(57)【要約】【課題】  光結合が高く高性能な光モジュールを提供する。【解決手段】  発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールであって、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第１の構造物が設けられ、該第１の構造物に整合する形の第２の構造物が光学素子側にも設けられ、第１の構造物と第２の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μｍ程度以下になるように、嵌合可能となっている。【選択図】      図１
2005099069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールであって、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第１の構造物が設けられ、該第１の構造物に整合する形の第２の構造物が光学素子側にも設けられ、第１の構造物と第２の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μｍ程度以下になるように、嵌合可能となっていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
請求項１記載の光モジュールにおいて、前記光学素子は光ファイバーであり、前記第２の構造物は光ファイバーのコア領域に設けられていることを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との嵌合部は、光を屈折させる機能を有していることを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項３記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との材質の屈折率の大きい方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との間に存在する隙間の厚みは、利用している光の波長以下であることを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との材質の硬度の大きい方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴とする光モジュール。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との材質における融点が高い方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、発光素子または受光素子と光学素子とが複数配列されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールであって、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第１の構造物が設けられ、該第１の構造物に整合する形の第２の構造物が光学素子側にも設けられ、第１の構造物と第２の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μｍ程度以下になるように、嵌合可能となっている光モジュールの製造方法であって、第１の構造物もしくは第２の構造物を作製する工程において、フォトリソグラフィー工程を有し、フォトリソグラフィー工程におけるフォトマスクとして、グレースケールマスクを用いることを特徴とする光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信などに用いられる光モジュールが開発されている。この光モジュールは、発光素子、受光素子、また、光を伝達する光ファイバーなどの光学部品を複数組み合わせて、構成されている。光モジュールは、発光素子と光ファイバーなどの光伝送体との結合に関して、低コスト化，高性能化などの観点から課題が多い。特に、光伝送に用いるシングルモードファイバーにおいては、そのコア径が数μｍと小さく、実装誤差に対する要求は非常に厳しいものである。従来では、ボールレンズを用い、ファイバーと発光素子との実装公差を緩和する方法がとられ、同時に発光素子を動作させて実装するアクティブ型の実装が行われてきた。しかし、ボールレンズを用いることによって部品点数が多くなり、アクティブ型の実装は製造工程が非常に複雑で、光モジュールの製品コストを引き上げている。
【０００３】
そのため、発光素子や受光素子を動作させないでアライメントするパッシブアライメントが低コスト化のためには必須である。その手法として、一般には固定部材を作製して組み立てるという方法が用いられている。しかし、固定部材の機械精度が要求され、その弾性係数や熱膨張係数などに制約があり、また部品点数も多くなるために、コスト低減が困難であった。特に、コスト低減のためにプラスチックモールドなどを用いると、光結合の歩留まりや長期信頼性に欠けるという問題点がある。また、この方法では、マルチモードファイバーを実装することはできるが、シングルモードファイバーの高精度実装は不可能であった。
【０００４】
発光素子においても、基板面から垂直に光出射を行う垂直共振器型面発光レーザが、光伝送モジュールの低消費電力化，低コスト化の観点で改善できる可能性があり、盛んに研究されている。面発光レーザでは、１ｍＡ以下の低しきい値で駆動でき、ウエハレベルの検査が可能で、へき開精度を必要としないため、低コスト化が可能である。しかし、このような面発光レーザと光ファイバーとの光結合においても、上記と同様な問題が生じている。
【０００５】
そこで、光ファイバーとの結合のためのガイド穴をフォトリソグラフィーの精度で作製する方法が提案されている。特許文献１，特許文献２には、厚膜のフォトレジストを光ファイバーのガイドとして用いている方法が提案されている。しかし、この方法では、実装精度は光ファイバーの外形によって決定される。光ファイバーの外形と光軸とは必ずしも一致せず、数μｍの実装誤差を生じさせている。また、外形で合わせることで、光ファイバーの外形にある傷やバリなどの影響を受け、歩留まりの悪い工程となっている。発光領域やそれに類する個所に、光軸に整合が取れた嵌合突起があることが望まれる。
【０００６】
一方、面型光素子が形成された表面側にファイバー固定用の部材を直接固定して、光ファイバーを実装する方法も提案されている。例えば特許文献３には、図１に示すように、面発光レーザ素子１８の表面にファイバー固定部材（ファイバーブロック１４）を嵌合させるための突起（大突起２２，小突起２３Ｂ）を設け、面発光レーザ１８の発光部に対応する位置にガイド穴２６を構成したものが示されている。尚、図１において、１２はモジュール基板、１６は光ファイバ、２４はファイバー挿入孔、２６と２７はガイド孔である。この従来例では、面発光レーザの発光領域に嵌合用の突起を設けることで、光軸と突起との整合が非常に良い。しかし、この突起と光ファイバーとを直接接合することなく、光ファイバーの固定用部材と嵌合しているので、ここには、固定部材と光ファイバーとの実装誤差が含まれている。つまり、光ファイバー用の固定部材と面発光レーザが高い精度で実装されていても、面発光レーザと光ファイバーとの実装精度は高くない。
【０００７】
また、特許文献４には、光ファイバーとマイクロレンズとの実装において、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、光線が通過する領域に嵌合させるための突起物を設ける方法が提案されている。この方法においては、マイクロレンズの集光機能を用いて、突起物のフォトリソを行い、また光ファイバーの濃度分布を用いて、窪み部の形成を行っている。それぞれの方法ともに、セルフアライメントに嵌合に用いる構造物を形成できており、非常に高い精度の実装を可能にしている。このように、マイクロレンズと光ファイバーのような光学素子同士の実装には有効であるが、この方法では、発光素子や受光素子といったものとの実装は不可能である。
【特許文献１】特開２００２−２１４４８６号公報
【特許文献２】特開２００２−３３５４６号公報
【特許文献３】特開平１１−３０７８６９号公報
【特許文献４】特許第２６１５４００号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝達する光学素子とを、これらの間隔が数μｍ程度以下になるように、低コストでかつ高精度に実装することが可能であって、これにより、光結合が高く高性能な光モジュールおよびその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールであって、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第１の構造物が設けられ、該第１の構造物に整合する形の第２の構造物が光学素子側にも設けられ、第１の構造物と第２の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μｍ程度以下になるように、嵌合可能となっていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光モジュールにおいて、前記光学素子は光ファイバーであり、前記第２の構造物は光ファイバーのコア領域に設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との嵌合部は、光を屈折させる機能を有していることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との材質の屈折率の大きい方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項５記載の発明は、請求項１または請求項２記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との間に存在する隙間の厚みは、利用している光の波長以下であることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との材質の硬度の大きい方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との材質における融点が高い方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、発光素子または受光素子と光学素子とが複数配列されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項９記載の発明は、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールであって、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第１の構造物が設けられ、該第１の構造物に整合する形の第２の構造物が光学素子側にも設けられ、第１の構造物と第２の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μｍ程度以下になるように、嵌合可能となっている光モジュールの製造方法であって、第１の構造物もしくは第２の構造物を作製する工程において、フォトリソグラフィー工程を有し、フォトリソグラフィー工程におけるフォトマスクとして、グレースケールマスクを用いることを特徴とする光モジュールの製造方法である。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１乃至請求項７記載の発明によれば、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールであって、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第１の構造物が設けられ、該第１の構造物に整合する形の第２の構造物が光学素子側にも設けられ、第１の構造物と第２の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μｍ程度以下になるように、嵌合可能となっているので、発光素子または受光素子と光学素子（例えば光ファイバー）との低コストの製造工程での実装精度が高くなり、高精度の低コストの光モジュールを提供できる。
【００１９】
特に、請求項３，請求項４記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との嵌合部は、光を屈折させる機能を有しており、光学素子（例えば光ファイバー）と発光素子または受光素子との界面で光が集光するので、実装誤差が生じても、結合効率の低下を防止できる。これにより、実装精度の公差を大きくとれ、製造コストを低く抑えることができて、低コストで、高い性能をもつ光モジュールを提供できる。
【００２０】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との間に存在する隙間の厚みを、利用している光の波長以下にすることで、反射を大幅に低減でき、これにより、結合効率が上昇し、高い性能の光モジュールを提供できる。
【００２１】
また、請求項６，請求項７記載の発明によれば、第１，第２の構造物の相対的な硬度や融点を規定することで、凹面でのみ応力緩和ができる。凹面での応力緩和は、凸面での応力緩和に比べ、広い範囲に及ぶことから、透過光が通過する領域での屈折率分布の乱れが相対的に小さくなる。これにより、光の収差劣化を低減でき、結合効率の高い光モジュールを提供できる。
【００２２】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の光モジュールにおいて、発光素子または受光素子と光学素子とが複数配列されており、アレーにすることで、複数の素子例えば面発光レーザや光ファイバーなどを同時に実装することができ、製造コスト（実装コスト）を低減することができる。
【００２３】
また、請求項９記載の発明によれば、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールであって、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第１の構造物が設けられ、該第１の構造物に整合する形の第２の構造物が光学素子側にも設けられ、第１の構造物と第２の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μｍ程度以下になるように、嵌合可能となっている光モジュールの製造方法であって、第１の構造物もしくは第２の構造物を作製する工程において、フォトリソグラフィー工程を有し、フォトリソグラフィー工程におけるフォトマスクとして、グレースケールマスクを用いるので、凹面と凸面との形状の整合が取れる。これにより、凹面と凸面との隙間が無くなり（第１の構造物と第２の構造物との間に隙間ができないようにすることができ）、結合効率が高い光モジュールを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
特許文献１のようにファイバーの外形で合わせると、光軸とファイバー外形との誤差があり、実装精度が低下する。これに対し、特許文献４に示されているように、嵌合させるために用いる構造物が光軸上にあれば、高精度の実装が可能なる。しかし、特許文献４では、光ファイバーとマイクロレンズとの接合であって、例えば発光素子とマイクロレンズと光ファイバーとを実装する場合、発光素子と光ファイバーとの実装において誤差が生じる可能性がある。光モジュールには、発光素子または受光素子と光学素子（例えば光ファイバー）とが構成要素としてあり、光学素子（例えば光ファイバー）と発光素子または受光素子との実装精度を上げる必要がある。
【００２６】
そこで、本発明は、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールであって、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第１の構造物が設けられ、該第１の構造物に整合する形の第２の構造物が光学素子側にも設けられ、第１の構造物と第２の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μｍ程度以下になるように、嵌合可能となっていることを特徴としている。
【００２７】
特許文献４に示されているような嵌合させるために用いる構造物が発光素子または受光素子にあれば、高精度の実装が可能となる。しかし、例えば発光素子から発せられる光は発散角を有しており、発光面から離れることによって、その光は広がる。そこで、本発明では、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に設けられる第１の構造物と光学素子側に設けられている第２の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μｍ程度以下になるように、嵌合可能となっていることを特徴としている。これにより、発光素子または受光素子と光学素子とを数μｍ程度以下の近傍に設置することができ、例えば発光素子から発せられる光が発散角を有しているも、光学素子（例えば光ファイバー）が発光素子または受光素子の近傍であることにより、光の広がりを低く抑えることができる。
【００２８】
なお、例えば発光素子が面発光レーザの場合には、その表面がミラー面となっており、その表面に構造物を作り込むのは難しい。そこで、この場合には、面発光レーザのミラー面の上部にミラー面とは異なる材質の膜を形成し、その膜に構造物を作り込む。これにより、発光素子と光学素子とに形成された構造物を利用して、発光素子と光学素子とを嵌合実装することが可能となる。
【００２９】
このように、本発明によれば、発光素子または受光素子と光学素子とを、嵌合構造のもつ高精度性を利用した形で、マイクロレンズを介さずに直接光学的に結合させることが可能になる。
【００３０】
すなわち、本発明によれば、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールであって、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第１の構造物が設けられ、該第１の構造物に整合する形の第２の構造物が光学素子側にも設けられ、第１の構造物と第２の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μｍ程度以下になるように、嵌合可能となっているので、発光素子または受光素子と光学素子（例えば光ファイバー）との低コストの製造工程での実装精度が高くなり、高精度の低コストの光モジュールを提供できる。
【００３１】
上記本発明の光モジュールにおいて、光学素子は例えば光ファイバーであり、この場合、第２の構造物を光ファイバーのコア領域に設けることができる。すなわち、光ファイバーは、コア領域のみ不純物濃度が異なることより、選択的にエッチングを行うことができる。これにより、容易な仕方でセルフアラインにコア領域に構造物を作ることができる。
【００３２】
すなわち、例えば、シングルモードファイバーにおけるコア径と面発光レーザの発光領域はほぼ同程度である。そのため、面発光レーザから発せられる光が光ファイバーのコアに入らずに漏れると、光結合効率が低下する。従って、面発光レーザからの光が、できる限り、光ファイバーのコアに入るのが望ましい。上記のように、第２の構造物を光ファイバーのコア領域に設けることにより、面発光レーザからの光を光ファイバーのコアに確実に入れることができ、光結合効率を向上させることができる。
【００３３】
また、上記本発明の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との嵌合部に、光を屈折させる機能をもたせることができる。この場合には、発光素子から放出された光が屈折し、集光されることで、光線の発散角を抑えることができ、これによって、発光素子または受光素子と光学素子との光結合効率を向上させることができる。
【００３４】
すなわち、例えば、シングルモードファイバーにおけるコア径と面発光レーザの発光領域はほぼ同程度である。そのため、面発光レーザから発せられる光が光ファイバーのコアに入らずに漏れると、光結合効率が低下する。従って、面発光レーザからの光が、できる限り、光ファイバーのコアに入るのが望ましい。上記のように、第１の構造物と第２の構造物との嵌合部に、光を屈折させる機能をもたせることにより、面発光レーザからの光を光ファイバーのコアに確実に入れることができ、光結合効率を向上させることができる。
【００３５】
第１の構造物と第２の構造物との嵌合部に、光を屈折させる機能をもたせる場合、第１の構造物と第２の構造物との材質の屈折率の大きい方を凸面にし、小さい方を凹面にすることができる。このように凸面を構成する材質の方の屈折率が高い場合には、この嵌合部に凸レンズと同様に光を集光する機能をもたせることができ、凸レンズと同様に光を集光する機能を有する嵌合部が光学素子と発光素子の間に設けられることで、実装精度を緩和することができ、光結合効率を向上させることができる。
【００３６】
また、上述した本発明の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との間に存在する隙間の厚みは、利用している光の波長以下であるのが良い。すなわち、第１の構造物と第２の構造物との間に存在する隙間には、空気層が形成され、空気層は屈折率が低く、反射を起こす原因となる。しかし、その空気層の厚さが、用いている光の波長以下であるときには、光はこの屈折率を感じることなく、反射されない。このように、第１の構造物と第２の構造物との間に存在する隙間の厚みは、利用している光の波長以下であることにより、第１，第２の構造物において、光の反射を大幅に低減することができ、光の結合効率を向上させることができる。
【００３７】
また、上述した本発明の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との材質の硬度の大きい方を凸面にし、小さい方を凹面にすることができる。
【００３８】
すなわち、発光素子または受光素子と光学素子とを嵌合実装する場合、発光素子または受光素子と光学素子とは、互いに押し付けられ、これにより、第１，第２の構造物は変形することになる。この変形を利用することで、第１の構造物と第２の構造物との間に存在する隙間の厚みとして、利用している光の波長以下の隙間厚さを実現できる。この時、変形すると材質の屈折率に歪みが生じるため、できる限り、応力を緩和することが望まれる。この変形が第１，第２のどちらの構造物によって支配的に起きるかは、第１，第２の構造物の硬度の大小関係で決まる。凸面の方が軟らかい場合、凸面における応力緩和は凸面部分のみに集中し、その残留応力が非常に大きくなり、透過光の収差劣化が激しい。本発明では、凸面の材質の方が硬くしてあるので、凹面側が変形することになる。凹面は応力緩和する領域が広く、光が透過領域での残留応力が小さい。
【００３９】
また、上述した本発明の光モジュールにおいて、第１の構造物と第２の構造物との材質における融点が高い方を凸面にし、小さい方を凹面にすることができる。嵌合実装する際には、嵌合部を加熱することで、第１，第２の構造物を軟化させて変形させることができ、これにより、第１の構造物と第２の構造物との間に存在する隙間の厚みを、利用している光の波長以下にすることができる。この時、温度を調整することで、第１，第２の構造物のうちの一方だけを軟化することができる。凹面側の材質の軟化点が低い場合には、凹面だけを軟化させて変形させることができる。この時、変形すると材質の屈折率に歪みが生じるため、できる限り、応力を緩和することが望まれる。凸面の方が変形した場合、凸面における応力緩和は凸面部分のみに集中し、その残留応力が非常に大きくなり、透過光の収差劣化が激しい。本発明では、凹面の方が融点が低いことで、凹面側が変形することになる。凹面は応力緩和する領域が広く、光が透過領域での残留応力が小さい。
【００４０】
また、上述した本発明の光モジュールにおける第１の構造物もしくは第２の構造物を作製する工程において、フォトリソグラフィー工程を有し、フォトリソグラフィー工程におけるフォトマスクとして、グレースケールマスクを用いるのが好ましい。
【００４１】
グレースケールマスク方法では、フォトリソグラフィーに用いるマスクを、透過率が１と０の細かいドットによって階調表現したものや中間調によって表現されたものにする。階調表現によって、明るい部分，暗い部分ができ、これをフォトレジストに露光する事で、暗い所は高く、明るい所は低く（ポジレジストの場合）、中間高さを含む、高さ表現されたレジスト形状を得ることができる。このようにマスク形状を工夫する事で、レジストを３次元的かつ任意形状に加工する事ができる（グレースケールマスク方法の作製方法の詳細は特開平１１−１７７１２３、特開２０００−２８０３６６などに示されている）。グレースケールマスクを利用することで、凹面，凸面の形状を任意に整形することができる。これにより、第１，第２の構造物をそれぞれ適当な形に整形し、第１の構造物と第２の構造物との間に存在する隙間の厚みが、利用している光の波長以下であるという条件を満足させることができる。すなわち、凹面と凸面との隙間が無くなり（第１の構造物と第２の構造物との間に隙間ができないようにすることができ）、結合効率が高い光モジュールを提供できる。
【００４２】
また、上述した本発明の光モジュールにおいて、発光素子または受光素子と光学素子とを複数配列してアレーにすることができる。このようにアレーにすることで、複数の素子を同時に実装することができ、製造コスト（実装コスト）を低減することができる。
【実施例１】
【００４３】
図３は本発明の実施例１の光モジュールを示す図である。図３に示すように、この実施例１の光モジュールは、面発光レーザと、光ファイバーとからなり、それぞれの表面に、第１，第２の構造物が設けられている。ここで、第１の構造物は、面発光レーザの発光領域に設けられ、第２の構造物は、光ファイバーの先端のコア領域に設けられており、第１，第２の構造物は、嵌合実装可能となっている。
【００４４】
先ず、第２の構造物は、例えば、文献「ＭＯＣ１９９５予稿集ｐ６２」や文献「１９９８ＩＥＥＥ／ＬＥＯＳ  Ｓｕｍｍｅｒ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ予稿集ｐ５７」に示されている仕方で作製できる。この実施例１では、光ファイバーの一端をＨＦ−ＮＨ４Ｆ系緩衝溶液を用いた化学エッチング法によって作製した。光ファイバーには、ＧｅＯ２のドープ濃度が３〜１５ｍｏｌ％程度の石英系単心シングルモードファイバを用いた。光ファイバーのコア部分には不純物が含まれており、フッ化水素溶液に対するエッチング速度が異なる。このため、適当な条件を与えることによって、コア部分が円錐状もしくは凸面状に選択的に残される。この第２の構造物は、コアの濃度分布を利用して作成しているため、コア部分に自動的に作成できるセルフアセンブルであり、その位置精度は非常に良い。フッ化水素の濃度やエッチング時間をコントロールすることで、その形状は任意にコントロールできる。
【００４５】
具体的に、光ファイバーのクラッド径は１２５μｍ、コア径は１０μｍである。また、フッ化水素酸（ＨＦ）には、濃度が４７ｗｔ％のものを使用した。また、フッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）には、濃度が５０ｗｔ％〜１００ｗｔ％のものを使用した。また、緩衝溶液は体積比ＨＦ：ＮＨ４Ｆ：Ｈ２Ｏ＝Ｘ：１：１として、Ｘが０．０２〜０．８でそれぞれ１時間のエッチングを行った。室温２０℃で溶液温度を２０℃で一定に保ち、エッチング時間を１時間から６時間まで１時間毎に変化させ検討した。緩衝溶液１．５ｍｌに端面を出した光ファイバー端を液面下１ｍｍで固定して流動パラフィンを１０μｌ滴下してエッチングを行った。これにより、第２の構造物として、直径１０μｍ，高さ３μｍ程度の凸面形状を作製した。この第２の構造物のコアとの相対的な位置ずれはサブμｍ以下であった。また、第２の構造物の物性値としては、屈折率が１．５であり、ヤング率が７．３Ｐａであり、融点が１６００℃であった。
【００４６】
また、図４は実施例１の光モジュールに用いられる面発光レーザを示す図であり、図４の面発光レーザはＧａＩｎＮＡｓ面発光レーザとして構成されている。図４を参照すると、実施例１における面発光型半導体レーザ素子は、３インチの大きさの面方位（１００）のｎ−ＧａＡｓ基板上に，それぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さでｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＧａＡｓとを交互に３５周期積層した周期構造からなるｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（下部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に下部反射鏡ともいう）が形成され、その上に、アンドープ下部ＧａＡｓスペーサ層，４層のＧａＩｎＮＡｓ井戸層と５層のＧａＮＰＡｓ障壁層からなる多重量子井戸活性層，アンドープ上部ＧａＡｓスペーサ層が形成されている。そして、その上に、ｐ−半導体分布ブラッグ反射鏡（上部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に上部反射鏡ともいう）が形成されている。上部反射鏡は、Ｃドープのｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＧａＡｓとをそれぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さで交互に積層した周期構造（例えば、２５周期）から構成されている。なお、上部反射鏡中の活性層に近い位置には、ＡｌＡｓからなる被選択酸化層が例えば３０ｎｍ厚さで設けられている。また、上部反射鏡の最上部のＧａＡｓ層は、電極とコンタクトを取るコンタクト層を兼ねている。
【００４７】
図４の面発光レーザは、ＭＯＣＶＤ法によって作製され、ＭＯＣＶＤ法によるＧａＩｎＮＡｓ活性層の原料には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＭＩ（トリメチルインジウム），ＡｓＨ３（アルシン），そして窒素の原料にはＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用いた。また、キャリアガスにはＨ２を用いた。ＤＭＨｙは低温で分解するので６００℃以下のような低温成長に適しており，特に低温成長の必要な歪みの大きい量子井戸層を成長する場合好ましい原料である。この実施例１のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子の活性層のように歪が大きい場合は、非平衡となる低温成長が好ましい。この実施例１では、ＧａＩｎＮＡｓ層は５４０℃で成長させた。
【００４８】
そして、所定の大きさのメサを少なくともｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させて形成し、側面の現れたＡｌＡｓを水蒸気で側面から酸化してＡｌｘＯｙ電流狭さく部を形成した。そして、次に、ポリイミドでエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｐコンタクト部と光出射部のある上部反射鏡上のポリイミドを除去し、ｐコンタクト層上の光出射部以外にｐ側電極を形成し、また、基板の裏面にｎ側電極を形成した。光出射部の直径は約８μｍ程度とし、電流狭さく部は直径５μｍ程度である。また、出射光の出射面での直径は８μｍ程度、発散角は１０°程度である。
【００４９】
そして、この実施例１では、ポリイミド上部に、出射波長に対して透明である樹脂を塗布する。透明樹脂は、フォトリソエッチングを行ない、第１の構造物となる。樹脂には、屈折率が１．３程度のものを利用し、ヤング率は０．２Ｐａ、融点は２００℃である。これに対し、前述したように、第２の構造物は石英であり、物性値としては、屈折率が１．５、ヤング率が７．３Ｐａ、融点が１６００℃である。第１の構造物は凹面として、第２の構造物を凸面として、これらの数値は、請求項４，請求項６，請求項７を満足している。
【００５０】
より具体的に、第１の構造物は次のように作製される。すなわち、樹脂はスピンコートを利用して、膜厚が約５μｍ程度になるようにプロセスを設計した。樹脂の上にはレジストを５μｍ程度塗布する。レジストはグレースケールマスクを用いて、露光する。グレースケールマスクを利用することで、任意の形状を形成することができる。このとき、先のｐ側電極を作成する際に、アライメントマークは作りこんでおき、このアライメントマークを赤外線顕微鏡で観察しながら、マスク位置を決定する。これにより、パターニングはサブμｍオーダーの位置精度が保たれる。パターニングされたレジストをドライエッチングによって、透明樹脂へ転写する。ドライエッチングの条件は、ガス流量比やエッチング時間，バイアス電圧を制御することで、転写される形状を制御することができる。今回はガスとしてＣ４Ｆ８とＡｒを１：１の割合で入れた。エッチング深さは５μｍ程度とし、レジストの残さはほとんどない状態である。これにより、第１の構造物として凹面形状が形成され、その形状は先の光ファイバーに作成したものとほぼ同じ形状となった。
【００５１】
図５には、図４に示した面発光レーザに光ファイバーを実装した形態が示されている。図５に示すように、第１の構造物（凹面形状）と第２の構造物（凸面形状）とは嵌合しており、これにより、高精度の実装が実現できている。以下に、光ファイバーと面発光レーザとの実装方法をより詳細に述べる。
【００５２】
図６に示すように、光ファイバーは固定治具に固定され、第２構造物（凸面形状）を作りつけた端面を上方に向けるように配置する。固定治具と光ファイバーの平行度は高い精度で一致している。固定治具の表面にはスペーサーとなる粒子が配置されている。このスペーサーには、液晶パネルに用いるような数μｍ径の樹脂を用いた。この時、顕微鏡観察し、光ファイバーのコアの位置を測定し、パソコンに記憶させておく。次に、面発光レーザの裏面を真空吸着のコレットによって保持する。このコレットと面発光レーザの発光位置とをパソコンに記録する。これによって、光学顕微鏡で観察できるレベルの実装精度で、面発光レーザを光ファイバ上に移動させることができる。この状態でμｍオーダーでの精度を実現できている。面発光レーザは裏面をコレットで保持され、表面にある第１の構造物（凹面形状）は、光ファイバーにある第２の構造物（凸面形状）と接触している。次に、コレットの真空吸着を弱め、コレットを下方に力を加える。この時、第１，第２の構造物同士が最も一致する位置へ面発光レーザのチップは移動する。この状態で、面発光レーザ基板を加熱する。加熱する温度は、第１の構造物の表面だけが若干融解する程度とした。これにより、面発光レーザに設けられた第１の構造物である樹脂の最表面だけを溶かことができ、第１の構造物と第２の構造物との間にできた隙間を消滅させることができる。次に、光ファイバーの固定治具と面発光レーザのチップとを固定する。
【実施例２】
【００５３】
図７は本発明の実施例２の光モジュールを示す図である。この実施例２の光モジュールは、複数の光ファイバーと複数の面発光レーザとからなり、それぞれの表面に第１，第２の構造物が設けられ、第１，第２の構造物によって嵌合実装されるようになっている。ここで、第１の構造物は、面発光レーザの発光領域に設けられ、第２の構造物は、光ファイバーの先端のコア領域に設けられており、第１，第２の構造物は嵌合実装可能となっている。この実施例２の特徴は、光ファイバーおよび面発光レーザがアレー状に配列されている点である。
【００５４】
各光ファイバーのコア領域には、実施例１に述べた方法によって、それぞれ、第２の構造物を作成することができる。この光ファイバーを複数束ねるため、各光ファイバーは固定次具によって固定される。固定方法は、弾性に富んだ樹脂によって固定次具と固定し、数μｍ程度であれば、外力によって移動できるようにしている。
【００５５】
また、各面発光レーザの作製方法は実施例１と同様であり、それぞれの発光部を同一表面上に複数並べる。それぞれの発光部の間隔は、上述した光ファイバーの固定次具と同じ間隔にしている。各光ファイバーは固定治具に固定され、第２の構造物を作りつけた端面を上方に向けるように配置する。これ以降は、実装方法は実施例１とほぼ同様である。ただし、各光ファイバーと固定次具は弾性ある樹脂によって固定されているため、嵌合する際にはそれに沿う形で移動する。その後、嵌合した状態で、固定用の樹脂を流し込み光ファイバーと固定次具とを強固に固定する。
【実施例３】
【００５６】
図８は本発明の実施例３の光モジュールを示す図である。この実施例３の光モジュールは、複数のマイクロレンズと、複数の受光素子とからなり、それぞれの表面に第１，第２の構造物が設けられ、第１，第２の構造物によって嵌合実装されるようになっている。ここで、第１の構造物は、受光素子の受光領域に設けられ、第２の構造物はマイクロレンズの中心部に設けれている。
【００５７】
実施例３において、マイクロレンズの作製には石英基板をウェハー状に加工したものを利用する。すなわち、先ず、ウェハーにレジストを塗布し、そのレジストにグレースケールマスクを用いて、レンズ形状を露光する。レジストの膜厚は３０μｍ程度とし、スピンコーターの回転速度をコントロールすることで、均一に制御することができる。このレンズ状に加工されたレジストをマスクにドライエッチングを行う。ドライエッチングではガス流量比やバイアス電力などをコントロールすることで、マイクロレンズの形状をコントロールすることができる。今回はＡｒとＣ４Ｆ８のガスをそれぞれ、１０ｓｃｃｍと１０ｓｃｃｍとしてエッチングした。エッチングレートは０．３μｍ／分程度で、約６０分、１８μｍ程度エッチングした。また、面発光レーザは実施例１に述べた方法と同様にして作製した。実装方法も実施例２に述べた方法と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、光通信に用いる光トランシーバーなどに利用される。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】従来例を示す図である。
【図２】従来例を示す図である。
【図３】本発明の実施例１の光モジュールを示す図である。
【図４】実施例１の光モジュールに用いられる面発光レーザを示す図である。
【図５】図４に示した面発光レーザに光ファイバーを実装した形態を示す図である。
【図６】面発光レーザと光ファイバーとの実装方法を示す図である。
【図７】本発明の実施例２の光モジュールを示す図である。
【図８】本発明の実施例３の光モジュールを示す図である。
【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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