(57)【要約】【課題】  取り扱い易く、安価で高性能な光モジュールを提供する。【解決手段】  多層ベース基板５１上に単結晶シリコンよりなる基台４１が搭載され、その基台４１に上下両面から異方性エッチングにより貫通形成された穴４２の上半部の傾斜壁面４２ａに光学フィルタ４４が立設される。穴４２の下半部に位置するように多層ベース基板５１上に受光素子５６が搭載される。基台４１の上面に配置された光ガイド（光ファイバ６２）から出射された受信光６３は光学フィルタ４４によって反射されて受光素子５６に入射し、基台４１の上面に搭載された発光素子４６から出射された送信光６４は光学フィルタ４４を透過して光ガイドに入射する。多層ベース基板５１の上面に凹部６１を形成し、その凹部６１内に受光素子５６の出力信号を処理する信号処理回路５９を実装して収納する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層ベース基板上に単結晶シリコンよりなる基台が搭載され、その基台に上下両面から異方性エッチングにより貫通形成された穴の上半部側の傾斜壁面に光学フィルタが立設され、上記穴の下半部に位置するように上記多層ベース基板上に受光素子が搭載され、上記基台の上面に配置された光ガイドから出射された受信光が上記光学フィルタによって反射されて上記受光素子に入射され、上記基台の上面に搭載された発光素子から出射された送信光が上記光学フィルタを透過して上記光ガイドに入射される構造とされた光モジュールであって、
上記多層ベース基板の上面に凹部が形成され、
その凹部内に、上記受光素子の出力信号を処理する信号処理回路が収納されて実装され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、
上記基台に上下両面から異方性エッチングにより貫通形成されたモニタ用穴の上半部側の傾斜壁面にミラーが立設され、
上記モニタ用穴の下半部に位置するように上記多層ベース基板上にモニタ用受光素子が搭載され、
上記発光素子からのモニタ光が上記ミラーによって反射されて上記モニタ用受光素子に入射される構造とされていることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は受光素子と発光素子を備え、双方向光通信において使用される光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ通信網の拡大に伴い、１本の光ファイバを用いて双方向に光信号を伝送する通信システムの導入が進んできている。図２はこのような双方向光通信に用いる光モジュールの従来構成例として、特許文献１に記載されている構成を示したものであり、この例では第１基板を用いて構成された上部構造物と、第２基板を用いて構成された下部構造物とが貼り合わされたものとなっている。
シリコンよりなる第１基板１１の上面の一端側には段部１２が形成され、この段部１２に光ファイバ位置決め固定用のＶ溝１３が形成されている。一方、上面の他端側にも段部１４が形成され、この段部１４にＬＤ（レーザダイオード）１５が搭載されている。図２Ａ中、１６はＬＤ１５用の電極パターンを示し、１７はボンディングワイヤを示す。
【０００３】
第１基板１１の上面の両段部１２，１４間には直線状光ガイド１８が形成され、この光ガイド１８の中間に斜め溝１９が形成され、その下方に縦穴２１が形成されている。斜め溝１９にはフィルタ２２が挿入固定されている。
第２基板２３には第１基板１１の縦穴２１と対応する縦穴２４が形成されており、下面には電極パターン２５，２６が形成されている。縦穴２４の周りに位置する電極パターン２５にはＰＤ（フォトダイオード）２７が実装され、ＰＤ２７は縦穴２４の直下に位置されている。このＰＤ２７は裏面入射型とされている。
【０００４】
第２基板２３の下面のＰＤ２７の近くにはアンプ２８が搭載され、アンプ２８とＰＤ２７の電極２７ａ及び電極パターン２６とがそれぞれボンディングワイヤ２９によって接続されている。
第１基板１１と第２基板２３との貼り合わせはそれらの対向面にそれぞれ形成されたメタライズ層を熱圧着によって接合することによって行われる。図２Ｂ中、３１は接合されたメタライズ層を示す。
上記のような構成とされた光モジュールのＶ溝１３に光ファイバ３２の先端が固定され、光ファイバ３２を伝搬してきた受信光３３は光ガイド１８に入り、フィルタ２２によって下方に反射されて縦穴２１，２４を通り、ＰＤ２７に入射する。一方、ＬＤ１５から出射された送信光３４は光ガイド１８に入り、フィルタ２２を透過し、光ガイド１８を通り抜けて光ファイバ３２に入射されるものとなっている。
【特許文献１】特許第３２７７８７６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような構成とされた光モジュールは第１基板１１側に構成される上部構造物（送信部）と第２基板２３側に構成される下部構造物（受信部）とが最後に接合一体化されて製作されるものとなっており、送信部と受信部とを別々に製作し、また検査できるものとなっている。
しかしながら、この光モジュールでは図２Ｂに示したように一体化された完成状態で基板の両面に部品が搭載された状態となり、よってこの光モジュールを設置固定する際の取り扱いが面倒になり、例えば筐体等の平坦な設置面に設置する場合にはＰＤ２７やアンプ２８が位置する空間を確保すべく、スペーサ等の部品が必要になる。
【０００６】
また、裏面入射型のＰＤ２７を用いるものであるので、その分、高価となり、また取り扱いが難しいものとなっていた。加えて、例えばＬＤ１５は第１基板１１に形成された段部１４に搭載されることから、ＬＤ１５と光ガイド１８との位置精度、特に高さ方向の位置精度は段部１４の加工精度に依存し、よって高い位置精度（調芯精度）を得にくいといった問題もあった。
この発明の目的はこれら問題に鑑み、取り扱いが容易で、かつ安価で高性能な光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によれば、多層ベース基板上に単結晶シリコンよりなる基台が搭載され、その基台に上下両面から異方性エッチングにより貫通形成された穴の上半部側の傾斜壁面に光学フィルタが立設され、上記穴の下半部に位置するように多層ベース基板上に受光素子が搭載され、基台の上面に配置された光ガイドから出射された受信光が光学フィルタによって反射されて受光素子に入射され、基台の上面に搭載された発光素子から出射された送信光が光学フィルタを透過して光ガイドに入射される構造とされた光モジュールにおいて、多層ベース基板の上面に凹部が形成され、その凹部内に受光素子の出力信号を処理する信号処理回路が収納されて実装されているものとされる。
【０００８】
請求項２の発明では請求項１の発明において、基台に上下両面から異方性エッチングにより貫通形成されたモニタ用穴の上半部側の傾斜壁面にミラーが立設され、モニタ用穴の下半部に位置するように多層ベース基板上にモニタ用受光素子が搭載され、発光素子からのモニタ光がミラーによって反射されてモニタ用受光素子に入射される構造とされる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、多層ベース基板の下面には部品が実装されず、つまり片面実装構造となるため、取り扱い易く、例えば光モジュールを設置する際に、その設置作業を簡易に行えるものとなる。また、受光素子には表面入射型のＰＤを用いることができ、その点で安価に構成することができ、取り扱いも容易となる。
さらに、信号処理回路を受光素子に対して近接配置することができるため、高周波特性に優れ、高性能な光モジュールを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明の一実施例を示したものである。矩形板状をなす基台４１は単結晶シリコンよりなるものとされ、この例では２つの穴４２，４３を具備するものとなっている。これら穴４２，４３は基台４１の上下両面から単結晶シリコンを異方性エッチングすることによって貫通形成され、図１Ｂに示したように基台４１の厚さ方向において穴４２，４３の上半部は上方に向って広がり、下半部は下方に向って広がった断面形状とされ、即ち穴４２，４３の内壁面は傾斜面によって構成されている。
【００１１】
一方の穴４２の上半部の傾斜壁面４２ａには光学フィルタ４４がその傾斜壁面４２ａに対して垂直方向に立てられて配置され、同様に他方の穴４３の上半部の傾斜壁面４３ａにはミラー４５がその傾斜壁面４３ａに対して垂直方向に立てられて配置されている。
光学フィルタ４４は波長選択性を有し、異なる波長の光を分離するものであり、例えばガラス製の基板上に誘電体多層膜が形成された構成とされる。この例では光学フィルタ４４は波長λ１の光を透過し、波長λ２の光は反射するものとなっている。ミラー４５は全反射ミラーとされ、基板は光学フィルタ４４と同様、例えばガラス製とされ、その基板に反射膜が形成されたものとされる。これら光学フィルタ４４及びミラー４５はその板面が互いに平行とされている。光学フィルタ４４及びミラー４５の傾斜壁面４２ａ及び４３ａへの取り付けは例えば接着とされる。
【００１２】
基台４１の上面４１ａの、穴４２と４３との間の領域には発光素子４６が搭載され、発光素子４６の光軸は基台４１の長手方向とされ、この光軸上に光学フィルタ４４及びミラー４５が位置されている。発光素子４６はＬＤ（レーザダイオード）とされる。なお、図１中、４７は発光素子４６の電気的接続用の配線パターンを示し、４８はボンディングワイヤを示す。配線パターン４７は基台４１の表面のシリコン酸化膜（特に図示せず）上に形成されている。
上記のように光学フィルタ４４、ミラー４５及び発光素子４６が設置された基台４１は、多層ベース基板５１上に搭載される。多層ベース基板５１はこの例ではそれぞれ上面に銅箔層（図示せず）を有する２つの絶縁層５２，５３とそれらを貼り合わせる接着層５４とよりなる。多層ベース基板５１に対する基台４１の固定は接着により行われる。図１Ｂ中、５５はその接着層を示す。
【００１３】
多層ベース基板５１の上面５１ａには受光素子５６と発光素子４６の光量をモニタするモニタ用受光素子５７と発光素子４６を駆動制御する駆動制御回路５８とが搭載されており、発光素子５６及びモニタ用受光素子５７はそれぞれ基台４１の穴４２及び４３の下半部の空間に位置され、つまり穴４２及び４３内にそれぞれ収容されている。これら受光素子５６及びモニタ用受光素子５７は共に表面入射型のＰＤ（フォトダイオード）とされる。駆動制御回路５８はこの例では多層ベース基板５１の基台４１からはみ出た一端部に搭載されている。
【００１４】
一方、受光素子５６の出力信号を増幅し、処理する信号処理回路５９は図１Ｂに示したように多層ベース基板５１の上面５１ａに形成された凹部６１内に収納されて実装されている。凹部６１は上側の絶縁層５２及び接着層５４が除去された構造とされ、受光素子５６に近接して設けられている。なお、多層ベース基板５１に設けられている配線パターン（銅箔層）の図示は省略しているが、受光素子５６、モニタ用受光素子５７及び駆動制御回路５８は上側の絶縁層５２上の配線パターンに接続され、信号処理回路５９は下側の絶縁層５３上の配線パターンに接続されている。４８は接続用のボンディングワイヤを示す。
【００１５】
受光素子５６が接続されている上層の配線パターンと信号処理回路５９が接続されている下層の配線パターンとの接続はスルーホール等、通常の多層基板に用いられる方法を用いて行われる。また、基台４１の上面４１ａに設けられている発光素子４６用の配線パターン４７は基台４１の上面４１ａから側面を通って下面にまで延長されており、多層ベース基板５１上の対応する配線パターンと導電性接着剤を介して接続されている。
なお、駆動制御回路５８はこの例では多層ベース基板５１の上面５１ａに搭載されているが、例えば多層ベース基板５１に凹部６１と同様の凹部または段部を設けて下側の絶縁層５３上に搭載するようにしてもよい。また、この例のように独立の駆動制御回路５８を設けることなく、１つの集積回路が駆動制御回路と信号処理回路とを有するものとして、その集積回路を信号処理回路５９に替えて凹部６１に実装するようにしてもよい。
【００１６】
基台４１の上面４１ａにはこの例では光ファイバ６２が図１に示したように配置固定され、光ファイバ６２を伝搬してきた波長λ２の受信光６３は光ファイバ６２の端面から出射し、光学フィルタ４４によって下方に反射されて受光素子５６に入射する。一方、発光素子４６から出射された波長λ１の送信光６４は光学フィルタ４４を透過して光ファイバ６２に入射される。また、発光素子４６の反対面から出射されるモニタ光６５はミラー４５によって下方に反射されてモニタ用受光素子５７に入射する。発光素子４６の光量はこのモニタ用受光素子５７の出力信号をもとに制御され、安定化される。
【００１７】
なお、光ガイドとしてこの例では光ファイバ６２が用いられ、基台４１上に配置固定されているが、光ガイドに光導波路を用いる構成としてもよく、この場合は基台４１上に光導波路が形成される。
上記のような構成とされた光モジュールによれば、全体として片面に部品が搭載された構成となっており、つまり多層ベース基板５１の下面には部品が実装されず、単なる平面となっているため、取り扱い易く、例えばこの光モジュールを筐体等の設置面に設置する作業も簡易に行うことができ、従来のようなスペーサ等の部品も不要となる。
【００１８】
また、受光素子５６及びモニタ用受光素子５７には共に表面入射型のＰＤを用いることができ、その点で安価に構成することができ、取り扱いも容易となる。
さらに、発光素子４６は単結晶シリコンよりなる基台４１の上面４１ａに搭載され、つまり未加工表面に搭載されることから、高さ方向において高い位置精度が得られ、その点で同様に基台４１の上面４１ａに搭載される光ファイバ６２との高さ方向における高い調芯精度を得やすいものとなっている。なお、上面４１ａの面内方向の、つまり水平方向の調芯は上から見えるため、その調芯作業を行い易いものとなっている。
【００１９】
加えて、受光素子５６に対し、信号処理回路５９を近接配置することができるので、高周性特性に優れ、高性能な光モジュールを実現することができる。なお、この例のように凹部６１内に信号処理回路５９を実装するのではなく、多層ベース基板５１の上面５１ａに受光素子５６と近接させて実装しようとすると、例えば穴４２を信号処理回路５９の大きさに対応した大きな穴としなければならず、穴４２が過大となって小さな光モジュールとなり得ないものとなる。
なお、基台４１の穴４２，４３から下方が見えるため、多層ベース基板５１上に基台４１を搭載固定する際に、例えば受光素子５６、モニタ用受光素子５７の位置を目視で上方から確認することができ、その点で組み立て作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明による光モジュールの一実施例を示す図、Ａは平面図、Ｂは断面図。
【図２】従来の光モジュールを示す図、Ａは平面図、Ｂは断面図、Ｃは底面図。
【図１】
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【図２】
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