(57)【要約】      （修正有）【課題】実装精度を改善できる簡易な構成の光モジュールを提供する。【解決手段】発光領域側表面に光軸と略平行な凸部１１を有し、その凸部１１の突起上端面に電極部１２を有することで、電極部１２と凸部１１と活性領域とが同一軸上に存在することを特徴とする半導体光素子１０と、光軸に略平行で溝の開口幅が当該底面幅よりも広い凹型溝部３１と、光ファイバ２０が固定される溝部３２とを有することを特徴とする実装基板３０と、を備える光モジュールであって、半導体光素子１０の凸部１１を実装基板３０の凹型溝部３１に勘合することで、凹凸形状を利用した実装位置決めを行う。【選択図】図１
2005164799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の実装基板上で半導体レーザと光ファイバとを対向させて光学結合する光モジュールであって、
前記半導体レーザは、発光領域側の表面に出力光の光軸と略平行な凸部を有し、かつ前記凸部の突起上端面に電極窓部を備え、
前記実装基板は、前記半導体レーザの出力光の光軸に略平行な溝構造で前記光ファイバが実装されるファイバ固定部と、前記半導体レーザの出力光の光軸と略平行な凹型溝部を備え、
前記半導体レーザの凸部と前記実装基板の凹型溝部とを勘合することにより前記半導体レーザと前期光ファイバの光軸位置合わせを行うこと
を特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記半導体レーザの出力光の光軸に垂直な断面において、
前記半導体レーザの凸部の突起上端面の幅がすくなくとも前記半導体レーザの凸部の突起下端面の幅よりも広いこと
を特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記半導体レーザの出力光の光軸に垂直な断面において、
前記実装基板の凹型溝部の開口幅が底面幅及び前記半導体レーザの凸部の突起上端面の幅よりも広く、
前記凹型溝部の溝の深さが、前記凸部の突起の高さよりも深く、
前記凸部の突起の高さと略一致する深さにおける溝幅が前記凸部の突起上端面の幅よりも広いこと
を特徴とする請求項１または請求項２記載の光モジュール。
【請求項４】
前記半導体レーザの凸部及び前記実装基板の凹型溝部は、
異方性エッチングにより形成されること
を特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の光モジュール。
【請求項５】
前記半導体レーザは、
リッジ導波路型構造を有すること
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項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、光通信分野等に用いられる半導体レーザと光ファイバとを同一の実装基板に実装する光モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの爆発的な普及に伴い、ＦＴＴＨ等のアクセス系光伝送システムにおいては、加入者宅に設置される光端末に格段の低コスト化が望まれている。この光端末のコスト要因としては、レーザモジュールやフォトダイオードモジュールなど光モジュールに関連するデバイス及び光学実装コストが大きな割合を占めている。このうち、光学実装については、半導体レーザと光ファイバの光軸合わせにパッシブアライメント法を用い、コスト削減が図られている。
【０００３】
パッシブアライメント法を用いた従来の光モジュールとしては、マーカパターンを利用するものがある。例えば、図６において、光モジュールは、マーカパターン６１１を有する半導体レーザ６１０と、光ファイバ６２０と、光ファイバ６２０を実装するＶ溝６３２とマーカパターン６３１を有する実装基板６３０を備えている。光ファイバ６２０は、フォトリソグラフィと異方性エッチングによって作成されたＶ溝６３２に機械的に位置決め固定されるため、高精度な位置決めが可能である。一方、半導体レーザ６１０は、マーカパターン６１１とマーカパターン６３１とを赤外線透過光を用いて位置合わせを行う。
【０００４】
また、パッシブアライメント法を用いた従来の光モジュールとしては、マーカパターンの変わりに凹凸の勘合を利用するものもある。例えば、図７において、光モジュールは、凸部７１１を有する半導体レーザ７１０と、光ファイバ７２０と、光ファイバ７２０を実装するＶ溝７３２と凹部７３１及び凹部７３２を有する実装基板７３０を備えており、凸部７１１を凹部７３１へ勘合することで半導体レーザの位置合わせを行う。なお、光素子の位置合わせに凹凸の勘合を利用する従来方法としては、例えば、特許文献１に記載された光モジュール等が挙げられる。
【特許文献１】特開２００１−１９４５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体レーザの位置合わせにマーカパターン或いは凹凸の勘合のみを利用する従来の方法では、マーカパターン或いは凹凸の作製位置の製造精度により、マーカパターン或いは凹凸の位置と、半導体レーザの発光領域との相対的距離Ｄ１或いはＤ２に誤差が生じる。その結果、半導体レーザと光ファイバの光軸ずれにばらつきが生じ、光モジュールにおける光の出力効率の歩留りが低下する等の課題を有していた。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、半導体光素子と光ファイバの光軸合わせにパッシブアライメント法を用いる光モジュールにおいて、アライメントマーカ或いは凹凸の勘合を利用する従来方式に比べ、実装精度を改善できる簡易な構成の光モジュールの実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、同一の実装基板上で半導体レーザと光ファイバとを対向させて光学結合する光モジュールであって、半導体レーザは、発光領域側の表面に出力光の光軸と略平行な凸部を有し、かつ前記凸部の突起上端面に電極窓部を備え、実装基板は、半導体レーザの出力光の光軸に略平行な溝構造で光ファイバが実装されるファイバ固定部と、半導体レーザの出力光の光軸と略平行な凹型溝部を備え、半導体レーザの凸部と実装基板の凹型溝部とを勘合することにより半導体レーザと光ファイバの光軸位置合わせを行う。
【０００８】
第２の発明は、前記第１の発明の光モジュールにおいて、半導体レーザの出力光の光軸に垂直な断面における、半導体レーザの凸部の突起上端面の幅がすくなくとも凸部の突起下端面の幅よりも広い。
【０００９】
第３の発明は、前記第１または前記第２の発明の光モジュールにおいて、半導体レーザの出力光の光軸に垂直な断面における、凹型溝部の開口幅が当該底面幅及び半導体レーザの凸部の突起上端面の幅よりも広く、凹溝部の溝の深さが凸部の突起の高さよりも深く、凸部の突起の高さと略一致する深さにおける溝幅が凸部の突起上端面の幅よりも広い。
【００１０】
第４の発明は、前記第１、前記第または前記第３の発明の光モジュールにおいて、半導体レーザの凸部及び実装基板の凹型溝部は、異方性エッチングにより形成される。
【００１１】
第５の発明は、前記第１から第４のいずれかの発明の光モジュールにおいて、半導体レーザは、リッジ導波路型構造を有する。
【発明の効果】
【００１２】
半導体レーザと光ファイバの光軸合わせにパッシブアライメント法を用いる光モジュールにおいて、実装基板上に位置する溝の開口幅が当該底面幅よりも広い凹型溝部へ、半導体レーザに位置する突起上端面に電極窓を有する凸部を勘合し、凸部突起上端面の幅と、当該突起上端が凹型溝へ接する深さでの溝幅との差を利用して位置決めを行うことにより、従来方式に比べ、凸部作製時のマスク精度に関わらず、簡易な構成で実装精度を改善できる光モジュールを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における光モジュールの斜視模式図、図２は、半導体レーザの出力光の光軸に垂直な面での断面模式図である。
【００１４】
図１において、１０は半導体レーザ、２０は光ファイバ、３０は半導体レーザ１０と光ファイバ２０とが実装される実装基板、１１は半導体レーザ１０の発光領域側の表面に位置し半導体レーザ１０の出力光の光軸と長手方向が略平行な凸部、１２は凸部１１の突起上端面に位置する電極窓部、３１は半導体レーザ１０の出力光の光軸と溝の長手方向が略平行な凹型溝部、３２は光ファイバが実装されるファイバ固定部である。半導体レーザ１０は、凸部１１を凹型溝部３１へ勘合することにより実装基板３０へ実装される。
【００１５】
以下、図２を用いて、本発明の実施の形態１における光モジュールの動作を説明する。図２において、１３は半導体レーザ１０の活性層、１４は活性層１３の一部で光を出力する発光領域である。半導体レーザ１０の電極窓部１２を介して印加されたバイアス電流は、電極窓部１２から凸部１１、凸部１１から活性層１３へ注入される。ここで、活性層１３の全てが発光する訳ではなく、活性層１３においてバイアス電流が注入された領域のみが発光するため、発光領域１４は、電極窓部１２の直上に位置することになる。この注入電流により発光領域１４から凸部１１と略平行な光が出射される。この出射光は、ファイバ固定部３２へ実装された光ファイバ２０へ入射される。
【００１６】
このように本構成によれば、凸部１１の突起上端面に電極窓部１２が位置するため、凸部１１の作製位置の誤差に関わらず、凸部１１の直上の領域が発光領域１４となり、位置合わせに用いる凸部１１と発光領域１４とが略同一軸上に位置する。
【００１７】
従って、位置決めに用いる凸部の位置と半導体レーザの発光領域との相対距離の作製誤差を抑圧することができ、半導体レーザと光ファイバの光軸ずれのばらつきを抑え、ひいては歩留りの向上を実現できるという効果が得られる。
【００１８】
なお、ファイバ固定部３２は、実装基板３０上にフォトリソグラフィ法等により描画されたパターンをマスクとし、異方性エッチングにより形成されたＶ溝構造であり、その溝の深さは、溝の幅に応じて高精度に決定される。なお、ファイバ固定部３２と凹型溝部３１とは、例えばフォトリソグラフィ法等を用い同時にそれぞれのマスクを作製し、そのマスクを用いてエッチングを行うと、凹型溝部３１とファイバ固定部３２との位置ずれを抑えることができる。
【００１９】
なお、光ファイバ２０は、ファイバ固定部３２に置かれ樹脂等で固定されてもよい。
【００２０】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における光モジュールの半導体レーザ出力光の光軸に垂直な面での断面模式図である。
【００２１】
図３において、１０は半導体レーザ、１２は電極窓部、１３は活性層、１４は発光領域、１５は凸部、３０は実装基板、３１は凹型溝部である。なお、実施の形態１と同様にして、実装基板３０上に半導体レーザ１０と光ファイバ２０が実装されているため、ここでは各動作説明の記載を省略する。
【００２２】
ここで、実施の形態２では、凸部１５の形状が実施の形態１とは異なり、凸部１５の突起上端面の幅Ｗ１が、凸部１５の突起下端面の幅Ｗ０よりも広くなるように形成されている。そのため、実施の形態２では、実施の形態１に記載した効果に加え、活性層１３へ注入される電流が突起下端面の幅Ｗ０で狭窄されバイアス電流を低減する効果と、その狭窄されたバイアス電流により発光領域１４が狭窄され、半導体レーザ１０の垂直横モードの安定性が向上するという効果とが得られる。
【００２３】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３における光モジュールの半導体レーザ出力光の光軸に垂直な面での断面模式図である。なお、実施の形態１及び実施の形態２と同様にして、実装基板上に半導体レーザと光ファイバが実装されているため、ここでは各動作説明の記載を省略する。
【００２４】
図４において、１０は半導体レーザ、１２は電極窓部、１３は活性層、１４は発光領域、１５は凸部、３０は実装基板、３３は凹型溝部である。
【００２５】
ここで、実施の形態２とは、凹型溝部３３の形状が異なり、凹型溝部３３の側面は、凹型溝部３３の開口幅Ｗ３が凹型溝部３３の底面幅Ｗ２よりも広くなるように傾斜しており、凹型溝部３３の開口幅Ｗ３は、凸部１５の突起上端面の幅Ｗ１よりも広く、かつ、凹型溝部３３の溝の深さは、凸部１５の突起の高さＨ１よりも深く、凸部１５の高さＨ１と略一致する深さでの溝幅Ｗ２が、凸部１５の突起上端面の幅Ｗ１よりも広くなるように、凹型溝部３３が形成されている。そのため、実施の形態３では、実施の形態１及び実施の形態２で記載した効果に加え、凹型溝部３３の開口幅Ｗ３が凸部１５の突起上端面の幅Ｗ１よりも広いことにより、凸部１５を凹型溝部３３に勘合する際の実装精度を緩和する効果と、半導体レーザ１０と実装基板３０とのＸ軸方向の位置決め誤差を±（Ｗ２−Ｗ１）／２以内に抑える効果が得られる。
【００２６】
なお、アライメントマーカのみを用いる従来方式では、高精度な実装装置（実装精度±１μｍ）が必要となるが、例えばフォトリソグラフィ法を用いてＷ１、Ｗ２を加工すると、サブミクロンメートルの精度が実現できるため、高精度な実装装置を用いなくても従来方式と同等以上の実装精度を実現することができる。
【００２７】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態１、実施の形態２及び実施の形態３における光モジュールの半導体レーザ１０の製造工程を示す断面模式図である。図５の（ａ）に示すように、まず、ＭＯ−ＣＶＤ法等により、半導体基板１００上に下クラッド層１１０、活性層１２０、上クラッド層１３０、エッチストップ層１４０、上クラッド層１５０を結晶成長させる。次いで、上クラッド層１５０上に熱ＣＶＤ法等でＳｉＯ２層を形成し、フォトリソグラフィ法等により凸部上端面パターンをＳｉＯ２上に描画し、エッチングにより前記ＳｉＯ２層上にパターン転写を行い、ＳｉＯ２マスク１６０を作製する。次いで、ＳｉＯ２マスク１６０をマスクとして、エッチングにより、図５の（ｂ）に示すような凸部１７０を作製する。なお、エッチング溶液としては、エッチストップ層１４０はエッチングせず上クラッド層１５０のみをエッチングする水溶液を利用してウエットエッチングを行う。例えば、クラッド層がＩｎＰ、エッチストップ層がＩｎＧａＡｓＰからなる場合、臭化水素と燐酸との混合水溶液等によるウエットエッチングを行うとよい。次いで、凸部１７０側の表面にＳｉＯ２等の絶縁膜層を形成し、フォトリソグラフィ法等により電極窓パターンを凸部上端面の絶縁膜層上に描画し、エッチングによりパターン転写を行い、電極窓部１９０を作製する。なお、電極窓部１９０を含む面に電極部を作製し、電極窓部１９０を介して活性層１２０へ電流注入を行う。なお、上記製造工程は、リッジ導波路型半導体レーザの製造工程の一例であり、上記以外の製造工程を用いても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明にかかる光モジュールは、高精度な実装装置を用いなくても従来方式と同等以上の実装精度を実現することができるという効果を有し、光通信に用いられる光送信器等の光源などとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態１における光モジュールの斜視模式図
【図２】本発明の実施の形態１における光モジュールの出力光光軸に垂直な面での断面模式図
【図３】本発明の実施の形態２における光モジュールの出力光光軸に垂直な面での断面模式図
【図４】本発明の実施の形態３における光モジュールの出力光光軸に垂直な面での断面模式図
【図５】本発明の実施の形態１における光モジュールの半導体レーザの製造工程を示す断面模式図
【図６】マーカパターンを利用した従来の光モジュールの斜視模式図
【図７】凹凸の勘合を利用した従来の光モジュールの斜視模式図
【符号の説明】
【００３０】
１０    半導体レーザ
１１，１５    凸部
１２    電極窓部
２０    光ファイバ
３０    実装基板
３１，３３    凹型溝部
３２    ファイバ固定部
【図１】
2005164799.tif 000003
【図２】
2005164799.tif 000004
【図３】
2005164799.tif 000005
【図４】
2005164799.tif 000006
【図５】
2005164799.tif 000007
【図６】
2005164799.tif 000008
【図７】
2005164799.tif 000009