(57)【要約】【課題】簡単な工程で作製することができ、信頼性の高い光路変換を低コストで行うことが可能な光デバイスを提供する。【解決手段】基板２と、基板２上に実装された光半導体素子３と、光半導体素子３の光軸３ｂに対して交差する光軸４ｂを有する光伝送路４と、光路変換により光半導体素子３と光伝送路４との間を光学的に結合する光結合部５とを備えた光デバイス１。光伝送路４は、光を伝送する伝送路本体８と、その外面を覆う金属被覆部１０とを有する。光結合部５は、金属被覆部１０における反射によって前記光路を変換させる。光結合部５は、伝送路本体８の先端から延出させた金属被覆部１０（延長部１１）の内面１３ａを反射面として光路を変換させる。【選択図】図１
2012078661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に実装された光半導体素子と、
前記光半導体素子の光軸に対して交差する光軸を有する光伝送路と、
前記光半導体素子と前記光伝送路との間の光路を変換して前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、
前記光伝送路は、光を伝送する伝送路本体と、その外面を覆う金属被覆部とを有し、
前記光結合部は、前記金属被覆部における反射によって前記光路を変換させるように形成されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項２】
前記光結合部は、前記伝送路本体の先端から延出させた前記金属被覆部の内面を反射面として前記光路を変換させることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
【請求項３】
前記光半導体素子の光軸は、前記光伝送路の光軸に対して略垂直とされ、
前記光結合部は、前記延出した金属被覆部の内面において、前記光半導体素子と前記光伝送路の一方からの光を反射して他方に入射させることによりこれらを光学的に結合させることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
【請求項４】
前記光半導体素子、あるいは前記光伝送路からの出射光の前記光結合部での反射角が、前記光半導体素子の光軸と、前記光伝送路の光軸との成す角の半分の角度±５度の範囲内にあるように前記光結合部が配置されたことを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
【請求項５】
前記延出した金属被覆部の先端が前記基板に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の光デバイス。
【請求項６】
前記延出した金属被覆部の先端が前記基板の電極部に電気的に導通した状態で固定されることを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
【請求項７】
基板と、
前記基板上に実装された光半導体素子と、
前記光半導体素子の光軸に対して交差する光軸を有する第１光伝送路と、
基板上に配線された第２光伝送路と、
前記光半導体素子と前記第１光伝送路との間の光路を変換して前記光半導体素子と前記第１光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、
前記第２光伝送路は、光を伝送する伝送路本体と、その外面を覆う金属被覆部とを有し、
前記光結合部は、前記金属被覆部における反射によって前記光路を変換させるように形成されていることを特徴とする光デバイス。
【請求項８】
前記光半導体素子の光軸は、前記第１光伝送路の光軸に対して略垂直とされ、
前記光結合部は、前記第２光伝送路の金属被覆部の外面において、前記光半導体素子と前記第１光伝送路の一方からの光を反射して他方に入射させることによりこれらを光学的に結合させることを特徴とする請求項７に記載の光デバイス。
【請求項９】
前記第２光伝送路は、前記基板に沿い、かつ前記第１光伝送路の光軸に垂直な方向に配線されることを特徴とする請求項７または８に記載の光デバイス。
【請求項１０】
前記光半導体素子、あるいは前記光伝送路からの出射光の前期金属被覆部外面での反射角が前記光半導体素子の光軸と、前記光伝送路の光軸との成す角の半分の角度±１０度の範囲内にあるように前記光結合部が配置されたことを特徴とする請求項７〜９のうちいずれか１項に記載の光デバイス。
【請求項１１】
前記金属被覆部は、光が反射する部分が平坦とされていることを特徴とする請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーバーなどの高速通信機器、自動車内光配線、携帯電話などの小型電子機器等に用いられる光デバイスに関する。詳しくは、発光素子と受光素子とが光ファイバなどの光伝送路を通して相互に光送受信可能に結合された光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、サーバーなどの高速通信機器、自動車内光配線、携帯電話など小型電子機器に光配線が適用されつつある。
これらの機器は小型化と低コスト化が進み、それに伴い、光受信装置にも小型化と低コスト化の要求が強い。また、受発光素子である面発光レーザやフォトダイオードは、並列光インターコネクションのキーデバイスとして、その有用性が高まっている。その実用化においては、光を制御する実装が必要となり、従来の電気部品の実装に比べて、高い実装精度が要求されている。このような高い精度での実装は、その製造コストが膨大になり、市場への波及を阻むことになっている。
【０００３】
そこで、半導体プロセスなどを駆使し、非常に高精度に加工された部材を利用し、その部材の面を基準面にそれぞれ光学素子を実装する技術が検討されている。この高精度に加工された部材をオプティカルベンチと呼び、オプティカルベンチによる実装技術として、様々な要求を満足する上で、非常に重要な技術である。この技術によれば、低いコストで高い精度の部品を作ることができ、その部品を用いた実装は、精度良く、低コスト化が可能であって、現在では、光ファイバの実装において、大きな役割を担っている。
【０００４】
しかし、このような実装技術においても、単に光ファイバと端面レーザとを光結合するものにとどまり、その汎用性や、その製造コストの面で、未だ課題を残している。特に、面発光レーザと、光ファイバや導波路との光結合はその最も大きな課題の一つである。
面発光レーザやフォトダイオードは、その発光面、受光面の光軸方向が基板に対して垂直であり、従来の端面レーザとは大きく異なる。
この面発光レーザなどの課題に対し、４５度に傾いたミラーを介することで、同様なオプティカベンチを提供するものがある。これにより、面発光レーザなどに対する高精度の実装が可能になるが、製造コストの面では未だ課題を抱えている。
光送受信装置において、受発光素子と光導波路の結合は、従来のアクティブアライメント方式（受発光素子を駆動させて、最適な位置を探しながら組み立てる）に代わり、より安価な結合が可能な、パッシブアライメント方式（受発光素子を駆動させず、機械的な位置決めにより組み立てる）が積極的に検討されている。
当該技術分野における従来技術として、特許文献１〜４が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−１４８１０７号公報
【特許文献２】特開２００９−１２８７７７号公報
【特許文献３】特開２０１０−９０１９号公報
【特許文献４】特開２００１−１３５８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、端面が斜めに加工されたフィルム導波路と、高さ補償部材とを用いる構造が開示されている。
この技術では、斜めに加工されたフィルム導波路の端面において光路の方向を変換するが、十分な光結合が得られるとはいえない。また、高さ補償部材にコストがかかるという問題がある。また、フィルム導波路はコストが高いため長距離伝送には不向きであることから、用途が限定されることも問題である。
【０００７】
特許文献２には、光路変換に用いる金属ミラーをベアチップと実装基板との電気的導通確保に用いるワイヤとして用いる構造が開示されている。
しかし、この技術では、径が数μｍ〜１０μｍ程度の細いワイヤをミラーとして用いるため、調芯が非常に困難である。太いワイヤを用いれば調芯の問題は改善できるが、そのようなワイヤは他の用途がないことから専用品が必要となり、コストの問題が生じる。
また金属被覆光伝送路に直接ワイヤボンディングする工程は、ワイヤボンディングの衝撃によって光伝送路の信頼性を低下させるという問題もある。
ファイバ支持部材を用い、その支持部材にワイヤボンディングする実施例も示されているが、ファイバ支持部材分のコストがかさむことになる。
【０００８】
特許文献３には、未硬化の透明樹脂を光伝送路と光半導体素子の間に塗布して、光結合をした後に硬化し光路変換部を形成する構造が開示されている。
しかし、この技術では、温度が透明樹脂のガラス転移点を超えた場合に樹脂部が軟化し形状維持ができなくなるため、信頼性が低いという問題がある。
【０００９】
特許文献４には、フォトダイオードをサブキャリアに実装し、光ファイバが実装されたＶ溝を有したシリコン基板にサブキャリアを実装することで光結合を行う構造が開示されている。
しかし、この技術は、サブキャリアを必要とするためコストがかかり、さらに、シリコン基板にＶ溝を加工する必要があり基板材料および加工のコストがかさむという問題がある。
【００１０】
特許文献１〜４に記載されている技術を用いることで、光路変換可能な光デバイスを作製することは可能である。しかし、製造工程が複雑であり、このことによりコストが高くなるなどの問題がある。また、信頼性が低下することも問題である。
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、簡単な工程で作製することができ、信頼性の高い光路変換を低コストで行うことが可能な光デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光デバイスは、基板と、前記基板上に実装された光半導体素子と、前記光半導体素子の光軸に対して交差する光軸を有する光伝送路と、前記光半導体素子と前記光伝送路との間の光路を変換して前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、前記光伝送路は、光を伝送する伝送路本体と、その外面を覆う金属被覆部とを有し、前記光結合部は、前記金属被覆部における反射によって前記光路を変換させるように形成されている。
本発明の光デバイスでは、前記光結合部は、前記伝送路本体の先端から延出させた前記金属被覆部の内面を反射面として前記光路を変換させる構成とすることができる。
本発明の光デバイスでは、前記光半導体素子の光軸は、前記光伝送路の光軸に対して略垂直とされ、前記光結合部が、前記延出した金属被覆部の内面において、前記光半導体素子と前記光伝送路の一方からの光を反射して他方に入射させることによりこれらを光学的に結合させる構成とすることができる構成とすることができる。
本発明の光デバイスでは、前記光半導体素子、あるいは前記光伝送路からの出射光の前記光結合部での反射角が、前記光半導体素子の光軸と、前記光伝送路の光軸との成す角の半分の角度±５度の範囲内にあるように前記光結合部が配置されることが好ましい。
本発明の光デバイスでは、前記延出した金属被覆部の先端が前記基板に固定されていることが好ましい。
本発明の光デバイスでは、前記延出した金属被覆部の先端が前記基板の電極部に電気的に導通した状態で固定されることが好ましい。
【００１２】
本発明の光デバイスは、基板と、前記基板上に実装された光半導体素子と、前記光半導体素子の光軸に対して交差する光軸を有する第１光伝送路と、基板上に配線された第２光伝送路と、前記光半導体素子と前記第１光伝送路との間の光路を変換して前記光半導体素子と前記第１光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、前記第２光伝送路は、光を伝送する伝送路本体と、その外面を覆う金属被覆部とを有し、前記光結合部は、前記金属被覆部における反射によって前記光路を変換させるように形成されている。
本発明の光デバイスでは、前記光半導体素子の光軸は、前記第１光伝送路の光軸に対して略垂直とされ、前記光結合部は、前記第２光伝送路の金属被覆部の外面において、前記光半導体素子と前記第１光伝送路の一方からの光を反射して他方に入射させることによりこれらを光学的に結合させる構成とすることができる。
本発明の光デバイスでは、前記第２光伝送路は、前記基板に沿い、かつ前記第１光伝送路の光軸に垂直な方向に配線される構成とすることができる。
本発明の光デバイスでは、前記光半導体素子、あるいは前記光伝送路からの出射光の前期金属被覆部外面での反射角が前記光半導体素子の光軸と、前記光伝送路の光軸との成す角の半分の角度±１０度の範囲内にあるように前記光結合部が配置されることが好ましい。
本発明の光デバイスでは、前記金属被覆部は、光が反射する部分が平坦とされている構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属被覆部を用いた光結合部によって光路変換を行い、光半導体素子と光伝送路とを光学的に結合させることができるため、光路変換のためのレンズやミラーが必要なく、部品点数を少なくできる。
光半導体素子と光伝送路との光結合を簡単な構造で実現できるため、製造が容易であり、しかも低コスト化が可能となる。さらには、構造が簡単であるため、光デバイスの小型化にも有効である。
また、この構造によれば、各部材の位置関係等の各種パラメータを、シミュレーションや実験により光結合効率が最も高くなるように最適化するのが容易であり、これにより精度の高いパッシブ調心が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態の光デバイスを模式的に示す断面図である。
【図２】第１実施形態の光デバイスに用いる光伝送路を製造するための第１工程を示す正面図である。
【図３】光伝送路を製造するための第２工程を示す斜視図である。
【図４】光伝送路を製造するための第３工程を示す斜視図である。
【図５】光伝送路を製造するための第４工程を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態の光デバイスを模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の光デバイス１を模式的に示す断面図である。
光デバイス１は、基板２の実装面２ａに実装された光半導体素子３と、基板２の実装面２ａに沿って配置された光伝送路４と、光半導体素子３と光伝送路４との間を光学的に結合する光結合部５とを備えている。
【００１６】
光半導体素子３は、発光素子または受光素子を使用することができる。半導体素子３が発光素子の場合においては、「光半導体素子と光伝送路との間の光路を変換」するとは、光半導体素子３から出射した光を光伝送路４に入射するように光路（光の進行方向）を変えることを意味する。光半導体素子３が受光素子の場合においては、「光半導体素子と光伝送路との間の光路を変換」するとは、光伝送路４から出射した光が光半導体素子３に入射するように光路（光の進行方向）を変えることを意味する。
【００１７】
光半導体素子３は、光信号を出射又は入射させる部分として受発光部３ａを有する。光半導体素子３が受光素子の場合、受発光部３ａは受光部であり、光半導体素子３が発光素子の場合、受発光部３ａは発光部である。受発光部３ａは、光半導体素子３の上面に設けられている。
発光素子としては、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等を用いることができる。受光素子としては、フォトダイオード（ＰＤ）等を用いることができる。
【００１８】
光半導体素子３としての面発光レーザとは、基板２に対して垂直な方向に共振器を形成したレーザであり、基板２に対して垂直な方向に光が出射される。
面発光レーザとしては、例えば、中心波長８５０ｎｍ、発光部３ａの直径１０μｍ、出力光強度２ｍＷ程度のものを使用することができる。面発光レーザのサイズは、例えば０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍ×０．２ｍｍ程度である。
光半導体素子３としてのフォトダイオードとしては、例えば、受光径１００μｍ、変換効率０．６Ａ／Ｗのフォトダイオードを使用できる。
基板２のサイズは特に限定されないが、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍ×０．８ｍｍ程度とすることができる。
【００１９】
光半導体素子３は、基板２の実装面２ａに形成された電極部６Ａ、６Ｂに電気的に接続されている。
光半導体素子３は、下面３ｃで電極部６Ａに直接接続され、電極部６Ｂにはワイヤ配線７を介して接続されている。
【００２０】
基板２としては、ガラスエポキシ基板、セラミック基板等の各種絶縁基板を使用することができる。電極部６Ａ、６Ｂは銅メッキ電極、金メッキ電極、銀メッキ電極等の一般的な電極によって形成することができる。
ワイヤ配線７としては、金ワイヤ、アルミニウムワイヤ、銅ワイヤ等を使用することができる。
【００２１】
光伝送路４は、光を伝送する伝送路本体８と、伝送路本体８の外面を覆う金属被覆部１０とを備えている。
伝送路本体８としては、光ファイバ、光導波路などが使用でき、特に光ファイバが好ましい。  
光ファイバとしては、石英系光ファイバ、プラスチック光ファイバ等が使用できる。光導波路としては、石英光導波路、高分子光導波路等の基板型光導波路を用いることができる。
【００２２】
金属被覆部１０は、例えば伝送路本体８の外周に無電解メッキを施すことにより形成することができる。金属被覆部１０の材質としては、金、銀、銅、アルミニウム等を用いることができるが、反射率の高さ、コストなどの面から銅を用いることが好ましい。銅は、赤外領域の光に対して十分な反射率を有していることから、光を効率よく反射することができる。
図示例の光伝送路４は、実装面２ａに沿い、かつ実装面２ａから距離をおいて配線されている。
【００２３】
光半導体素子３は、その光軸３ｂが光伝送路４の光軸４ｂ（特に端部４ａ付近における光軸４ｂ）に交差するように配置されている。
この実施形態では、光半導体素子３の光軸３ｂは基板２に対し略垂直であり、光伝送路４の光軸４ｂは基板２に沿うため、光半導体素子３の光軸３ｂは、光伝送路４の光軸４ｂに対し略垂直となっている。すなわち光軸３ｂと光軸４ｂは９０度で交差している。なお、光軸３ｂと光軸４ｂとが交差する角度は９０度に限らず、例えば０度を越え、１８０度未満の任意の角度としてよい。
【００２４】
光結合部５は、光伝送路４の金属被覆部１０における反射によって光路を変換させるものである。
この実施形態では、光結合部５は、伝送路本体８の先端から金属被覆部１０だけを延出させた延長部１１により構成される。
延長部１１は、金属被覆部１０の全体ではなく周方向の一部のみを延出させることにより形成されている。図示例の延長部１１は、金属被覆部１０の上部半筒部分によって形成されている。
具体的には、延長部１１を構成する上部半筒部分は、金属被覆部１０を、その中心軸を通る平面によって上下に２分割し、基板２側の半筒部分（下部半筒部分）を除去して得られる形態とされている。
【００２５】
延長部１１は、屈曲部１１ａで屈曲させた形状であり、伝送路本体８の先端からその先端方向に沿って延出する基延出部１２と、基延出部１２の先端（屈曲部１１ａ）から下降しつつ延出する傾斜部１３とを有する。
傾斜部１３の内面１３ａ（反射面）は、光半導体素子３の光軸３ｂおよび光伝送路４（伝送路本体８）の光軸４ｂに臨むように形成される。内面１３ａは、基板２に平行な面に対し所定の角度θ１で傾斜している。
傾斜部１３の内面１３ａは、光半導体素子３と光伝送路４の一方からの光を反射して他方に入射させることにより光半導体素子３と光伝送路４を光学的に結合させる光結合部５として機能する。
【００２６】
傾斜部１３の内面１３ａの光結合部５での傾斜角度θ１は、光半導体素子３と光伝送路４とを光結合させ得る角度であれば特に限定されないが、光軸３ｂと光軸４ｂの成す角の半分の角度±５度の範囲内にあることが好ましい。傾斜角度θ１をこの範囲とすることによって、損失を低く抑えることができる。
図示例では、光軸３ｂと光軸４ｂの成す角は９０度であり、傾斜角度θ１は４５度であり、傾斜角度θ１の望ましい範囲は４５±５度である。
【００２７】
光半導体素子３、あるいは光伝送路４からの出射光の光結合部５での反射角は、光軸３ｂと光軸４ｂの成す角の半分の角度±５度の範囲内にあることが好ましい。反射角をこの範囲とすることによって、損失を低く抑えることができる。
図示例では、光軸３ｂと光軸４ｂの成す角は９０度であり、前記反射角は４５度であり、前記反射角の望ましい範囲は４５±５度である。
【００２８】
傾斜部１３の形状は半筒状に限らず、平板状であってもよいが、半筒状とすると、光半導体素子３と光伝送路４の一方からの光を集光させて他方に入射させることができるため好ましい。
【００２９】
この実施形態においては、傾斜部１３の先端１３ｂは、基板２の電極部９にロウ接によって固定することができる。ロウ接は、樹脂接着剤による固定に比べて強固な固定が可能となるため、傾斜部１３の角度を安定させることができる。よって、光路のズレ等に起因する光結合効率の低下を防ぎ、高い信頼性を確保できる。符号１５はロウ接部である。
ロウ接による固定により、金属被覆部１０は基板２の電極部９と電気的に導通した状態となる。このため、金属被覆部１０を介した電気信号の送受信も可能となり、省スペース化、省配線化を図ることができる。ロウ接の材料としては、Ｓｎ−Ａｇ系（例えばＳｎ−Ａｇ−Ｃｕ系）、Ｓｎ−Ｂｉ系合金、Ｓｎ−Ｃｕ系合金、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ａｕ−Ｓｎ系などの鉛フリー半田、共晶半田、低温半田等を用いることができる。
【００３０】
光デバイス１では、傾斜部１３の内面１３ａの傾斜角度は、光半導体素子３と光伝送路４との結合効率を左右する重要な要素となる。
光半導体素子３として面発光レーザを用い、光伝送路４として、コア径が５０μｍの石英ガラスファイバを伝送路本体８とする金属被覆ファイバを用いた場合に、傾斜部１３の傾斜角度が光半導体素子３と光伝送路４との結合効率に及ぼす影響を調べた。
光半導体素子３の出射光の半値幅は±１０度、光半導体素子３から光伝送路４の端部４ａまでの光路距離を０．３ｍｍ（光半導体素子３と光結合部５との距離は１５０μｍ、光結合部５と光伝送路４の端部４ａとの距離は１５０μｍ）とした。結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
2012078661.tif 000003
【００３２】
表１に示すように、傾斜部１３の内面１３ａの傾斜角度は４５度のとき最も結合効率が高かった。また、傾斜角度が４５±５度の範囲であれば、損失を低く抑えることができることがわかった。具体的には、傾斜角度が４５±５度の範囲では、傾斜角度４５度の場合に比べて結合効率の低下を３ｄＢ以内に抑えることができた。
【００３３】
次に、光結合部５を製造する方法の一例を図２〜図５を参照して説明する。
図２および図３に示すように、伝送路本体８の外周面に金属被覆部１０が形成された光伝送路４の中間部分４ｃの一部（半筒部分）を、塩化第二鉄水溶液からなるエッチング液２１に浸漬する。エッチングにより金属被覆部１０の下部半筒部分が除去され、上部半筒部分が残る（以下、第１工程という）。
この半筒部分を形成するには、エッチングに限らず、伝送路本体８に金属被覆部１０を無電解メッキにより形成する際に、一部（上半分）のみに無電解メッキを施す方法を採ることもできる。
【００３４】
次いで、図３に示すように、金属被覆部１０が除去されて露出した伝送路本体８に対し、ＣＯ２レーザ等のレーザ光２２を照射して伝送路本体８の一部を除去する（以下、第２工程という）。
【００３５】
図４に示すように、超音波洗浄等によりゴミを取り除いた後、伝送路本体８が除去された部分の金属被覆部１０を切断する。図示例では、伝送路本体８が除去された部分の金属被覆部１０は、長さ方向の中央位置２３で切断される（以下、第３工程という）。
これによって、伝送路本体８の先端から金属被覆部１０だけを延出させた延長部１１が形成される。
【００３６】
図５に示すように、伝送路本体８から延出した金属被覆部１０の延長部１１を屈曲部１１ａで屈曲させることによって、基延出部１２と傾斜部１３とを有する形状とする（図１参照）（以下、第４工程という）。
上記製造方法によれば、光結合部５となる傾斜部１３を有する延長部１１を光伝送路４から簡単に作製することができる。
【００３７】
光デバイス１では、金属被覆部１０（延長部１１）を用いた光結合部５によって光路変換を行い、光半導体素子３と光伝送路４とを光学的に結合させることができる。このため、光路変換のためのレンズやミラーが必要なく、部品点数を少なくできる。
光半導体素子３と光伝送路４との光結合を簡単な構造で実現できるため、製造が容易であり、しかも低コスト化が可能となる。また、構造が簡単であるため、部材間の調整が少なくてよく、信頼性を高めることができる。さらには、光デバイスの小型化にも有効である。
また、この構造によれば、光伝送路４から延出させる延長部１１の長さ、傾斜部１３の傾斜角度、光半導体素子３と光伝送路４との位置関係等の各種パラメータを、シミュレーションや実験により光結合効率が最も高くなるように最適化するのが容易であり、これにより精度の高いパッシブ調心が可能となる。
【００３８】
図６は、本発明の第２実施形態である光デバイス３１を模式的に示す断面図である。以下の説明において、図１に示す第１実施形態と同じ構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００３９】
光デバイス３１は、光半導体素子３と、基板２の実装面２ａに沿って配置された第１光伝送路１４と、基板２上に配線された第２光伝送路２４と、光半導体素子３と第１光伝送路１４とを光学的に結合する光結合部２５とを備えている。
第１光伝送路１４としては、光ファイバ、光導波路などが使用でき、特に光ファイバが好ましい。光ファイバとしては、石英系光ファイバ、プラスチック光ファイバ等が使用できる。光導波路としては、石英光導波路、高分子光導波路等の基板型光導波路を用いることができる。第１光伝送路１４は、第１実施形態の光伝送路４と同様に、金属被覆ファイバであってもよい。
【００４０】
光半導体素子３は、その光軸３ｂが第１光伝送路１４の光軸４ｂに交差するように配置されている。図示例では光軸３ｂは基板２に対し略垂直であり、光軸３ｂと光軸４ｂは９０度で交差しているが、光軸３ｂと光軸４ｂとが交差する角度は０度を越え、１８０度未満の任意の角度としてよい。
【００４１】
光デバイス３１は、延長部１１に代えて、第２光伝送路２４の金属被覆部３０の外面３０ａによって光結合部２５が構成される点で図１に示す光デバイス１と異なる。
第２光伝送路２４は、光を伝送する伝送路本体２８と、伝送路本体２８の外面を覆う金属被覆部３０とを備えている。
伝送路本体２８としては、光ファイバが好ましく、例えば石英系光ファイバ、プラスチック光ファイバ等が使用できる。
第２光伝送路２４は、例えば光半導体素子３とは異なる光半導体素子（図示略）に光結合された光伝送路である。
【００４２】
第２光伝送路２４は、金属被覆部３０の外面３０ａが光半導体素子３の光軸３ｂおよび第１光伝送路１４の光軸４ｂに臨むように配置される。
金属被覆部３０の外面３０ａは、光半導体素子３と第１光伝送路１４の一方からの光を反射して他方に入射させることにより光半導体素子３と第１光伝送路１４を光学的に結合させる光結合部２５として機能する。
【００４３】
光結合部２５（光が反射する位置）における金属被覆部３０の外面３０ａの接線２６を想定し、この接線２６の基板２に対する傾斜角度（接線２６の光軸４ｂに対する傾斜角度）をθ２とする。この傾斜角度θ２は、光半導体素子３と光伝送路１４とを光結合させ得る角度であれば特に限定されないが、光軸３ｂと光軸４ｂの成す角の半分の角度±１０度の範囲内にあることが好ましい。傾斜角度θ２をこの範囲とすることによって、損失を低く抑えることができる。
なお、接線２６は、第２光伝送路２４の配線方向に対し垂直な面内にあり、かつ外面３０ａに接する線である。
図示例では、光軸３ｂと光軸４ｂの成す角は９０度であり、傾斜角度θ２は４５度であり、傾斜角度θ２の望ましい範囲は４５±１０度である。
【００４４】
光半導体素子３、あるいは光伝送路１４からの出射光の光結合部２５（外面３０ａの光反射位置）での反射角は、光軸３ｂと光軸４ｂの成す角の半分の角度±１０度の範囲内にあることが好ましい。反射角をこの範囲とすることによって、損失を低く抑えることができる。
図示例では、光軸３ｂと光軸４ｂの成す角は９０度であり、前記反射角は４５度であり、前記反射角の望ましい範囲は４５±１０度である。
【００４５】
金属被覆部３０の外面３０ａは、光結合部２５となる部分を平坦としてもよく、これにより光結合効率を高めることができる。また、光結合部２５となる部分を平坦とすることは、パッシブ調心の際のばらつき低減の点でも有効である。
【００４６】
第２光伝送路２４は、基板２に沿い、かつ第１光伝送路１４の光軸４ｂに垂直な方向（図６における紙面に垂直な方向）に配線されるのが好ましい。この構造によれば、複数の光半導体素子３と複数の第１光伝送路１４とをそれぞれ第２光伝送路２４の長手方向に沿って配列し、これらを一括して光結合させることができる。
【００４７】
光デバイス３１では、反射面となる金属被覆部３０の外面３０ａの位置が光半導体素子３と第１光伝送路１４との結合効率を左右する重要な要素となる。
光半導体素子３として受光径１００μｍ、変換効率０．６Ａ／Ｗのフォトダイオードを用い、第１光伝送路１４として光ファイバを用いた場合に、光が反射する位置における外面３０ａの接線２６の基板２に対する傾斜角度θ２（接線２６の光軸４ｂに対する傾斜角度）が光半導体素子３と第１光伝送路１４との結合効率に及ぼす影響を調べた。
第２光伝送路２４としては、外径２００μｍのポリイミドコート石英ファイバ（コア径５０μｍ、クラッド径１２５μｍ）の外周面に、銅からなる金属被覆部３０（厚さは例えば５０μｍ）が形成された外径３００μｍの金属被覆ファイバを使用した。フォトダイオードと第２光伝送路２４との距離は１００μｍとした。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
表２に示すように、反射位置における外面３０ａの接線２６の傾斜角度は４５度のとき最も結合効率が高かった。また、傾斜角度が４５±１０度の範囲であれば、損失を低く抑えることができることがわかった。具体的には、傾斜角度が４５±１０度の範囲では、傾斜角度４５度の場合に比べて結合効率の低下を３ｄＢ以内に抑えることができた。
【００５０】
光デバイス３１では、第２光伝送路２４の金属被覆部３０の外面３０ａによって光結合部２５が構成されるため、光路変換のためのレンズやミラーが必要なく、部品点数を少なくできる。よって、製造が容易であり、しかも低コスト化が可能となる。また、構造が簡単であるため、部材間の調整が少なくてよく、信頼性を高めることができる。さらには、光デバイスの小型化にも有効である。
この実施形態では、第２光伝送路２４をそのままの形態で光結合部２５として使用するため、反射面形成のための加工が不要となり、製造コストを抑えることができる。
また、この構造によれば、第１光伝送路１４および光半導体素子３に対する第２光伝送路２４の位置関係等の各種パラメータを、シミュレーションや実験により光結合効率が最も高くなるように最適化するのが容易であり、これにより精度の高いパッシブ調心が可能となる。
【００５１】
光デバイス３１では、複数の光半導体素子３と複数の第１光伝送路１４とをそれぞれ第２光伝送路２４の長手方向に沿って配列することによって、これらを一括して光結合させることができる。
この構造では、複数の光路の結合効率が１本の第２光伝送路２４の位置によって定められるため、第２光伝送路２４の位置調整によって、複数の光路についての調心を一括して行うことができる。このため、調整作業が容易となり、コスト低減も可能となる。また、光結合効率を高める上でも有利である。
【符号の説明】
【００５２】
１、３１・・・光デバイス、２・・・基板、３・・・光半導体素子、３ｂ・・・光軸、４・・・光伝送路、４ｂ・・・光軸、５、２５・・・光結合部、８・・・伝送路本体、１０・・・金属被覆部、１１・・・延長部、１３・・・傾斜部、１３ａ・・・傾斜部の内面、１４・・・第１光伝送路、２４・・第２光伝送路、３０・・・金属被覆部、３０ａ・・・外面。
【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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