(57)【要約】【課題】表面型光素子を用いる光モジュールの低価格化、製造の容易化、光結合効率の向上および小型化を図る。【解決手段】表面型素子１，１１はミラーを備えた小基板１０に実装される。複雑な電気配線等は大基板６上に備える。以上のように機能を分割して各基板に備えることにより、それぞれの基板への制約を減らし、実現性を高めることが出来る。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子にミラーが設置されており、
前記発光素子から出力された光が前記ミラーの反射面で反射されて前記発光素子外部に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、
前記発光素子外部からの電気信号で前記発光素子を制御することを特徴とする光素子。
【請求項２】
受光素子にミラーが設置されており、
前記受光素子外部から来る光が前記ミラーの反射面で反射されて前記受光素子の受光面に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、
前記受光素子外部からの電気信号で前記受光素子を制御することを特徴とする光素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光素子において、
前記ミラーと光結合できる位置に光配線が設けられたことを特徴とする光素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光素子において、
光路変換する前記ミラーの反射面が凹面形状になっていることを特徴とする光素子。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光素子において、
光路変換する前記ミラーが可動であることを特徴とする光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信システムに用いられる光モジュールの光路変換構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムを構成する光モジュールは、光ファイバ、光導波路、光素子、ミラー等の様々な部品から構成されている。光素子には、端面型光素子と面型光素子の２種類に分けられる。それぞれの構造で、素子の光軸方向が９０度異なるため、それぞれに応じた光結合構造をとっている。端面型光素子は、光ファイバや光導波路と光軸の方向が同じであるために、比較的容易に両者の位置合わせをすることが出来る。具体的には、光導波路等に近接させて端面型光素子の受光部または発光部と光導波路のコア位置が合うように実装する。しかし、面型光素子を光導波路等と光結合するためには、光路を約９０度変換するミラー部が必要になる。光モジュールを小型にするためには、このミラー部を小さくし、基板に設ける構造が多く検討されている。例えば、特開平９−２６５３０では、ミラーにシリコン基板をエッチングした斜面を用いている。他の例として、特開２００１−１８８１５０では、ミラーに、基板に設けた光導波路の端面を斜め加工した面を用いている。しかし、基板にはミラーを設けるだけではなく、少なくとも電気配線等の他の機能を設ける必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常、小型光モジュールでは、１枚の基板で複雑な電気配線と光路変換ミラーの、複数の機能を実現する必要があるため、基板の材料、構造に制約が多くなる欠点がある。本発明の目的は、この欠点を解決し、小型、製造容易、光結合効率が向上した低コストの光モジュールを得るために、光路変換構造を備えた光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明では以下の手段を用いる。
【０００５】
請求項１に記載の光素子は、発光素子にミラーが設置されており、前記発光素子から出力された光が前記ミラーの反射面で反射されて前記発光素子外部に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、前記発光素子外部からの電気信号で前記発光素子を制御することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の光素子は、受光素子にミラーが設置されており、前記受光素子外部から来る光が前記ミラーの反射面で反射されて前記受光素子の受光面に導かれるように前記ミラーの反射面角度が調整されており、前記受光素子外部からの電気信号で前記受光素子を制御することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の光素子は、請求項１または２に記載の光素子において、前記ミラーと光結合できる位置に光配線が設けられたことを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の光素子は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光素子において、光路変換する前記ミラーの反射面が凹面形状になっていることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の光素子は、請求項１乃至４のいずれかに記載の光素子において、光路変換する前記ミラーが可動であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したとおり、光路変換構造を備えた光素子を用いることにより、小型、製造容易、光結合効率が向上した低コストの光モジュールが実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１の実施の形態）
以下、本発明による光素子の第１の実施の形態について図１〜図４を用いて説明する。図１（ａ）は光路変換構造を備えた光素子１００の断面図である。図１（ｂ）は光路変換構造を備えた光素子１００の平面図である。光素子は表面発光素子１及びマイクロミラー２から構成されている。表面発光素子１の発光部２０の発光直径は約５μｍで、マイクロミラー２の大きさは約１００μｍ×１００μｍ×高さ４０μｍである。表面発光素子１の発光部２０からの放出光２２は、マイクロミラー２により水平方向に反射される。
【００１２】
図２を用いて、図１に示す光素子１００の製造方法を説明する。図２（ａ）は、表面が結晶方位（３、３、２５）面であるシリコン基板を用いて、異方性エッチングを行うことにより、斜面の角度が約４５度であるシリコンの型３を作製した断面図を示す。異方性エッチングは、断面形状が台形に似た形になる時点まで行う。次にシリコンの型３上の部分３ａと部分３ｂに、レジストをパターニングした後に金属を成膜させて、メッキを行い、メッキ膜４を得る。次に、図２（ｂ）は、メッキ膜４を、一時的に、仮搭載用基板５に転写した断面図を示す。仮搭載用基板５としては、例えば銅基板を用いる。次に、図２（ｃ）は、仮搭載用基板５に転写したメッキ膜４であるマイクロミラー２を、表面発光素子１の所定位置に接続した断面図を示す。次に、図２（ｄ）は、仮搭載基板５をエッチングにより除去した後の光路変換構造を備えた光素子１００の断面図を示す。以上の図２（ａ）から図２（ｄ）に示す工程により、図１の光素子１００の構造を形成する。
【００１３】
図３に光モジュール２００の断面図を示す。光モジュール２００は、大基板６、光路変換構造を備えた光素子１００、光ファイバ８等からなる。表面発光素子１は、ＬＳＩ９Ａ内部の駆動回路（図示せず）によりバンプ７、大基板６の電気配線（図示せず）、さらにバンプ７を介して、表面発光素子１を駆動し、発光部２０から出射される光の発光強度などを制御する。
【００１４】
図４（ａ）は、図１の光路変換構造を備えた光素子１００を用いた光モジュール２００の部分断面図である。光路変換構造を備えた光素子１００は、バンプ７を用いて実装され、光ファイバ８は大基板６に固定される。バンプ７の材料には金錫、銀錫等を用いる。バンプ７の大きさは直径約６０μｍである。光路変換構造を備えた光素子１００と、光ファイバ８の位置合わせは、光ファイバ８からの出力光の受光強度をモニタしながら行う。又は、大基板６上に正確な搭載用パターンを設け、それに対して光路変換構造を備えた光素子１００と光ファイバ８の位置を合わせる方法を用いることもできる。図４（ａ）に示すように、発光部２０から射出されマイクロミラー２で反射された光は、光ファイバ８に入射される。
【００１５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）における表面発光素子１の代わりに、表面受光素子１１を用いた光路変換構造を備えた光素子１０１が実装された光モジュール２０１の部分拡大図である。光ファイバ８から放出された光はマイクロミラー２で反射され受光部２１に入射する。受光部２１に入射された光強度は、表面受光素子１１で電気信号に変換されて、大基板６の電気配線（図示せず）、バンプ７を介して、ＬＳＩ内部回路（図示せず）で信号処理される。光路変換構造を備えた光素子１００と、光ファイバ８の位置合わせは、光ファイバ８からの表面受光素子１１へ入力した光の受光強度をモニタしながら行う。又は、大基板６上に正確な搭載用パターンを設け、それに対して光路変換構造を備えた光素子１０１と光ファイバ８の位置を合わせる方法を用いることもできる。
【００１６】
以上のように、光モジュール２００や２０１は、表面受光素子１または表面受光素子１１にミラー２が備えられた構成として取り扱うことにより、大基板６には、ミラー２などの光路変換部を設ける必要がなくなった。したがって、大基板６には、電気配線のみを形成すれば良くなった。従来は、大基板６に光路変換と、複雑な電気配線を設ける必要があったため、高耐熱基板を使用する必要があるなどの制約があった。このため、コストが高かった。本発明により、大基板６に要求される光学系の仕様が緩和されたため、光モジュール２００や２０１の製造歩留まりが向上した。さらに、表面発光素子１または、表面受光素子１１に直接ミラーを設けるため、光路長が短くなり、光ファイバ８、マイクロミラー２と表面発光素子または、表面受光素子との結合効率が高くなった。
【００１７】
（第２の実施の形態）
本発明による光素子の第２の実施の形態について図５〜図８を用いて説明する。図５（ａ）は光路変換構造を備えた光素子１０２の断面図である。電気配線１４Aがある小基板１０上にマイクロミラー２と、バンプ７を用いて実装された表面受光素子１１が配置されている。表面受光素子１１は小基板１０にバンプ７を介して電気的に接続されている。小基板１０としてはＳｉ、セラミック、樹脂基板等を用いることが出来る。表面受光素子１１の受光部２１の受光直径は約１００μｍ、マイクロミラー２の大きさは約５０μｍ×５０μｍ×高さ３５μｍ、バンプ７の直径は約５０μｍである。バンプ７の材料として金錫、銀錫等を用いることが出来る。小基板１０の表面と平行に入射してきた光２３は、マイクロミラー２で反射され、表面受光素子１１の受光部２１へ入射する。図５（ｂ）は光路変換構造を備えた光素子１０３の断面図である。光素子１０２の表面受光素子１１を表面発光素子１に変更したものである。表面発光素子１の発光部２０から放出された光２２は、小基板１０上に設けられたマイクロミラー２で反射され小基板１０の表面に沿って進み、外部に放出される。
【００１８】
次に、図５（ａ）、（ｂ）に示された光路変換構造を備えた光素子１０２および１０３の各部材の製造方法を説明する。小基板１０は、例えば、樹脂基板ではエポキシフィルムの積層、メッキ、ヴィア穴あけの工程の組み合わせにより形成できる。マイクロミラー２は、図２（ａ），（ｂ）と同様に、エッチングしたＳｉ基板にメッキをつけ、そのメッキ膜を基板に転写する方法で作製する。また、図６（ａ）に示すように、小基板１０上に金バンプ１２を置き、シリコンの型３を小基板１０に押圧成形する方法により図６（ｂ）に示す成形されたミラー１３を得ることもできる。バンプ７は、半田打ちぬきや、半田ボールを供給する方法で小基板１０上に形成する。チップマウンタ‐（図示せず）を用いて、そのバンプ７上に、表面受光素子１１や表面発光素子１を搭載する。
【００１９】
図７に、光路変換構造を備えた光素子１０２を用いた光モジュールの部分断面図を示す。光路変換構造を備えた光素子１０２を、大基板６に実装し、光ファイバ８を大基板６に固定する。光路変換構造を備えた光素子１０２と、光ファイバ８の位置合わせは、光ファイバ８からの放出光を、表面受光素子１１で受光し、その受光強度をモニタしながら行う。又は、大基板６上に正確な搭載用パターンを設け、それに対して光路変換構造を備えた光素子１０２と光ファイバ８の位置を合わせる方法を用いることもできる。
【００２０】
小基板１０と大基板６との接続を容易にするため、図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、小基板１０に設けられた電気配線のピッチを表面受光素子１１の端子ピッチよりも広げることも出来る。図８（ａ）は光路変換構造を備えた光素子の断面図である。図８（ｂ）は光路変換構造を備えた光素子の平面図である。小基板１０の表面に設けられた電気配線１４Ｂを拡大した断面図と平面図である。小基板１０の周縁部において電気配線１４Ｂのピッチ間隔を広げている。図８（ｃ）は、小基板１０の内層にある電気配線１４Ａを拡大した図である。小基板１０の周縁部に向かって、電気配線１４Ａのピッチを広げる。
【００２１】
電気配線１４Ａ間または電気配線１４Ｂ間のピッチを広げることで、光路変換構造を備えた光素子から外部へ電気配線を引き出すことが容易となる。
【００２２】
以上のように表面受光素子１１または表面発光素子１を、マイクロミラー２を備えた小基板１０に接続した構成で取り扱うことにより、大基板６には、マイクロミラー２などの光路変換部を設ける必要がなくなるので、電気配線のみを形成すれば良くなった。従来は、大基板６にマイクロミラー２などの光路変換部分と、複雑な電気配線を設ける必要があったため、高耐熱基板を使用する必要があるなどの制約があった。このため、コストが高かった。本発明により、大基板６に要求される光学系の仕様が緩和されたため、光素子１０２、１０３の製造歩留まりが向上した。一方、小基板１０は、平坦性が高い、硬い等の光学系を組むために適した基板を使用することにより、光ファイバ８、マイクロミラー２と表面受光素子間１１または表面発光素子１との光結合効率が高くなった。
【００２３】
（第３の実施の形態）
本発明による光素子の第３の実施の形態について図９を用いて説明する。図９は集光ミラー１５を用いた光路変換構造を備えた光素子１０４の断面図である。高速の光信号を受光するためには、受光径の小さな受光素子を用いる必要がある。信号速度が１０Ｇｂｐｓ程度の高速になった場合には、表面受光素子１１の受光部２１における受光径は約２０〜３０μｍに小さくなる。この場合には、図９に示すように、集光ミラー面２８を凹形状、例えば球面や楕円面にした集光ミラー１５を用いることにより、集光ミラー面２８で直径約２５μｍの光を集光して直径約１０μｍにし、表面受光素子１１の受光部２１へと導くことが出来る。第１および第2の実施の形態に示したすべてのミラーに代えて集光ミラー１５は使用可能である。
【００２４】
（第４の実施の形態）
本発明による光素子の第４の実施の形態について図９〜図１１を用いて説明する。図９において、外部から集光ミラー１５へ入射する光２３の広がり角が大きく、集光ミラー面２８での光２３のスポットサイズが集光ミラー面２８より大きくなり、全ての光を反射できない場合には、図１０、１１に示すように、光導波路１６を用いる。図１０（ａ）は光路変換構造を備えた光素子の断面図であり、図１０（ｂ）は、光路変換構造を備えた光素子の平面図である。外部からの光を、光導波路１６に伝播させることにより、光スポットを広げることなく、ミラー２まで伝播させることが出来るため、マイクロミラー２で全ての光を反射し、受光部２１へ導くことが出来る。図１１は光路変換構造を備えた光素子の断面図である。外部からの光を、光導波路１６に伝播させることにより、光スポットを広げることなく、マイクロミラー２まで伝播させることが出来るため、効率よく光を受光部２１へ導くことが出来る。
【００２５】
（第５の実施の形態）
本発明による光素子の第５の実施の形態について図１２、図１３を用いて説明する。高速のＬＳＩ９AとＬＳＩ９B間の配線を光配線で行う場合、光路変換構造を備えた表面受光素子１１と表面発光素子１とを同一基板６上に設ける構造を用いることが出来る。図１２の断面図のように同一基板上に２つのＬＳＩ９Aと９B、光路変換構造を備えた表面発光素子１、表面受光素子１１と光ファイバ８を設けることにより、ＬＳＩ９A、９B間を高速信号を伝播できる光配線でつなぐことが出来る。また、図１３の平面図のように、複数の表面発光素子１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄと表面受光素子１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄを用いれば、伝送量を増大させることが出来る。図１３では、表面発光素子および表面受光素子がそれぞれ４個の場合を示したが、５個以上を用いることも可能である。従来は、大基板６にミラーを多数個つけた後に、多数個の光素子をつけていたが、本実施例のミラー付きの光素子を多数個実装したほうが歩留まりが向上する。すなわち、光ファイバを多数個搭載した本実施例の構造の多チャンネルモジュールの歩留まりが従来よりも向上するということである。
【００２６】
（第６の実施の形態）
本発明による光素子の第６の実施の形態について図１４、図１５を用いて説明する。図１４は、光路変換構造を備えた光素子の光路変換部となるマイクロミラー２が可動である場合を示す断面図である。マイクロミラー２は可動素子１７上に搭載されている。図１４（ａ）の光学系の場合、外部からの光２４は全てマイクロミラー２を介して表面受光素子１１の受光部２１に入射するため、光信号を電気信号に変換することができる。可動素子１７を動かして図１４（ｂ）の光学系にした場合は、外部からの光２４は、表面受光素子１１の受光部２１には、入射しないため、光信号を電気信号に変換することが出来ない。同様に、図１５（ａ）の光学系では、表面発光素子１が発する光がミラー２で反射され、光路が約９０度変換され、光ファイバ８に入射し、外部に光が出る。図１５（ｂ）の光学系では、表面発光素子１が発する光はミラー２で反射されず、直進するため、光ファイバ８には入射せず、外部に光が出ない。以上のように、可動素子１７を供えた構造を用いて、表面発光素子１から放出された光を外部に出すか、出さないかを可動素子１７を用いて制御することができるため、光によるオン−オフのスイッチを構成することが出来る。又、可動素子１７の可動量を微妙に調節し、受光素子の受光部に光が入る量を連続的に変化させることも出来る。可動素子１６を可動させる力としては、静電力、圧電力、磁力等、場合に応じて任意の力を用いることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】光路変換構造を備えた光素子１００であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】光路変換構造を備えた光素子の作製方法を示す断面図であり、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は各工程を示す。
【図３】光路変換構造を備えた光素子を用いた光モジュールの部分断面図。
【図４】光モジュールの断面図であり、（ａ）は表面発光素子を使用した場合、（ｂ）は表面受光素子を使用した場合を示す。
【図５】光路変換構造を備えた光素子の断面図であり、（ａ）は表面受光素子を使用した場合、（ｂ）は表面発光素子を使用した場合である。
【図６】光路変換構造を備えた光素子のミラー部作製方法を示す断面図であり、（ａ）、（ｂ）は各工程を示す。
【図７】光路変換構造を備えた光素子を用いた光モジュールの部分断面図。
【図８】光路変換構造を備えた光素子であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は断面図を示す。
【図９】集光ミラーを用いた光路変換構造を備えた光素子の断面図。
【図１０】光路変換構造を備えた光素子であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図１１】光路変換構造を備えた光素子の断面図。
【図１２】光路変換構造を備えた発光素子と光路変換構造を備えた受光素子の断面図。
【図１３】複数の光路変換構造を備えた光素子の平面図。
【図１４】光路変換構造を備えた光素子の光路変換部が可動である断面図であり、（ａ）は受光部に光が入射する場合、（ｂ）は受光部に光が入射しない場合を示す。
【図１５】光路変換構造を備えた光素子の光路変換部が可動である断面図であり、（ａ）は外部に光が出射する場合、（ｂ）は外部に光が出射しない場合を示す。
【符号の説明】
【００２８】
１、1Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ：表面発光素子
２：マイクロミラー
３：シリコンの型
４：メッキ膜
５：仮搭載用基板
６：大基板
７：バンプ
８：光ファイバ
９Ａ、９Ｂ：ＬＳＩ
１０：小基板
１１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄ：表面受光素子
１２：金バンプ
１３：成形されたミラー
１４A、１４B：電気配線
１５：集光ミラー
１６：光導波路
１７：可動素子
２０：発光部
２１：受光部
２２：放出光
２３、２４：光
２８：集光ミラー面
１００、１０１、１０２、１０３、１０４：光路変換構造を備えた光素子
２００、２０１：光モジュール
２０：発光部
２１：受光部
２２：放出光
２３、２４：光
２８：集光ミラー面
【図１】
2007108802.tif 000003
【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】
2007108802.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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