(57)【要約】光デバイス（１００Ａ）は、オプティカルヘッド（１０）と、該オプティカルヘッド（１０）が収容され、かつ、外部に導出されるピン（７４）を有するパッケージ（７２）とを具備する。ガラス基板（１２）におけるＶ溝（１４）が形成された面とは反対側の面がパッケージ（７２）の台座（７５）に固着され、ＰＤアレイ（２８）とパッケージ（７２）のピン（７４）とが、サブマウント（３０）の実装面（３０ａ）に形成されたＡｕ電極パターン（６４）と、スルーホール（６６）と、サブマウント（３０）の上面に形成された電極パッド（６５）とワイヤ（７６）とを介して電気的に接続される。
2004068592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプティカルヘッド（１０）と、
前記オプティカルヘッド（１０）が収容され、かつ、外部に導出されるピン（７４）を有するパッケージ（７２）とを有し、
前記オプティカルヘッド（１０）は、
Ｖ溝（１４）が形成された第１の基板（１２）と、
前記第１の基板（１２）の前記Ｖ溝（１４）に固定され、かつ、反射機能が設けられた１以上の光ファイバ（１５）と、
前記光ファイバ（１５）のクラッド外のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光（２４）の光路上に接着層（６０）を介して固着された光素子（２８）と、
前記光素子（２８）を実装するための第２の基板（３０）とを有し、
前記第２の基板（３０）は、前記光素子（２８）の実装面（３０ａ）が、前記第１の基板（１２）に対向させて設置され、
前記光素子（２８）と前記パッケージ（７２）のピン（７４）とが、前記第２の基板（３０）に形成された導体パターンを介して電気的に接続されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記パッケージ（７２）は前記オプティカルヘッド（１０）が実装される台座（７５）を有し、
前記台座（７５）に前記ピン（７４）が設けられ、
前記第１の基板（１２）における前記Ｖ溝（１４）が形成された面とは反対側の面が前記台座（７５）に固定され、
前記光素子（２８）と前記ピン（７４）とが、前記第２の基板（３０）に形成された導体パターンを介して電気的に接続されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項３】
請求項２記載の光デバイスにおいて、
前記第２の基板（３０）に形成された前記導体パターンは、前記実装面（３０ａ）とは反対の面まで導出され、
その導出された導体パターンと前記ピン（７４）とがワイヤ（７６）を介して電気的に接続されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項４】
請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記パッケージ（７２）は前記オプティカルヘッド（１０）が実装される台座（７５）を有し、
前記台座（７５）に前記ピン（７４）が設けられ、
前記第２の基板（３０）における前記実装面（３０ａ）とは反対の面が前記台座（７５）に固定され、
前記光素子（２８）と前記ピン（７４）とが、前記第２の基板（３０）に形成された導体パターンを介して電気的に接続されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項５】
請求項４記載の光デバイスにおいて、
前記第２の基板（３０）に前記実装面（３０ａ）に前記導体パターンが形成され、
前記導体パターンと前記ピン（７４）とがワイヤ（７６）を介して電気的に接続されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項６】
請求項４記載の光デバイスにおいて、
前記第２の基板（３０）に形成された前記導体パターンは、前記実装面（３０ａ）とは反対の面まで導出され、
その導出された導体パターンと前記ピン（７４）とが直接電気的に接続されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項７】
請求項１記載の光デバイスにおいて、
前記第２の基板（３０）が前記パッケージ（７２）の台座（７５）として兼用されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項８】
請求項７記載の光デバイスにおいて、
前記第２の基板（３０）に前記ピン（７４）が設けられ、
前記第２の基板（３０）の前記実装面（３０ａ）に形成された前記導体パターンと前記ピン（７４）とが直接電気的に接続されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項９】
オプティカルヘッド（１０）と、
前記オプティカルヘッド（１０）が収容され、かつ、外部リード（９２）が形成されたパッケージ（７２）とを有し、
前記オプティカルヘッド（１０）は、
Ｖ溝（１４）が形成された第１の基板（１２）と、
前記第１の基板（１２）の前記Ｖ溝（１４）に固定され、かつ、反射機能が設けられた１以上の光ファイバ（１５）と、
前記光ファイバ（１５）のクラッド外のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光（２４）の光路上に接着層（６０）を介して固着された光素子（２８）と、
前記光素子（２８）を実装するための第２の基板（３０）とを有し、
前記第２の基板（３０）は、前記光素子（２８）の実装面（３０ａ）が、前記第１の基板（１２）に対向させて設置されると共に、前記パッケージ（７２）の台座（７５）として兼用され、
前記光素子（２８）と前記パッケージ（７２）の前記外部リード（７４）とが、前記第２の基板（３０）に形成された導体パターン（６４）及び前記第２の基板（３０）に形成されたビアホール（９４）を介して電気的に接続されていることを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、１つ以上の光ファイバを有する光ファイバアレイを具備した光デバイスに関し、特に、光ファイバを伝搬する信号光を途中でモニタする場合に好適な光デバイスに関する。
【背景技術】  近時、ファイバアンプを用いた波長多重通信の発達に伴い、アンプ特性確保のため、各波長の光量をフォトダイオード（ＰＤ）でモニタし、光量を調整した上でアンプにて増幅させるという方式が採られるようになってきている。
このモニタには各種方法が知られているが、各光ファイバにモニタデバイスを搭載するため、モニタデバイスだけでかなりの大きさを必要としている。
そのため、モニタデバイスの小型化、高密度化が望まれている。また、モニタする際に、信号光の一部を取り出して行うようにしているが、信号光を大きく減衰させることなくモニタリングできるものが望まれている。
従来では、例えば特開２００１−２６４５９４号公報に示すような技術が提案されている。この技術は、ガラス基板のＶ溝内に光ファイバを配置し、その後、ガラス基板に対して光ファイバを（その光軸に対して）斜めに横切るように平行溝を形成する。そして、前記平行溝内に光反射基体（光学部材）を挿入し、その隙間に紫外線硬化樹脂（接着剤）を充填するようにしている。
これにより、光ファイバを伝搬する信号光のうち、光反射基体で反射した光成分（反射光）がクラッド外に取り出されることになる。従って、この反射光を例えば受光素子にて検知することで、信号光のモニタが可能となる。
ところで、光ファイバ上にＰＤを配置する場合、そのほとんどは単心であり、金属製のパッケージタイプのＰＤを配置する場合が多かった（例えば特開平１０−３００９３６号公報、特開平１１−１３３２５５号公報、国際公開第９７／０６４５８号パンフレット参照）。これは単心なので空間的制約が少ないことと、金属製のパッケージタイプのＰＤは市場に多く出回っており、価格・信頼性等での実績が大きいことによる。
一方、多心の場合は、金属製のパッケージタイプのＰＤを用いることは難しい。特に、光ファイバの配列ピッチが２５０μｍ等のように高密度な実装を要求される場合は、複数のベア（裸）のフォトダイオードが配列されたフォトダイオードアレイ（ＰＤアレイ）を設置する必要がある。
そして、ＰＤアレイからの電気信号を外部に導出するためには、一般に、複数のピンが設けられたパッケージを通じて行うようにしている。
主な従来例としては、光ファイバアレイが固定されたＶ溝基板の上面、あるいはＶ溝基板に光学的に結合される光導波路の上面に電極を設け、該電極を介してパッケージ等との配線接続をとる方式がある（例えば特開平７−１０４１４６号公報、特開平２−１５２０３号公報、国際公開第９７／０６４５８号パンフレット、特開平７−１５９６５８号公報参照）。
両者共通の問題としては、そもそもＶ溝基板の上面、あるいは光導波路の上面に電極が形成されていることから、ＰＤアレイとの配線接続（ワイヤボンディング等）やＰＤアレイの実装形態等に制約が発生する。
また、パッケージ等への配線接続、例えばパッケージのピンとワイヤボンディングを行うことを考えると、ワイヤはあまり長く形成できないので、Ｖ溝基板の上面、あるいは光導波路の上面の配線をピンの近傍まで近づける必要がある。これは、Ｖ溝基板、あるいは光導波路そのものをピンの近傍まで近づけることを意味し、この場合、Ｖ溝基板、あるいは光導波路の幅を不要に大きくすることになる。その結果、コスト増を招くことになる。
しかも、Ｖ溝基板、あるいは光導波路に対して相対位置を合わせて電極を形成する必要があり、これも手間の要する作業である。
更に、Ｖ溝基板においてはＶ溝を形成した後に電極を設け、光導波路においては完成した光導波路基板に電極を設けるため、電極形成に不良が発生した場合、作製したＶ溝基板及び光導波路基板も不良となり、歩留まりの低下につながる。
Ｖ溝基板、特に、ガラス製のＶ溝基板固有の問題としては、Ｖ溝基板の表面は研削が施されている場合が多く、表面が鏡面状態にないことである。このような場合、粗面に高密度な配線を設けることになるので、特性や信頼性の面で好ましくないといえる。Ｖ溝を形成するに先立って基板の表面を研削する理由は、Ｖ溝形成用の研削機と前記基板の加工表面の平行を確保するためであり、一度、前記基板の表面を平面研削盤等で研削してからＶ溝加工を行うようにしている。
また、従来例において、Ｖ溝基板、あるいは光導波路等の表面に電極を設ける以外の方法として、ＰＤアレイそのものを光ファイバ上に配置する例は多く開示されているが（例えば国際公開第９７／０６４５８号パンフレット、特開昭６３−１９１１１１号公報、特開２０００−２４９８７４号公報、特開平３−１０３８０４号公報参照）、そのほとんどはＰＤアレイ設置以降の配線接続についての開示はない。この場合、パッケージ等への配線接続としては、ＰＤアレイと光ファイバアレイとの間に別の配線基板を配置して、この別の配線基板を介して行うか、ＰＤアレイから直接ワイヤボンディング等を実施することが考えられる。
前記別の配線基板を介して配線接続する場合、ＰＤアレイの設置後に別の配線基板を新たに設置（位置合わせ・接着固定）し、配線を施すという手間が生じる。一方、ＰＤアレイから直接配線する場合は、必要なワイヤ長がかなり長くなり、信頼性に乏しい上、複雑な配線を高密度で配列されたＰＤアレイから直接行うことになるので、非常に困難といえる。
更に、そもそもＰＤアレイの位置合わせを行う際、その出力電流を確認しながら調心を行うのが一般的であるが、上述した両者の方法とも、その段階ではＰＤアレイに直接プローブを当てることになるので、これも非常に困難な作業となる。
ＰＤアレイに対する配線接続まで開示された例としては、例えば特開２００２−１８２０５１号公報に記載された技術が挙げられる。この場合、サブマウント上にＰＤアレイが設置されてはいるが、ＰＤアレイの一部をサブマウントに設置し、他の一部（活性層部分）を反射光の光路上に位置決めし、接着剤を介在するようにしている。つまり、ＰＤアレイの活性層部分に至る光路上に障害となるものがあるとモニタとして機能しないことから、活性層以外の部分をサブマウントに設置するようにしている。
しかし、この構成では、接着剤の硬化収縮や熱膨張変動によって応力が発生した場合に、ＰＤアレイそのものに応力（モーメント）支点が存在することから、ＰＤアレイに歪み応力が加わる。ＰＤアレイに応力が加わると、暗電流の増加等、特性に悪影響を与えることとなり好ましくないといえる。
また、サブマウントは、ＰＤアレイが設置され、かつ、その表面に配線が形成されることから、サブマウントに反り等があると導通が確実でなくなったり、暗電流が発生する等、種々の問題が発生する。このため、サブマウントの厚みとして０．５ｍｍ以上は必要となる。つまり、従来の構成では、光ファイバアレイとＰＤアレイ間の距離を０．５ｍｍ未満にすることができず、反射光の損失並びにクロストークが発生するおそれがある。また、小型化並びにモニタ性能の向上に限界が生じることになる。
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、光ファイバのクラッド面に受光素子の受光面を近接させることが可能となり、受光感度の向上、クロストークの低減を有効に図ることができると共に、パッケージを含めた構成の小型化を有効に図ることができる光デバイスを提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、ワイヤボンディング工程の省略化を図ることができ、製造工程の簡略化、製造コストの低廉化を図ることができる光デバイスを提供することにある。
【発明の開示】
本発明に係る光デバイスは、オプティカルヘッドと、前記オプティカルヘッドが収容され、かつ、外部に導出されるピンを有するパッケージとを有し、前記オプティカルヘッドは、Ｖ溝が形成された第１の基板と、前記第１の基板の前記Ｖ溝に固定され、かつ、反射機能が設けられた１以上の光ファイバと、前記光ファイバのクラッド外のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層を介して固着された光素子と、前記光素子を実装するための第２の基板とを有し、前記第２の基板は、前記光素子の実装面が、前記第１の基板に対向させて設置され、前記光素子と前記パッケージのピンとが、前記第２の基板に形成された導体パターンを介して電気的に接続されていることを特徴とする。
これにより、第１の基板上に第２の基板を設置する際に、前記光素子を光ファイバに向けて設置することができ、光ファイバのクラッド面に光素子を近接させることが可能となり、受光感度の向上、クロストークの低減を有効に図ることができる。
また、上述のように、光ファイバのクラッド面に光素子を近接させることが可能であることから、オプティカルヘッド自体の小型化を図ることができると共に、パッケージを含めた光デバイス自体の小型化を図ることができる。
そして、前記構成において、前記パッケージは前記オプティカルヘッドが実装される台座を有し、前記台座に前記ピンが設けられ、前記第１の基板における前記Ｖ溝が形成された面とは反対側の面が前記台座に固定され、前記光素子と前記ピンとが、前記第２の基板に形成された導体パターンを介して電気的に接続されていてもよい。
この場合、前記第２の基板に形成された前記導体パターンを、前記実装面とは反対の面まで導出し、その導出された導体パターンと前記ピンとをワイヤを介して電気的に接続することが好ましい。
また、前記構成において、前記パッケージは前記オプティカルヘッドが実装される台座を有し、前記台座に前記ピンが設けられ、前記第２の基板における前記実装面とは反対の面が前記台座に固定され、前記光素子と前記ピンとが、前記第２の基板に形成された導体パターンを介して電気的に接続されていてもよい。
この場合、前記第２の基板に前記実装面に前記導体パターンを形成し、前記導体パターンと前記ピンとをワイヤを介して電気的に接続するようにしてもよい。これにより、ワイヤの長さを短縮することができるため、ワイヤボンディング工程の簡略化並びにワイヤの信頼性を向上させることができる。
また、前記第２の基板に形成された前記導体パターンを前記実装面とは反対の面まで導出し、その導出された導体パターンと前記ピンとを直接電気的に接続するようにしてもよい。これにより、ワイヤボンディング工程の省略化を図ることができ、製造工程の簡略化、製造コストの低廉化を図ることができる。
また、前記構成において、前記第２の基板を前記パッケージの台座として兼用するようにしてもよい。これにより、高さ方向のサイズを大幅に短くすることができ、光デバイスの小型化を更に促進させることができる。
この場合、前記第２の基板に前記ピンを設け、前記第２の基板の前記実装面に形成された前記導体パターンと前記ピンとを直接電気的に接続することが好ましい。これにより、ワイヤボンディング工程の省略化を図ることができ、製造工程の簡略化、製造コストの低廉化を図ることができる。
また、本発明に係る光デバイスは、オプティカルヘッドと、前記オプティカルヘッドが収容され、かつ、外部リードが形成されたパッケージとを有し、前記オプティカルヘッドは、Ｖ溝が形成された第１の基板と、前記第１の基板の前記Ｖ溝に固定され、かつ、反射機能が設けられた１以上の光ファイバと、前記光ファイバのクラッド外のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層を介して固着された光素子と、前記光素子を実装するための第２の基板とを有し、前記第２の基板は、前記光素子の実装面が、前記第１の基板に対向させて設置されると共に、前記パッケージの台座として兼用され、前記光素子と前記パッケージの前記外部リードとが、前記第２の基板に形成された導体パターン及び前記第２の基板に形成されたビアホールを介して電気的に接続されていることを特徴とする。この場合、光デバイスの小型化及び薄型化を図る上で有利になる。
【図面の簡単な説明】  図１は、第１の実施の形態に係る光デバイスを示す断面図である。
図２は、第１の実施の形態に係る光デバイスのオプティカルヘッドの構成を示す断面図である。
図３Ａは、サブマウントの下面にスペーサを固定した状態を示す断面図である。
図３Ｂは、その底面図である。
図４は、第２の実施の形態に係る光デバイスを示す断面図である。
図５は、第３の実施の形態に係る光デバイスを示す断面図である。
図６は、第４の実施の形態に係る光デバイスを示す断面図である。
図７は、第４の実施の形態に係る光デバイスを示す断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明に係る光デバイスを例えば４ｃｈインライン型パワーモニタモジュールに適用した実施の形態を図１〜図７を参照しながら説明する。
まず、第１の実施の形態に係る光デバイス１００Ａは、図１に示すように、オプティカルヘッド１０と、該オプティカルヘッド１０が収容され、かつ、外部に導出されるピン７４を有するパッケージ７２とを具備する。
パッケージ７２は、オプティカルヘッド１０が固着される台座７５と、該台座７５の周囲にオプティカルヘッド１０を囲むように設置されるリング７８と、該リング７８の上面開口部を塞ぐ蓋８４とを有する。台座７５には複数の前記ピン７４が設けられ、パッケージ７２内に収容されたオプティカルヘッド１０は樹脂８０にて封止される。
オプティカルヘッド１０は、図１及び図２に示すように、ガラス基板１２と、該ガラス基板１２に設けられた複数のＶ溝１４に固定された複数の光ファイバ１５からなる光ファイバアレイ１６と、該各光ファイバ１５の各上面からガラス基板１２にかけて設けられたスリット１８（図２参照）と、該スリット１８内に挿入された分岐部材２０（図２参照）と、各光ファイバ１５を透過する光２２のうち、少なくとも分岐部材２０等にて反射された光（反射光）２４を検出する活性層２６が複数配列されたＰＤ（フォトダイオード）アレイ２８と、該ＰＤアレイ２８が実装され、かつ、ＰＤアレイ２８を光ファイバアレイ１６に向けて固定するためのサブマウント３０と、少なくともＰＤアレイ２８を安定に固定するためのスペーサ３２とを有する。なお、スリット１８の２つの端面と分岐部材２０の表面及び裏面は光ファイバ１５を透過する光２２の一部を反射する反射部３３（図２参照）として機能することになる。
即ち、本具体例に係る光デバイス１００Ａのオプティカルヘッド１０は、Ｖ溝１４が形成されたガラス基板１２と、該ガラス基板１２のＶ溝１４に固定され、かつ、各光ファイバ１５に反射機能（スリット１８、分岐部材２０等）が設けられた光ファイバアレイ１６と、各光ファイバ１５のクラッド外のうち、少なくとも反射機能によって発生した反射光２４の光路上に接着層６０を介して固着されたＰＤアレイ２８と、該ＰＤアレイ２８を実装するためのサブマウント３０とを有し、該サブマウント３０は、ＰＤアレイ２８の実装面３０ａが前記ガラス基板１２に対向させて設置されていることを特徴とするものである。
なお、ここでは、複数の光ファイバ１５にて光ファイバアレイ１６を構成した例を示しているため、「各光ファイバ１５」というときは、「４本の光ファイバの各々」という意味になる。しかし、１本の光ファイバ１５でも光ファイバアレイ１６を構成することができるため、この場合、「各光ファイバ」あるいは「複数の光ファイバ」は、「１本の光ファイバ」と読み替えればよい。
ガラス基板１２の材料は、ホウケイ酸ガラス材料（例えば、パイレックス（登録商標）ガラス）を使用することができる。Ｖ溝１４の角度は、後にスリット１８を加工する際に光ファイバアレイ１６の各光ファイバに与える負荷を考えると４５°以上が好ましく、逆にフタ無し光ファイバアレイとするため、十分な接着剤量（＝接着強度）の確保のために９５°以下が好ましく、この第１の実施の形態では７０°としている。
光ファイバアレイ１６のガラス基板１２への固定は、まず、光ファイバアレイ１６をＶ溝１４に収容載置し、この状態で紫外線硬化型接着剤を塗布し、光ファイバアレイ１６の裏面並びに上方から紫外線を照射して、前記接着剤を本硬化させることにより行う。
スリット１８は、厚さ３０μｍ、深さ２００μｍ、傾斜角度α（図２参照）は２０°とした。スリット１８の厚さは５〜５０μｍであることが望ましい。５μｍ未満の場合、スリット１８に挿入される部材（分岐部材２０）が薄くなりすぎるため、実装が困難になってしまい好ましくない。また、５０μｍ以上とすると、過剰損失が大きくなり実仕様に適さなくなる。
スリット１８の深さは、１３０μｍ〜２５０μｍとすることが望ましい。１３０μｍ未満の場合、加工溝が光ファイバ１５の途中で止まってしまう形となる可能性があるため、この加工溝を起点として光ファイバ１５にダメージを与える可能性がある。また、２５０μｍ以上だとガラス基板１２の強度の低下を招くために好ましくない。
傾斜角度αは、１５°〜２５°であることが望ましい。１５°未満の場合、後に記述するが、ＰＤアレイ２８におけるクロストーク（混信）特性を悪化させるおそれがあり、２５°以上の場合、分岐部分における反射光２４の偏光依存性が悪化するおそれがある。
分岐部材２０の基板は石英ガラスとした。分岐部材２０の材料は分岐部材２０のハンドリング等を考慮した場合、プラスチック材料、高分子材料、ポリイミド材料でもよいが、角度が２０°と大きいので、屈折により透過側の光軸がずれることを抑えるために光ファイバ１５（石英）と同じ屈折率の材料が好ましい。
この石英ガラス基板に、分岐用の多層膜を形成した。石英基板は５０ｍｍ□×１ｔとした。傾斜設計は２０°、分岐比率は透過９３％、反射７％とした。膜構成はＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の多層膜を蒸着法にて形成した。また、波長帯域は１５１０ｎｍ〜１６３０ｎｍにおいて特性（反射率）がフラットになるよう設計した。また、多層膜自身の偏光特性については上記帯域において、透過側＜０．０５ｄＢ、反射側＜０．１ｄＢとなるよう最適設計した。この多層膜を付した石英基板を６ｍｍ×２ｍｍの寸法に切断し、チップ化した。チップ化した基板を２５μｍまで研磨し、薄板加工を行った。
そして、分岐部材２０をスリット１８に挿入し、紫外線硬化型接着剤を塗布し、紫外線照射により硬化させて実装を行った。
ＰＤアレイ２８の構造は、図２に示すように、裏面入射型構造を採用した。活性層２６の上部（サブマウント３０側）はＡｕ半田や電極又は銀ペーストではなく異方性導電ペースト５４とした。この部分はＡｕ等のように反射率の高い材質ではなく、異方性導電ペースト５４や空気等のように反射率の低い状態であることがクロストークの観点から好ましい。
もちろん、ＰＤアレイ２８として、表面入射型のＰＤアレイを使用してもよい。
裏面入射型のＰＤアレイ２８の受光部分（活性層２６）はφ約６０μｍとした。受光部分（活性層２６）の大きさはφ４０〜８０μｍであることが望ましい。これは、４０μｍ未満の場合、受光部分（活性層２６）が大きさが小さすぎるためにＰＤ受光効率の低下が懸念される。８０μｍ以上の場合、迷光を拾いやすくなるためにクロストーク特性が悪化するおそれがあるためである。
また、サブマウント３０の取付け構造として、光ファイバ１５−ＰＤアレイ２８−サブマウント３０という構成を取った。光ファイバ１５−サブマウント３０−ＰＤアレイ２８という構成も取り得るが、この場合、サブマウント３０が光ファイバ１５とＰＤアレイ２８間に存在してしまうため、反射光２４の光路長が長くなり、反射光２４の拡がりが大きくなってしまい、ＰＤ受光効率やクロストークの観点で好ましくない。
光ファイバ１５−ＰＤアレイ２８−サブマウント３０の構成の場合、ＰＤアレイ２８を表面入射の状態とすると、表面からサブマウント３０への導通のためにワイヤボンディングが必要となる。この場合、ワイヤボンディングのために１００μｍ程度は空間が必要となる。この空間は、光ファイバ１５（石英）との屈折率整合や信頼性という意味で接着層６０で埋める必要がある。つまり、表面入射の場合、１００μｍもの接着層６０が光路に存在することになり、この接着層６０がＰＤＬ（偏波依存性）や波長依存性等の特性に不安定性を招く。また、ワイアは通常Ａｕなどの金属を用いるため、そこに光が当ると光が散乱し、迷光になりクロストーク悪化の原因となる。
裏面入射の場合、理論的には光ファイバ１５にＰＤアレイ２８を接することも可能である。ＰＤアレイ２８と光ファイバ１５が接することは、物理的な欠陥を招くおそれがあるので１０μｍ程度は安全をみて、この空間を接着層６０とすればよい。
この両者の光学的光路長を比較する。活性層２６がＰＤアレイ２８の基板表面（光ファイバ１５と対向する面）に存在していると仮定すると、表面入射の場合が光ファイバ１５の表面と活性層２６との間の距離が１００μｍなので、接着層６０の屈折率が石英と同じ１．４５とすると、１００／１．４５≒６９μｍとなる。裏面入射の場合、接着層６０の厚みが１０μｍ、一般的なＰＤアレイ２８の厚みが１５０μｍとすると、１０／１．４５＋１５０／３．５≒５０μｍとなり、光学的には裏面入射の方が光路長を短くでき、この観点からも好ましいといえる。
さらに、表面入射と裏面入射の場合、活性層２６への光の入射角が大きく異なる。表面入射の場合、表面が窒化珪素（屈折率１．９４）のコーティングが施されている場合でもスリット１８の傾斜角αが２０°であるとＰＤアレイ２８への入射角は約３５°となる。これに対して、裏面入射の場合は１８．５°と表面入射の場合と比較して非常に小さい値となり、ＰＤ受光効率等の観点から好ましい。
ＰＤアレイ２８のサブマウント３０への実装は、後述するように（図１参照）、光ファイバアレイ１６側をパッケージ７２に搭載し、パッケージ７２のピン７４とサブマウント３０の電極パッド６５をワイヤ７６で導通確保する構成とするために、図３Ａに示すように、サブマウント３０の下面（実装面３０ａ）にＡｕ電極パターン６４が形成されている。ＰＤアレイ２８の実装の形態は、サブマウント３０の実装面３０ａにＰＤアレイ２８を配置し、スルーホール６６にてＡｕ電極パターン６４をサブマウント３０の上面へ引き回す構成としている。従って、サブマウント３０の上面には、各Ａｕ電極パターン６４に応じてそれぞれ電極パッド６５が形成された形となる。なお、サブマウント３０の構成材料はＡｌ２Ｏ３とした。
裏面入射型のＰＤアレイ２８は、活性層２６側（サブマウント３０側）にアノード電極、カソード電極が配置されており、サブマウント３０には共通のカソード電極と各チャンネルのアノード電極がＡｕ電極パターン６４でパターニングされている。各チャンネルのアノード電極及びカソード電極に対応する部分にＡｕバンプ６８を設け、活性層２６の部分には異方性導電ペースト５４を充填した。Ａｕバンプ６８は確実な導通を図る目的のほかに、活性層２６とサブマウント３０の電極間距離を離すことで、この部分の反射・散乱による迷光を小さくする目的で本構造を採用した。異方性導電ペースト５４は熱を加えることにより、ペースト５４内にある銀等の導電物質がＡｕバンプ６８のような導電性のものに集まる性質がある。これにより、Ａｕ電極パターン６４との間にのみ導電性をもたらすのである。
なお、サブマウント３０の下面のうち、活性層２６に対応する部分にも屈折率差による反射を抑える目的で図示しないＳｉＮのコーティングを行った。
また、サブマウント３０の実装面には、光ファイバアレイ１６とＰＤアレイ２８とのギャップを決定するためのスペーサ３２が固着されている。
スペーサ３２の構成材料はホウケイ酸ガラス、この場合、特にパイレックス（登録商標）ガラス材料が好ましく採用される。また、ギャップ長は１０μｍに設定した。つまり、Ａｕバンプ６８も含めＰＤアレイの厚みが１９０μｍなので、スペーサ３２を２００μｍとした。
なお、このギャップ長は１〜１００μｍとなるように、スペーサ３２の厚みを設計することが好ましい。ギャップ長は、１μｍ未満で設計した場合、ＰＤアレイ２８と光ファイバ１５の上部が接触する可能性が高くなり、光路に接着層６０が全面に行き渡りずらく、光路にエアを巻き込んでしまうことがあり好ましくない。また、ギャップ長が１００μｍを超えると、ＰＤ受光効率の低下が顕著となってしまう。こうして設計したスペーサ３２を紫外線硬化型接着剤にて固定した。
また、スペーサ３２は、ギャップ長の決定のほかに、ワイヤボンディングにおけるサブマウント３０の台座の役割を果たす。ワイヤボンディングは超音波により電極とワイヤ７６の接合を行うために、サブマウント３０の電極部分の直下に空洞部分があると、超音波が逃げてしまい適切にボンディングすることができない。よって、図３Ｂに示すように、スペーサ３２の形状は電極直下に空洞ができないように、Ｌ字型に加工してある。
サブマウント３０の光ファイバアレイ１６への実装は、ＰＤアレイ２８と光ファイバアレイ１６とが対向するように実装を行った。このとき、反射光２４の光路となる光ファイバ１５の上部に必要量の接着層６０（図２参照）を塗布しておくことが好ましい。
なお、ＰＤアレイ２８の調心は、以下のように行った。即ち、ＰＤアレイ２８とのアライメントは光ファイバアレイ１６の両端のチャンネルに光を入射し、反射光２４のＰＤ受光パワー（両端チャンネルに対応する活性層２６での受光パワー）が最大になるように、アクティブアライメントにて行った。このときのＰＤ受光パワーのモニタは、両端チャンネルに対応する活性層２６からの出力を、サブマウント３０にプローブを当て、電流値を見ながら行った。
なお、この第１の実施の形態では、より厳密な特性を得るために調心時の使用波長を決定した。つまり、本モジュールの使用波長帯域がＣバンド（１５２０〜１５７０ｎｍ）の場合、その中心である１５４５ｎｍを用いた。Ｌバンド（１５７０〜１６１０ｎｍ）である場合は１５９０ｎｍを用いた。さらに、ＣバンドとＬバンドとの共用の場合はＣバンドとＬバンドの中心である１５６５ｎｍを使用した。これにより、使用波長に対してよりフラットな特性を得ることができた。
そして、紫外線によりＰＤアレイ２８を光ファイバアレイ１６に固定した。このとき、紫外線の照射は、まず、１００ｍＷで横方向から調心器上にて１０分行った。この段階では、ＰＤアレイ２８の周囲近傍の接着層６０は硬化されるものの、内部全体にわたっては硬化されないので、次に、調心器から外し、光ファイバアレイ１６の裏面側から１０ｍＷにて５分照射を行って硬化固定した（二次硬化）。この二次硬化で１０ｍＷと微弱な光量としたのは、反射光２４の光路上にある接着層６０に大きな応力歪みや気泡等の欠陥を生じさせないためである。
そして、この第１の実施の形態に係る光デバイス１００Ａは、ガラス基板１２における前記Ｖ溝１４が形成された面とは反対側の面がパッケージ７２の台座７５に固着され、ＰＤアレイ２８とパッケージ７２のピン７４とが、サブマウント３０に形成された導体パターンを介して電気的に接続されている。
具体的には、ＰＤアレイ２８とピン７４とは、サブマウント３０の実装面３０ａに形成されたＡｕ電極パターン６４と、スルーホール６６と、サブマウント３０の上面に形成された電極パッド６５とワイヤボンディング処理によって形成されたワイヤ７６とを介して電気的に接続されている。なお、ガラス基板１２の前記台座７５への固着（ダイボンディング）は、熱硬化型接着剤を用いた。
オプティカルヘッド１０のパッケージングは、まず、オプティカルヘッド１０を囲むようにリング７８を固定し、更に、オプティカルヘッド１０に対して樹脂８０による封止を行った。
リング７８は、樹脂封止の際にダムの役割を果たす。リング７８の構成材料はステンレス材料を使用した。コスト削減の観点から樹脂成形品を用いてもよい。リング７８の固定には熱硬化型接着剤を使用した。封止用の樹脂８０にはＳｉゲル材料を用いることができ、この場合、樹脂８０をワイヤ７６が完全に覆われるようにポッティングし、紫外線照射と熱養生にて硬化させることにより、樹脂封止を行うことができる。
その後、リング７８の上面開口部に蓋８４を被せて固定した。蓋８４はステンレス製の板を使用した。もちろん、コスト削減の観点から樹脂成形品を用いてもよい。蓋８４は熱硬化型接着剤にて固定することができる。
この第１の実施の形態に係る光デバイス１００Ａについて完成検査を実施した。
透過側特性、分岐側特性について各項目を検査した。透過側特性については挿入損失、偏光依存ロス、波長依存性について各チャンネルの特性を測定した。結果として、挿入損失＜０．８ｄＢ、偏光依存ロス＜０．０５ｄＢ、波長依存性＜０．１ｄＢと使用上問題ないレベルの結果を得た。
分岐側特性については、ＰＤ受光効率、ＰＤ受光効率の偏光依存性、波長依存性、ＰＤアレイ側のチャンネル間クロストークについて、各チャンネルの特性を測定した。その結果、ＰＤ受光効率５０〜７０ｍＡ／Ｗ、ＰＤ受光効率の偏光依存性＜０．３ｄＢ、波長依存性＜０．５ｄＢであり、実使用上問題のないレベルであることを確認した。また、クロストークについては、トータルクロストークとして検査を行った。すなわち、４チャンネル中、いずれか１チャンネルを光らせた状態にて、他のチャンネルにどれだけの電流が流れたかの総和をとり、この入力チャンネルにおける電流と他チャンネルの電流の総和の比を１０ｌｏｇで表記した。その結果、いずれのチャンネルも−３４ｄＢ以下となり、極めて優れた特性を示すことが確認された。
スリット１８の角度α（＝反射角度）を大きくするとクロストークは向上するがＰＤＬが大きくなり、逆にスリット１８の角度αを小さくするとＰＤＬは小さくなりクロストークが悪化するというトレードオフの関係にあったが、種々の適正化において従来は困難であったＰＤＬとクロストークを両立することができた。
このように、第１の実施の形態に係る光デバイス１００Ａにおいては、ガラス基板１２上にサブマウント３０を設置する際に、ＰＤアレイ２８を光ファイバアレイ１６に向けて設置することができ、各光ファイバ１５のクラッド面にＰＤアレイ２８を近接させることが可能となり、受光感度の向上、クロストークの低減を有効に図ることができる。
また、上述のように、各光ファイバ１５のクラッド面にＰＤアレイ２８を近接させることが可能であることから、オプティカルヘッド１０自体の小型化を図ることができると共に、パッケージ７２を含めた光デバイス１００Ａ自体の小型化を図ることができる。
次に、第２の実施の形態に係る光デバイス１００Ｂについて図４を参照しながら説明する。
この第２の実施の形態に係る光デバイスは、図４に示すように、上述した第１の実施の形態に係る光デバイス（図１参照）とほぼ同様の構成を有するが、サブマウント３０における前記実装面３０ａとは反対の面がパッケージ７２の台座７５に固着され、ＰＤアレイ２８とパッケージ７２のピン７４とが、サブマウント３０に形成された導体パターンを介して電気的に接続されている点で異なる。
サブマウント３０には、スルーホール６６や電極パッド６５は形成されておらず、実装面３０ａのみにＡｕ電極パターン６４が形成されている。そして、このＡｕ電極パターン６４とピン７４とがワイヤ７６を介して電気的に接続されている。
この第２の実施の形態に係る光デバイス１００Ｂにおいては、サブマウント３０をピン７４の近傍に設置することができるため、Ａｕ電極パターン６４とピン７４との間にボンディングされたワイヤ７６の長さを短縮することができ、ワイヤボンディング工程の簡略化並びにワイヤ７６の信頼性を向上させることができる。
次に、第３の実施の形態に係る光デバイス１００Ｃについて図５を参照しながら説明する。
この第３の実施の形態に係る光デバイス１００Ｃは、図５に示すように、上述した第２の実施の形態に係る光デバイス１００Ｂ（図４参照）とほぼ同様の構成を有するが、サブマウント３０には、その実装面３０ａにＡｕ電極パターン６４が形成され、前記実装面３０ａとは反対の面（台座７５に固着された面）に電極パッド６５が形成されている点と、台座７５の上面に、前記電極パッド６５と対応する位置からピン７４まで電極パターン９０が形成されている点で異なる。
この場合、ワイヤ７６を必要としないため、ワイヤボンディング工程の省略化を図ることができ、製造工程の簡略化、製造コストの低廉化を図ることができる。
次に、第４の実施の形態に係る光デバイス１００Ｄについて図６を参照しながら説明する。
この第４の実施の形態に係る光デバイス１００Ｄは、図６に示すように、上述した第３の実施の形態に係る光デバイス１００Ｃ（図５参照）とほぼ同様の構成を有するが、オプティカルヘッド１０のサブマウント３０自体がパッケージ７２の台座７５として兼用されている点で異なる。
つまり、サブマウント３０にＰＤアレイ２８のほか、ピン７４が設けられ、周囲にはパッケージ７２のリング７８が固着される。従って、サブマウント３０の実装面３０ａに形成されたＡｕ電極パターン６４をピン７４まで延長するようにすれば、ワイヤボンディング工程の省略化を図ることができ、製造工程の簡略化、製造コストの低廉化を図ることができる。
しかも、サブマウント３０自体がパッケージ７２の台座７５であることから、高さ方向のサイズを大幅に短くすることができ、光デバイス１００Ｄの小型化を更に促進させることができる。
次に、第５の実施の形態に係る光デバイス１００Ｅについて図７を参照しながら説明する。
この第５の実施の形態に係る光デバイス１００Ｅは、図７に示すように、上述した第４の実施の形態に係る光デバイス１００Ｄ（図６参照）とほぼ同様の構成を有するが、台座７５を兼用するサブマウント３０において、ピン７４の代わりに外部リード９２がサブマウント３０の端面３０ｂに沿って設けられている点で異なる。サブマウント３０にはビアホール９４が形成され、サブマウント３０の実装面３０ａに形成されたＡｕ電極パターン６４がビアホール９４を介して外部リード９２に電気的に接続されている。
この第５の実施の形態においては、ワイヤボンディング工程が省略できる。しかも、台座７５を兼用したサブマウント３０の端面３０ｂから外方に向かってピン７４が垂直方向に延在することがないため、実装上、光デバイス１００Ｅ全体の厚み（高さ）を薄くすることができ、光デバイス１００Ｅの小型化及び薄型化を実現させることができる。
なお、本発明に係る光デバイスは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図１】
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【図２】
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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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【国際調査報告】
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