導光材料より成る導波路と比較して減衰率の低い空気であり、減衰の小さい高効率の光結合をすることができる。
半導体プロセスを適用して異方性エッチングにより、シリコンＶ溝基板５の表面に出射側断面Ｖ溝９２および入射側断面Ｖ溝９１を形成すると共に、両断面Ｖ溝間に大型貫通角孔６２および小型貫通角孔６１を左右方向に連通して形成し、（１１１）面より成る傾斜面のビームスプリッタ実装面８を大型貫通角孔６２に形成し、このシリコンＶ溝基板をセラミック基板１の表面に接合固定すると共にフォトダイオード７も接合固定し、更に、ビームスプリッタ４をビームスプリッタ実装面８に接合固定し、入射側断面Ｖ溝９１および出射側断面Ｖ溝９２に入射側光ファイバ２０および出射側光ファイバ２１を位置決め固定することにより、全てパッシブアライメントで安価な光モニタモジュールの組み立てをすることができる。
【００１９】
他の実施例を図３〜５を参照して説明する。
図３はモジュールの他の実施例を説明する図であり、図４は台形シリコン蓋を説明する図である。図５は台形シリコン蓋の製造の仕方を説明する斜視図である。図３〜５において、図１における部材と共通する部材には共通する参照符合が付与されている。
ここで、台形シリコン蓋がビームスプリッタ４を実装する大形貫通角孔６２に嵌め込まれている点が、先の実施例とは異なる他の実施例の特徴とする点である。
【００２０】
図５を参照して上述した台形シリコン蓋の製造の仕方を説明する。原材料としてシリコンウェハ５０を使用し、その表面の（１００）面に異方性エッチングを施すことにより製造する。
（工程  １）  ２本の溝状のパターンを異方性エッチングし、２本とも貫通孔となるまでエッチングして、側面を（１１１）面とする異方性エッチング溝５１を２本形成する。異方性エッチング溝５１の寸法は、シリコンＶ溝基板５の大形貫通角孔６２にフィルタを実装したときに、丁度嵌まり込む寸法関係に設計する。
（工程  ２）  これをダイシングソーにより、２本のダイシングラインに沿って所定の長さに切断する。これにより、台形シリコン蓋５２は出来上がる。５２１は台形シリコン蓋５２の（１００）面をなす上面であり、５２２は（１１１）面をなす側面である。
【００２１】
以上の工程１および工程２により、例えば大形貫通角孔６２を型として成形した様な台形シリコン蓋５２が出来上がることとなる。なお、この台形シリコン蓋５２は、シリコンＶ溝基板５の製造用フォトマスクの内のシリコンＶ溝基板製造に必要ではない領域（残余の領域）に、この台形シリコン蓋５２を製造するパターンをも形成挿入しておけば、専用にフォトマスクを準備する必要もないし、工程的にもシリコンＶ溝基板５の製造に際して、同時に台形シリコン蓋５２製造するすることができる。シリコンＶ溝基板５を製造するついでに、この台形シリコン蓋５２も製造することができ、大変好都合である。シリコンＶ溝基板５と比較して、この台形シリコン蓋５２はサイズ的に充分に小さいので、シリコンＶ溝基板５の領域の内のシリコンＶ溝パターンを形成した後の、残余の領域にこの台形シリコン蓋５２のパターンを形成することに格別の困難は生じない。
なお、図４（ｂ）を参照するに、シリコン台形蓋５２は２個ではなく、１つの長い台形蓋に切り出して、光ファイバが載置されるべきところを、エッチング或いは切削によりファイバ逃げ溝を入れる構造とすることもできる。
【００２２】
ビームスプリッタ４を実際にシリコンＶ溝基板５に実装するには、以下の工程１〜工程５を採用する。
（１）  ビームスプリッタ４が実装される領域であるシリコンＶ溝基板表面の入射出射側断面Ｖ溝９１、９２、および大形貫通角孔６２の（１１１）面の中心付近に熱効果併用型で粘性の低いＵＶ接着剤を塗布する。この領域は、シリコンはＵＶ領域の光は透過しないところから、台形シリコン蓋５２をした時にこれで覆われる領域以外の領域と言う意味である。
（２）  ビームスプリッタ４を、ピンセットにて、大形貫通角孔６２の（１１１）面に添わせて設置する。
（３）  図１（ａ）に示されるごとく、２個の台形シリコン蓋５２のそれぞれと大形貫通角孔６２の（１１１）面とによりビームスプリッタ４を挟持した状態に、２個の台形シリコン蓋５２を大形貫通角孔６２に嵌合載置する。このとき、先端が針の如き細いジグで台形シリコン蓋５２を下方に押圧しておく。
（４）  ２個の台形シリコン蓋５２と、シリコンＶ溝基板５とを接着固定するため、ＵＶ接着剤を塗布する。塗布箇所はシリコンＶ溝基板５と２個の台形シリコン蓋５２に亘る５５２により示される領域である。使用するＵＶ接着剤は粘性の高いもの好ましい。粘性が低いと、シリコンＶ溝基板５の大形貫通角孔６２の（１１１）面と、台形シリコン蓋５２との隙間にＵＶ接着剤が流れ込んで、ＵＶ照射することができなくなるからである。
（５）  ＵＶを照射し、必要なら熱養生を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例を説明する図。
【図２】従来例を説明する図。
【図３】他の実施例を説明する図。
【図４】台形シリコン蓋を示す図。
【図５】台形シリコン蓋の製造の仕方を説明する図。
【符号の説明】
【００２４】
１  セラミック基板              ２０  入射側光ファイバ
２１  出射側光ファイバ              ４  ビームスプリッタ
５  シリコンＶ溝基板            ５０  シリコンウェハ
５１  異方性エッチング溝          ５２  台形シリコン蓋
５２１  台形シリコン蓋の上てい    ５２２  台形シリコン蓋の側面
５３  ダイシングライン            ６１  小型貫通角孔
６２  大型貫通角孔                  ７  フォトダイオード
８  ビームスプリッタ実装面      ９１  入射側断面Ｖ溝
９２  出射側断面Ｖ溝
【図１】
2004302454.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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