(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光または受光が可能な面型光素子を備えた装置であって、
基板と、
前記基板上に設けられた前記面型光素子と、
前記面型光素子の上部に設けられた第１の穴と、該第１の穴の上部に設けられた光導波体を差し込むための第２の穴とを有し、前記基板に対して該面型光素子が設けられている側の面に配された部材と、を備え、
前記光導波体と前記面型光素子との接触を防止するために、前記第１の穴の径は該光導波体の径より小さい径であり、
前記部材は、光感光性あるいは電子ビーム硬化性を持ちホトリソグラフィでパターニングすることで選択的に硬化が可能な材料を硬化させることにより形成してあり、
前記部材に前記第２の穴が複数設けられ、該第２の穴同士が溝によって連結していることを特徴とする面型光素子を備えた装置。
【請求項２】
発光または受光が可能な面型光素子を備えた装置であって、
基板と、
前記基板上に設けられた前記面型光素子と、
前記面型光素子の上部に設けられた第１の穴と、該第１の穴の上部に設けられた光導波体を差し込むための第２の穴とを有し、前記基板に対して該面型光素子が設けられている側の面に配された部材と、を備え、
前記光導波体と前記面型光素子との接触を防止するために、前記第１の穴の径は該光導波体の径より小さい径であり、
前記部材は、光感光性あるいは電子ビーム硬化性を持ちホトリソグラフィでパターニングすることで選択的に硬化が可能な材料を硬化させることにより形成してあり、
前記部材の前記第２の穴と該部材の外部とが溝によって連結していることを特徴とする面型光素子を備えた装置。
【請求項３】
前記部材の前記第２の穴と該部材の外部とが溝によって連結している請求項１に面型光素子を備えた装置。
【請求項４】
前記部材は、前記第１の穴を形成した第１層と、該第１層上に形成され且つ前記第２の穴を形成した第２層と、から成り、該第１層の厚さで前記面型光素子と該光導波体の端面との間の距離を規定している請求項１から３のいずれか１項に記載の面型光素子を備えた装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバなどの光導波体を光学的に結合できる面型光素子、面型光素子と光導波体を低コストで光学的に結合した光実装体、その作製方法、およびそれを用いた光配線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速光接続のための光モジュールが開発されている。しかし、光素子と光ファイバなどの光伝送体との結合に関しては、特に、低コスト化、高性能化などの観点から課題が多い。
【０００３】
光素子として、受光素子では、作製の容易性や感度などの点で面型の素子が主に使用されているが、光ファイバと該面型素子の主面とで光結合させる場合に、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。そのための手法として、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ティ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。
【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。該面発光レーザでは、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。このような面発光レーザと光ファイバ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、光ファイバとの結合のためのガイド穴をホトリソグラフィの精度で作製する方法が提案されている。例えば特開平8-111559号公報では、図１１に示すように、面型受光素子もしくは発光素子を作製した基板１０２１側に光ファイバ１０３７を固定するための穴をエッチングにより形成するものが開示されている。尚、図１１において、１０２２は光吸収層、１０２３と１０２７はＤＢＲミラー、１０２４と１０２６はクラッド層、１０２５は活性層、１０２８はコンタクト層、１０３２はSiO2層、１０３３と１０３５は電極、１０３６は反射防止膜である。
【０００６】
また、特開平6-237016号公報にも、図１２に示すように、面発光レーザ１２０３の裏面側に、基板をエッチングしたガイド穴１２０９を形成して光ファイバ１２１０を固定する方法が開示されている。これらの場合、部品点数を減少させることができ、組み立ても非常に簡単なので、低コスト化が可能である。尚、図１２において、１２０１は電子回路基板、１２０２は発光チップ、１２０４はトランジスタ、１２０５と１２０６と１２０７はトランジスタ電極、１２０８は絶縁層、１２１１は接着剤である。
【０００７】
しかしながら、基板に穴を開ける方法では、光ファイバと受光部あるいは発光部との距離の制御が難しく、ファイバを結晶に突き当てたときに結晶にダメージが入るために素子を劣化させてしまう恐れがあった。そこで、特開平6-237016号公報の発明では、ガイド穴１２０９に順テーパ形状をつけてファイバが結晶面と接触しない様にガイド穴先端の径を小さくしたり(図１２参照)、完全にエピ層までエッチングせずに基板をわずかに残した状態でエッチングを止めるなどの方法が用いられていた。
【０００８】
一方、面型光素子が形成された表面側にファイバ固定用の部材を直接固定して、光ファイバを実装する方法も提案されている。例えば、特開平11-307869号公報においては、図１３に示すように、面発光レーザ素子２０１８の表面にファイバ固定部材２０１４を嵌合させるための突起２０２２、２０２３を設け、面発光レーザ２０１８の発光部に対応する位置にガイド穴を構成したものが開示されている。尚、図１３において、２０１２はモジュール基板、２０１６は光ファイバ、２０２４はファイバ挿入孔、２０２６と２０２７はガイド孔である。
【０００９】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、エッチングでガイド穴を作製する場合、その深さは通常１００μm以上になるため、テーパ形状や穴径の制御性には問題があり、歩留まりを向上させることは困難であった。また、基板を残す場合には基板での光の吸収の問題があって、使用できる波長帯には制限があった。
【００１０】
一方、光ファイバ固定用ブロックを用いる場合では、上記のような作製上の問題は生じないが、部品点数とその加工工程が増えてしまうために、必ずしも低コスト化ができなかった。
【００１１】
このような課題に鑑み、本発明の目的は、光ファイバなどの光導波体を固定するガイド穴を形成して、部品点数の増加やプロセス制御性の向上を必要とせずに、光導波体と面型光素子のアライメント精度を向上させ、このことから、光導波体の固定作業も容易にして生産性を向上させ、低コスト化を図り、更に、面型光素子と光導波体の間の距離を自由に設定でき、実装の容易性、自由度を向上させる構造を提供することにある。さらに、このような実装するための構造体を量産できる作製方法、低コスト化が可能な光実装体、およびこれを用いた光配線装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段および作用】
本発明の面型光素子を備える装置においては、面型光素子の表面に厚膜材料により直接ホトリソグラフィによって、ファイバなどの光導波体を差し込むためのガイド穴となる構造体を作り込むことで、上記課題を解決するものである。すなわち、本発明の発光または受光が可能な面型光素子を備える装置は、基板と、前記基板上に設けられた前記面型光素子と、前記面型光素子の上部に設けられた第１の穴と該第１の穴の上部に設けられた光導波体を差し込むための第２の穴とを有し前記基板に対して該面型光素子が設けられている側の面に配された部材と、を備え、前記光導波体と前記面型光素子との接触を防止するために前記第１の穴の径は該光導波体の径より小さい径であり、前記部材は、光感光性あるいは電子ビーム硬化性を持ちホトリソグラフィでパターニングすることで選択的に硬化が可能な材料（ポリマー化が可能な厚膜レジストなど）を硬化させることにより形成してあることを特徴とする。
【００１３】
前記厚膜材料ないし厚膜レジストの厚さとしては、１０μm（これは石英シングルモードファイバのコア程度である）〜１０００μm（これはアクリル材料によるプラスチックファイバ(POF）のコア程度である）がよく、さらに望ましくは５０μmから５００μm程度のものが好適に用いられる。ファイバなどの光導波体のサイズとして、１２５μm程度から１mm程度までどのようなサイズでも適用可能である。厚膜材料ないし厚膜レジストは通常のホトリソグラフィ工程でプロセスを行うため、面型光素子とガイド穴中心位置を精度良く合わせることが簡単にできる。そのため、ガイド穴を形成した構造体をアライメントして接着する工程などを省くことができる。
【００１４】
穴径の制御性や形状制御も厚膜材料ないし厚膜レジストの特性から優れており、基板エッチングにより穴を開ける方法に比べて工程が簡単になる。
【００１５】
面型光素子については、面発光レーザや面型受光素子などが用いられ、実装基板に必要なチップサイズ、アレイ数の素子を実装してから成長基板を除去して薄膜型にすることで、実装基板をハンドリング基板として用いることもできる。これにより、面型光素子のウエハから取り得る収率が増大して低コスト化することができる。
【００１６】
また、前記面型光素子は複数アレイ化され、それに対応してガイド穴も共にアレイ化して形成されたり、前記複数の面型光素子は面型発光素子のみ、面型受光素子のみ、あるいは面型発光素子と面型受光素子の組み合わせであったり、前記面型光素子は垂直共振器型の面発光レーザであったり、面発光レーザは、活性層、共振器層、およびブラッグ反射ミラー層のみの機能層が残されているものであったり、前記面型光素子は、成長基板を除去或いは薄膜化して薄膜型になっていたり、成長基板がそのまま残されているものであったりする。
【００１７】
ファイバなどの光導波体端面と面型光素子の距離については、厚膜材料ないし厚膜レジストを２層にして、１層目の厚みで距離をコントロールするようにすれば、制御性、自由度を向上させることができる。すなわち、前記厚膜材料あるいは厚膜レジストは、前記光導波体のサイズより小さく光のみが透過できる穴を形成した第１層と、該第１層上に形成され該光導波体を固定するためのガイド穴を形成した第２層から成り、第１層の厚さで前記面型光素子と該光導波体の端面の距離を規定する様にできる。
【００１８】
光導波体ガイド穴の形状についてもホトマスクの設計次第で自由に設定することができ、固定用接着剤の逃げを作り込んだり、光導波体とガイド穴が嵌合しやすいように設計すること（例えば、ガイド穴をテーパ状にする）も可能である。すなわち、前記厚膜材料あるいは厚膜レジストで形成したガイド穴は、該光導波体の外形に合わせてある部分のみを形成して成ったり、該光導波体の外形に合わせてある部分とともに、その外形とは異なる溝パターンをも形成して成ったり、この場合、前記ガイド穴の光導波体の外形に合わせてある部分と溝パターンは連続して形成されたりする。
【００１９】
更に、本発明の面型光素子実装体は、上記の面型光素子が、実装基板に、駆動が可能なように電気的接続を有して実装され、前記ガイド穴に光導波体を固定して成ることを特徴とする。
【００２０】
前記実装基板は、他の光素子あるいは電子素子をハイブリッドに集積することができ、ヒートシンク機能を持つ実装基板であったりする。
【００２１】
前記面型光素子は複数アレイ化され、光導波体も同時にアレイ化し得る。前記光導波体は、ポリマーを含む光ファイバで構成されたり、石英を含む光ファイバで構成されたりする。
【００２２】
更に、本発明の上記の面型光素子実装体を作製する方法は、ウエハ状の実装基板に配線パターンを形成する工程、少なくとも１つの面型光素子を逐次、実装基板の複数箇所に、実装する工程、各面型光素子上に厚膜材料でガイド穴を形成する工程、必要な電子デバイス等を必要な位置に逐次フリップチップ実装した後に必要な大きさの実装体に複数切り出す工程、最後に光導波体をガイド穴に差し込んで固定する工程を含むことを特徴とする。
【００２３】
更に、本発明の光配線装置は、電子機器内のボードに接続リードを介して実装して、ボード間の信号の授受を光で行う光配線装置であって、上記の面型光素子実装体に面型光素子駆動用電子回路も集積化しており、電気的接触を得るための接続リードを固定する台座に該光実装体を面実装して光接続モジュールを構成していることを特徴としたり、上記の面型光素子実装体を面型光素子駆動用電子回路上に実装して電気コネクタ内に収めて、該駆動用電子回路からの電気接続を、脱着可能なコネクタ用の接続ピンで行い、電子機器同志の信号の授受を光で行うことを特徴とする。
【００２４】
このように、厚膜レジストないし厚膜材料を用いて面型光素子と光導波体を結合させた光実装体を、電子回路と集積化させて、送受信を備えた光インターコネクション装置として用いることができる。その場合、電子回路ボード間の光配線、電子機器間の光接続などに利用でき、電磁放射ノイズを抑えながら１chあたり１Gbps以上で多チャンネルの大容量高速伝送を低コストで実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を用いて本発明の実施例で発明の実施の形態を説明する。
【００２６】
（第1の実施例）
本発明による第１の実施例を斜視図である図１に示す。７５０μmピッチで４つにアレイ化された面発光レーザ５が、実装基板１に、共通電極２を介してボンディングされている。各素子５の素子分離溝が８で示され、発光点に相当する部分が６で示されている。面発光レーザ５を駆動するための電気配線は、共通電極用の配線１０と独立駆動用の配線９が実装基板１上に形成されている。面発光レーザ駆動用の独立電極２５が配線９と接続されている。また、面発光レーザ駆動用のドライバIC１２が同一実装基板１上にフリップチップ実装されている。ドライバIC１２は配線１３により他の電子デバイス等に接続される。
【００２７】
ガイド穴４に挿入する光ファイバとしては、５００μm径のプラスティックオプティカルファイバ(POF)１６が用いられている。POF１６は、プラスティックモールドで形成されたＶ溝を持つ固定治具１４と平坦治具１５によりサンドイッチされて、接着剤１７により固定されている。このＶ溝によって、POF１６のピッチおよび中心位置の整列が行えるようになっている。POF１６の先端は、固定治具１４、１５で形成される面よりも図１に示すように突き出た形になっており、本実施例では突き出し量を５００μmとした。４本のPOF１６は、固定治具１４、１５を用いて接着固定したあとナイフで一括切断して、端面を研磨により平坦化されている。平坦化はPOF１６であることから、加熱された平坦面に押し付けて行なってもよい。また、適当な曲面形状にして、反射を防ぐとともに、レンズ効果が生じるようにしてもよい。
【００２８】
本実施例で用いたPOF１６は、１．３μm帯まで伝送可能な全フッ素化ポリマーを用いたファイバ(旭ガラス製、商品名ルキナ)としたが、重水素化ポリマーを用いたものや、UV硬化樹脂を用いたものなど、材料には制限はない。また、コアを石英としたものや、すべて石英で構成されたファイバでも勿論よく、ファイバ径に応じてガイド穴４の径や固定治具１４のＶ溝の形状を設計すればよい。
【００２９】
一方、本発明の特徴となる光ファイバ用のガイド穴４は、面発光レーザ５の各発光点６の中心が光ファイバ１６のコア中心と一致するように、厚膜レジスト３で形成されている。図１では分かりやすいように透視斜視図としている。この厚膜レジスト３は、実装基板１上に直接スピンコーターなどで塗布して、ホトリソグラフィを行うことでパターン形成している。パターン合わせは、面発光レーザ５の表面に形成した電極２５と合わせるマークをホトマスク上に形成しておけば、発光点６の中心とガイド穴４の中心を数μm以下の位置精度で一致させることができる。
【００３０】
本実施例では、厚膜レジスト３としてMicroChem社のSU8-50を用いた。スピンコートにより２００μmの厚さで塗布し、ホットプレート上において９０℃でプリベークを行った。３mm×１mmの外枠サイズで、７５０μmピッチで５２０μmの円形パターンを持つように、ホトマスクを用いて上記のようなパターン合わせを行いながら、アライナで露光を行った。次に、再びホットプレート上で９０℃で露光後ベークを行なった後、現像液によってレジストの現像を行った。現像後のリンスはイソプロピルアルコールで行い、溶剤を完全に蒸発させるためにオーブンで９０℃のベークを行った。以上のように厚膜レジスト３の工程は低温で行えるため、光素子５や電気コンタクトなどに損傷を与えることなく、ガイド穴４を形成できる、厚膜レジスト３としては、ここではSU8を用いたが、これに限定されるものではない。
【００３１】
接着材をガイド穴４に塗布した後、固定治具に固定されたPOF１６を差し込むことで、容易に光結合が達成できる。接着材には、その屈折率をPOF１６に近づけた材料で、熱硬化性または紫外線硬化性の光学接着剤を用いた。ファイバ端面でレンズ効果を持たせる場合には、屈折率が異なる材料を用いてもよい。また、面発光レーザ出射面には、反射を抑えるためにSiOxなどで無反射コーティング(不図示)を行ってもよい。
【００３２】
次に、１つの素子の断面図である図２(図４のＡ-Ａ’断面)を用いて、面発光レーザ５とPOF１６との結合部について説明する。
【００３３】
本実施例で用いた面発光レーザ５の詳細は後に説明するが、厚膜レジスト３の工程が行い易いように成長基板を除去して、機能層のみを転写して薄膜化した構造としている。機能層は、活性層を含む１波長共振器２３をAlGaAs多層膜からなるp-DBRミラー２２およびn-DBRミラー２４で挟んだ構造となっており、厚さは約７μmである。p-DBRミラー２２側に電流狭窄のためのエアポスト２８を１５μmφの円形に加工し、周りはポリイミド２７で埋め込んで平坦化している。活性層近傍には、Alモル分率が０．９５以上のAlGaAs層のみを横方向に選択的に水蒸気酸化してAlxOy層２９を形成してあり、電流注入領域のアパーチャサイズを３μmφ程度にして、発振しきい値を１mA以下にしている。
【００３４】
p-DBRミラー２２側に共通電極２０を形成し、基板１表面の電極パッド２の上にAuSnはんだ等で接着している。接着はAu同志の圧着でもよい。ｎ側の電極２５は、各素子に独立に電流注入できるように、n-DBRミラ−２４表面のGaAs基板（不図示）を除去して現れた表面上に形成している。この表面に絶縁膜２６を形成して、光取り出し部３１およびコンタクトホール３２を形成し、基板１の表面に形成する配線9とのコンタクトを取るようにしている。なお、配線９は面発光レーザ５の側壁も介して段差配線するため、レーザ５の側壁およびｐ側の共通電極パッド２の上が絶縁膜２６で覆われている必要がある。このような絶縁膜形成には、例えば旭化成製PIMELのような感光性ポリイミドが好適に用いられ、厚さは１μmとした。
【００３５】
POF１６は、図２のように端面が素子表面に突き当たる位置(この例では電極２５上の配線９)で固定される。従って、面発光レーザの結晶表面に直接当たることはなく、ダメージ等を与えることはない。
【００３６】
一方、面発光レーザから発生する熱は、電極パッド２を介して実装基板１に放熱するようにしている。そのため実装基板１の材質としては、AlN、または表面にAl203などの絶縁薄膜を形成したSiが好適に用いられる。
【００３７】
次に、図３を参照して本実施例に用いた薄膜型の面発光レーザの作製工程を説明する。ここでは簡単化のため２つの素子のアレイで説明する。
【００３８】
（ａ）において、n-GaAs基板３０上に、n-DBRミラー２４、GaAs/ AlGaAsの３量子井戸から成る活性層を含みAlGaAsから成る１波長共振器層２３、p-DBRミラー２２、p-GaAsコンタクト層(不図示)を有機金属気相成長法などにより結晶成長する。エアポスト２８をCl2を用いた反応性エッチングにより形成し、すでに述べた選択酸化層２９を水蒸気による酸化により形成する。その後、SiNx膜２１で絶縁膜を形成してポリイミド２７で平坦化を行い、共通電極２０を成膜する。共通電極２０としては例えばTi/Auを用いることができる。
【００３９】
（ｂ）において、（ａ）で作製したウエハ上の素子を基板３０の研磨で１００μm程度にしてから適当な大きさに切り出し、実装基板１上に形成した電極パッド２の上に、Au-Auの圧着（超音波でアシストしてもよい）で、あるいはAuSnはんだで、接着を行う。このとき電極パッド２はTi/Pt/Auから成り、最表面はAuとなっている。
【００４０】
（ｃ）において、GaAs基板３０をH2O2とNH3の混合液を用いてエッチングし、n-DBRミラー２４の第１層であるAlAsでエッチングがストップされる。その後、HClによってA1Asを除去して現れたn-GaAs層上に、独立電極２５を形成する。独立電極２５には、例えばAuGe/Ni/Auを用いることができる。その後、コンタクトのために３８０℃程度でアニールを行う。
【００４１】
（ｄ）において、感光性ポリイミドで電極コンタクトのためのホール３２および光取り出し窓３１を形成しながら、全体をポリイミド２６でコーティングするようにする。配線９をTi/Auなどでリフトオフ法等で形成すれば、図４の平面図のような実装基板１上に薄膜型面発光レーザ５が形成された状態となる。
【００４２】
上記では、１つのチップについての作製工程について述べたが、実際には生産性の向上のためにウエハレベルの工程が必要になる。その様子を説明するものが図５である。面発光レーザが作製されたGaAsウエハ５０から、必要な大きさのレーザチップ５１(上記の実施例では１×４アレイ)を切り出し、表面にAl2O3膜および電極パッド２を必要な領域５４に複数形成したSiウエハ５２に接着する。このとき、フリップチップボンダー装置でウエハ５２上の必要な位置５４にアライメントをしながら逐次ボンディングを行う。レーザの薄膜化プロセス、配線プロセスおよび厚膜レジスト３によるファイバガイド穴４の形成は、この状態で一括してホトリソグラフィおよびエッチング工程で行う。
【００４３】
次に、レーザ駆動用のSi-IC５３をフリップチップホンダーで逐次ボンディングする。最後に、破線５５のように１つ１つのチップにダイシングすれば、一括して複数のチップが形成できる。
【００４４】
なお、ここまでの例では、面発光レーザ５および光ファイバ１６のアレイ数を４つとした例を示してきたが、もちろんこの数には限定はない。４つ以上でもよいし、１つの面発光レーザと１本の光ファイバのみとしたものでもよい。また、面型受光素子に適用することもできる。
【００４５】
光実装体としては、送信側において面発光レーザだけが集積されたもの、受信側において面型受光素子のみが集積されたもの、あるいは送受信の両方を備えた光実装体とするもののいずれでもよい。送信デバイス、受信デバイスが分かれている場合には一方向伝送となり、他方、送・受信デバイスが１つのモジュール内に収められていれば、双方向伝送が可能となる。
【００４６】
（第２の実施例）
本発明の第２の実施例は、GaAs基板を除去した薄膜型の面発光レーザではなく、GaAs基板上に作製した通常の面発光レーザを用いた例に係わる。面発光レーザの断面構造は、プロセスを説明する図の図３（ａ）に示されるものとほぼ同じで、ｐ側の電極の構造が光取り出し用の窓を設けたことと、素子間で電極分離するところが異なる。
【００４７】
図８に本実施例の斜視図を示す。面発光レーザ８４の切り出しサイズが大きくなったこと、レーザ８４とIC１２の配線８１をワイヤボンディングで行った以外は、図１の構成とほぼ同じであり、同一部分の説明は省略する。
【００４８】
GaAs基板上に作製された面発光レーザ８４の表面には、絶縁膜上にｐ電極兼電気配線および電極パッドとなるTi/Au８２が形成されている。そのｐ電極の発光点８３に相当するところには光取り出し窓が形成されている。IC１２と電気的に接合している実装基板1上の電極パッド８０とｐ電極８２の間は、ワイヤボンディング８１で配線されている。この配線はフレキシブル配線板などを用いてもよい。
【００４９】
ファイバガイド穴４を構成する厚膜レジスト３は、GaAs基板上で面発光レーザおよびｐ電極を形成してから、チップに切り出す前に一括して表面上に形成している。従って、面発光レーザ８４のチップを実装基板１上に実装したあとのホトリソグラフィ等のプロセスはなく、一括リフロー（はんだの加熱）による表面実装およびワイヤボンディングなどによる配線があるだけである。
【００５０】
本実施例では、GaAsウエハからのチップ切り出しサイズが第１の実施例より大きいため、レーザウエハから得られるレーザの個数すなわち収率が低減して実装体のコストが上昇する。また、カソードコモンとして駆動するために第１の実施例のようなアノードコモンタイプに比べて駆動の高速性に劣る。
【００５１】
しかし、本実施例における構造では、プロセス工程が少なくなって作製コストの低減および歩留まりの向上が可能となるので、アレイ数が少なく６２２Mbps程度の伝送の場合には適している。
【００５２】
（第３の実施例）
本発明による第３の実施例では、厚膜レジストを２段構成にして、面発光レーザの出射面とファイバ端面との距離を規定するものである。図６を用いてこれを説明する。
【００５３】
ファイバガイド穴６３を２層目の厚膜レジスト６１で形成し、ファイバ１６の径よりも細い３００μmφの穴６２を形成した厚膜レジスト６０が１層目となっている。これは、第１の実施例と同様の厚膜レジストパターニング工程を２回繰り返すことで構成することができる。この場合、いずれのレジスト膜厚も２００μmとした。これによって、ファイバ１６をガイド穴６３に突き当てで実装する場合に、レーザ素子等に衝突してダメージを与えることを緩和させることができる。また、ファイバ１６との光結合にはレンズで集光させることが望ましいが、ボールレンズ等を１層目の厚膜レジスト６０の穴に入れることでこれを達成できる。特に、受光素子とファイバ１６との結合においては有効である。
【００５４】
また、この方法では、一層目の厚膜レジスト６０の厚さを制御することで、自由にファイバ端面と面発光レーザ端面との距離を設定できる。
【００５５】
（第４の実施例）
図７に本発明の第４の実施例の厚膜レジスト７０のパターンの平面図を示す。ファイバを実装するガイド穴７２の他に溝７１を形成している。
【００５６】
この溝７１を形成することで、厚膜レジスト７０の現像時間を早める効果、下地とのストレスの緩和の効果、および固定用の接着剤の逃げとしての作用などがある。さらに、ファイバをガイド穴７２に入れるときに嵌合しやすいという利点もある。
【００５７】
厚膜レジストを用いてファイバガイド穴を形成する方法の場合、このようにホトマスクのパターンを変えることで自由にパターン形状を設計できる。たとえば、ファイバ径の異なるもの(１mmφ、５００μmφ、２５０μmφなど)を集積化させたり、ファイバ以外の矩形の導波路フィルム等を同様に嵌合するようなガイド溝を形成してここに導波路フィルム等を固定することもできる。
【００５８】
（第５の実施例）
本発明による第５の実施例は、以上述べてきた光実装体をモジュール化してできた高速光配線装置に関するものである。
【００５９】
図９は、第１、第２、第３の実施例のような厚膜レジストによるガイド穴によって、面発光レーザや面型受光素子とファイバが固定された実装体を用いたコネクタモジュールを示している。図９（ａ）において、９４は４本のファイバを束ねたリボンファイバで、９５はPOF、９６はPOF固定用治具、９３は全体をカバーしてPOF９５の固定強度を強めるものである。また、９２は図１で示した実装基板１であるが、周辺回路も同時に形成してチップ抵抗やコンデンサも集積化している。更に、９０は接続用リード９１を固定する台座であり、実装基板９２の裏面と接着して、実装基板９２の電極パッドとリード９１のトップとをワイヤボンディングで接続している。ファイバ９５と実装基板９２との間の固定はワイヤボンディングを行なってから最後に行う。接続用リード９１と実装基板９２の接続は、実装基板９２にスルーホールを形成してフリップチップ実装で行ってもよい。
【００６０】
一方、図９（ｂ）、（ｃ）には、このコネクタモジュールと回路基板９７との実装形態を示す。（ｂ）において、基板９７上に、ソケット９８をリード１０２とはんだ１０で固定しており、コネクタモジュールの接続リード９１とソケット９８の板ばね９９とで接触が得られるようになっており、脱着可能である。（ｃ）においては、接続リード９１を、直接、回路基板９７にはんだ付け（１０３）するものである。
【００６１】
このような構成にすることで、高速信号の伝送をボード間で行う場合の光配線装置を提供することができる。１chあたり１Gbpsを越えるような場合や、電磁放射ノイズが問題になるような場合に有効となる。
【００６２】
図９（ｃ）では回路基板９７に固定することになるが、実装基板９２とファイバ固定治具９３との間を接着せず、厚膜レジスト１００のガイド穴のところで脱着可能にしてもよい。その場合、ファイバ固定治具９３の外枠にツメなどを設けて脱着可能な機械機構を形成すればよい。尚、１０１はカバーである。
【００６３】
（第６の実施例）
本発明による第6の実施例は、第５の実施例のように光実装体の集積された光送受信モジュールを直接マザーボードに装着するのではなく、図１０に示すように電気コネクタ１１０内に収めて、電気接続リード１１１を介してPCやモニタ、プリンタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどの電子機器のインターフェース部と脱着が可能なようにしている。この電気コネクタ１１０は必要な機器の規格に応じて作製することができる。例えば、PCと液晶モニタを接続するためのデジタルモニタインターフェースの規格に合わせて２６ピンのMDRコネクタにしたり、IEEE1394やUSBなどの規格に合わせることも可能である。また、デジタル複写器のスキャナ部と感光部との内部接続などにも適用できる。これらの電子機器間の接続に本発明の光配線装置を用いることで、１チャンネルあたり１Gbpsから２．５Gbps程度で４〜５チャンネルの信号伝送が５０m以上可能となる。こうして、電気ケーブルでは限界のある高速映像伝送に代わって使用することができる。また、光接続であるので伝送線路から発生する電磁放射ノイズがなく、特に高速デジタル伝送でのノイズ対策の軽減につなげられる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によって以下のような効果が期待される。
光ファイバなどの光導波体と光素子のアライメント精度を向上させ、光ファイバなどの光導波体の固定作業も容易にして、生産性を向上させることができる。また、面型光素子を薄膜化することで光ファイバなどの光導波体との光結合をレンズレスで行う際の実装の容易性、設計の自由度を向上させることができる。
【００６５】
さらに、このような実装するための構造体を量産できる作製方法を提供することで、低コスト化が可能な光実装体およびこれを用いた光配線装置を実現できる。従って、高速デジタル信号を扱う電子機器内のボード間、あるいは電子機器同志の信号接続において、電気接続では限界のある領域、すなわち５０m以上で２．５Gbps程度の信号伝送が可能となり、大容量の映像伝送などを容易に、特別な電磁ノイズ対策などもなしに行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１実施例の面型光素子実装体を説明する斜視図である。
【図２】本発明による第1実施例における面型光素子実装体の断面図である。
【図３】本発明による面型光素子の作製方法を説明する断面図である。
【図４】本発明による面型光素子実装体の配線を説明する平面図である。
【図５】本発明による面型光素子実装体の作製方法を説明する斜視図である。
【図６】本発明による第３実施例の面型光素子実装体の断面図である。
【図７】本発明による第4実施例のガイド穴形状の平面図である。
【図８】本発明による第２実施例の面型光素子実装体を説明する斜視図である。
【図９】本発明による光接続モジュールを説明する図である。
【図１０】本発明による光配線装置を示す斜視図である。
【図１１】従来の面型光素子と光ファイバの結合を説明する断面図である。
【図１２】従来の面型光素子と光ファイバの結合を説明する断面図である。
【図１３】従来の面型光素子と光ファイバの結合を説明する図である。
【符号の説明】
１…実装基板
２、８０…電極パッド
３、６０、６１、７０、１００…厚膜レジスト
４、６３、７２、１２０９…ファイバガイド穴
５、８４…面型光素子
６、３１、６２、８３…光透過窓
８…素子分離溝
９、１０、１３…電気配線
１２、５３…Si-IC
１４、１５、２０１４…ファイバ固定治具
１６、９５、１２１０、１０３７、２０１６…光ファイバ
１７、１２１１…接着剤
２０、２５、１０３３、１０３５…電極
２１、２６、１２０８…絶縁膜
２２、２４、１０２３、１０２７…DBRミラー
２３…活性層および共振器層
２７…埋め込み層
２８…エアポスト
２９…選択酸化AlxOy層
３０、１０２１…基板
３２…コンタクトホール
５０…レーザウエハ
５１…レーザチップ
５２…実装用ウエハ
５４…実装領域
５５…ダイシングする切り取り線
７１…溝
８１…ワイヤ
９０…接続リード固定用台座
９１、１１１…接続リード
９２…光実装体
９３、９６…ファイバ固定治具
９４…ファイバアレイ
９７…回路基板
９８…ソケット
９９…板ばね
１０１…カバー
１０２…接続ピン
１０３…はんだ
１１０…電気コネクタ
１０２２…光吸収層
１０２４、１０２６…クラッド層
１０２５…活性層
１０２８…コンタクト層
１０３２…Si02
１０３６…反射防止膜
１２０１…電子回路基板
１２０２…発光チップ
１２０３、２０１８…面発光レーザ
１２０４…トランジスタ
１２０５、１２０６、１２０７…トランジスタ電極
２０１２…モジュール基板
２０２２、２０２３…突起
２０２４…ファイバ挿入孔
２０２６、２０２７…ガイド孔
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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