(57)【要約】【課題】光導波路が形成された基板上に光素子を実装した光モジュールにおいて、光導波路と光素子の結合効率が高い光モジュールを実現する。【解決手段】光モジュール１００は、基板１１０と、基板１１０上に形成された光導波路１２０と、基板１１０上に形成された台座１３０と、基板１１０に対して傾いた状態でその光軸高さが光導波路１２０の光軸高さと一致するように台座１３０上に搭載された光素子１４０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成された光導波路と、
前記基板上に形成された台座と、
前記基板に対して傾いた状態でその光軸高さが前記光導波路の光軸高さと一致するように前記台座上に搭載された光素子と、
を備えた光モジュール。
【請求項２】
前記台座の前記光軸方向の長さは、前記光素子の前記光軸方向の長さより短く、前記台座は、前記光素子の前記光軸方向における中央部に設置された、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記台座は、前記光素子の前記光軸に沿う第１の側面に近接して設置された第１の台座と、前記光素子の前記光軸に沿う第２の側面に近接して設置された第２の台座とを備える、請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記第１及び第２の台座は、前記光素子の外側へ延伸した延伸部を有する、請求項３に記載の光モジュール。
【請求項５】
基板上に光導波路及び台座を形成する工程と、
前記台座の上面と前記光導波路の光軸との相対的高さのプロセス誤差を求める工程と、
光素子を前記基板に対して傾けて前記台座上に搭載した場合に前記光素子の光軸高さが前記光導波路の光軸高さと一致するようにするのに必要な前記光素子の傾き角を、前記相対的高さのプロセス誤差に基づいて算出する工程と、
前記光素子を前記傾き角に保持する工程と、
前記光素子を前記傾き角で前記台座に固着させる工程と、
を含む光モジュール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール及び光モジュール製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光導波路が形成された基板上に半導体レーザ（ＬＤ）等の光素子を実装した光モジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。図７は、従来の光モジュール７００の一例を示す断面構成図である。光モジュール７００は、基板７１０上に光導波路７２０と光素子搭載用の台座７３０とが形成され、この台座７３０上に光素子として半導体レーザ７４０が搭載された構成を有している。光導波路７２０は、下部クラッド層７２２、コア層７２４、及び上部クラッド層７２６からなる。光導波路７２０の下部クラッド層７２２の膜厚、及び台座７３０の膜厚（高さ）は、台座７３０上に半導体レーザ７４０を搭載した時に半導体レーザ７４０の活性層７４２の光軸高さ（基板７１０の表面からの高さ）と光導波路７２０のコア層７２４の光軸高さとが等しくなるような、最適な膜厚に形成されている。そのため、半導体レーザ７４０を台座７３０上に載せるだけで、高さ方向（基板７１０に垂直な方向）の光軸合わせは完了する。なお、水平方向（基板７１０に平行な方向）の光軸合わせを行う方法としては、半導体レーザ７４０と基板７１０の双方にアライメントマーカを形成し、両者を画像認識することによって半導体レーザ７４０の位置を調整する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８２３０４４号公報
【特許文献２】特開２００８−２４１７３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、従来の光モジュール７００においては、高さ方向の光軸合わせは半導体レーザ７４０を台座７３０上に載せるだけでよい。しかしながら、例えば光導波路７２０及び台座７３０を形成するプロセスの誤差等に起因して、光導波路７２０の下部クラッド層７２２の膜厚と台座７３０の高さが最適値からずれた場合には、半導体レーザ７４０の活性層７４２の光軸高さと光導波路７２０のコア層７２４の光軸高さが一致しなくなり、その結果、半導体レーザ７４０の活性層７４２から出射して光導波路７２０のコア層７２４へ入射する光の結合効率が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的の１つは、光導波路が形成された基板上に光素子を実装した光モジュールにおいて、光導波路と光素子の結合効率が高い光モジュールを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、基板と、前記基板上に形成された光導波路と、前記基板上に形成された台座と、前記基板に対して傾いた状態でその光軸高さが前記光導波路の光軸高さと一致するように前記台座上に搭載された光素子と、を備えた光モジュールである。
【０００７】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記台座の前記光軸方向の長さは、前記光素子の前記光軸方向の長さより短く、前記台座は、前記光素子の前記光軸方向における中央部に設置された、光モジュールである。
【０００８】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記台座は、前記光素子の前記光軸に沿う第１の側面に近接して設置された第１の台座と、前記光素子の前記光軸に沿う第２の側面に近接して設置された第２の台座とを備える、光モジュールである。
【０００９】
また、本発明の他の一態様は、上記一態様において、前記第１及び第２の台座は、前記光素子の外側へ延伸した延伸部を有する、光モジュールである。
【００１０】
また、本発明の他の一態様は、基板上に光導波路及び台座を形成する工程と、前記台座の上面と前記光導波路の光軸との相対的高さのプロセス誤差を求める工程と、光素子を前記基板に対して傾けて前記台座上に搭載した場合に前記光素子の光軸高さが前記光導波路の光軸高さと一致するようにするのに必要な前記光素子の傾き角を、前記相対的高さのプロセス誤差に基づいて算出する工程と、前記光素子を前記傾き角に保持する工程と、前記光素子を前記傾き角で前記台座に固着させる工程と、を含む光モジュール製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光導波路が形成された基板上に光素子を実装した光モジュールにおいて、光導波路と光素子の結合効率が高い光モジュールを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る光モジュール１００の断面構成図である。
【図２】第１実施形態に係る光モジュール１００の上面図である。
【図３】第１実施形態に係る光モジュール１００の製造方法を示すフロー図である。
【図４】第２実施形態に係る光モジュール４００の上面図である。
【図５】第３実施形態に係る光モジュール５００の上面図である。
【図６】第３実施形態に係る光モジュール５００の断面構成図である。
【図７】従来の光モジュール７００の断面構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る光モジュール１００の断面構成図であり、光モジュール１００をその光軸に沿って基板１１０に垂直な面で切断した様子を表す。図２は、光モジュール１００の上面図である。
【００１５】
光モジュール１００は、基板１１０と、基板１１０上に形成された光導波路１２０及び台座１３０と、台座１３０上に搭載された光素子１４０とを備えて構成されている。光導波路１２０は、基板１１０側から順に、下部クラッド層１２２、コア層１２４、上部クラッド層１２６が積層されて構成されている。コア層１２４は、例えば、直線状のパターンを有する。光導波路１２０には、エッチング等により基板１１０に対して垂直な端面１２８が形成されている。光素子１４０は、本実施形態では半導体レーザであり、活性層１４２を有する。光素子１４０は、活性層１４２が光導波路１２０の端面１２８に露出したコア層１２４と対面するようにして台座１３０上に搭載され、ＡｕＳｎ半田等の接合材１５０によって基板１１０に接合されている。
【００１６】
台座１３０は、光素子１４０の光軸高さを所望の高さに調整する役割を有している。即ち、台座１３０の膜厚（高さ）は、台座１３０上に光素子１４０を（水平に）搭載した状態において、光素子１４０の活性層１４２の光軸高さが光導波路１２０のコア層１２４の光軸高さと一致するような高さに設計される。台座１３０の高さの設計値（最適値）ｈ１は、光導波路１２０の下部クラッド層１２２の膜厚をｈ２、コア層の膜厚をｈ３、光素子１４０の底面（台座１３０と接する面）から活性層１４２の中心までの高さをｈ４とすると、
ｈ１＝ｈ２＋ｈ３／２−ｈ４
である。
【００１７】
しかしながら、本実施形態では、例えば光導波路１２０及び台座１３０を形成するプロセスの誤差等に起因して、台座１３０は、その実際の高さｈ１’が設計値ｈ１よりも低く、又は高く形成されている。この場合、光素子１４０をそのまま（水平に）台座１３０上に載せると、活性層１４２の光軸高さとコア層１２４の光軸高さが一致せず、活性層１４２とコア層１２４の間で光軸の不一致による光学的損失が発生してしまう。
【００１８】
このような光学的損失の発生を避けるために、光素子１４０は、その底面が台座１３０の上面と接触した状態で活性層１４２の端面の高さと光導波路１２０のコア層１２４の端面の高さが一致するように、基板１１０に対して傾けられて台座１３０上に搭載されている。例えば、図１においては、台座１３０の実際の高さｈ１’は設計値ｈ１よりも低いので、光素子１４０は、光導波路１２０に近い側（図１右側）が高くなる姿勢に傾けられている。反対に、台座１３０の実際の高さｈ１’が設計値ｈ１よりも高い場合には、光素子１４０は、光導波路１２０に近い側が低くなる姿勢に傾ければよい。光素子１４０のこのような傾きは、接合材１５０が光素子１４０の底面と接合していることによって維持されている。
【００１９】
ここで、光素子１４０の傾き角をθ、台座１３０の実際の高さと設計値との差をΔｈ（＝ｈ１−ｈ１’）、光素子１４０の光導波路１２０側の端面から光素子１４０と台座１３０上面との接触位置までの長さをＬ１とすると、光素子１４０の活性層１４２の光軸高さと光導波路１２０のコア層１２４の光軸高さを一致させるのに必要な光素子１４０の傾き角は、θ＝ｓｉｎ−１（Δｈ／Ｌ１）≒Δｈ／Ｌ１で与えられる。例えば、Ｌ１＝４００μｍ、Δｈ＝１．５μｍとすると、θ≒０．２°となる。
【００２０】
本実施形態による光モジュール１００は、上記のように光素子１４０が台座１３０上に傾いて搭載されることにより光素子１４０の活性層１４２の光軸高さと光導波路１２０のコア層１２４の光軸高さが一致しているので、活性層１４２とコア層１２４の間において高い結合効率を実現することができる。なお、台座１３０の高さのプロセス誤差はせいぜい１μｍであり、このとき必要な光素子１４０の傾き角は上記の通りおおよそ０．２°であるが、この程度の傾き角であれば、活性層１４２の光軸とコア層１２４の光軸の角度ずれはほとんど問題にならない。
【００２１】
ここで、図１に示されるように、上記光軸に沿った方向において、台座１３０は、光素子１４０よりも短い寸法を有し且つ光素子１４０の中央部に位置するように形成されている。そのため、台座１３０の実際の高さｈ１’が設計値ｈ１よりも低い場合と高い場合のいずれにおいても、光素子１４０を適切な向きに傾けて台座１３０上に搭載することができる。
【００２２】
また、図２に示されるように、台座１３０は、光素子１４０の両側面近傍に２つ形成されている。そのため、台座１３０は光素子１４０を安定して支持することができると共に、台座１３０と光素子１４０との接触面積が小さい（光素子１４０の中心付近は台座１３０と接触していない）ことにより、当該接触部分に異物が入り込んで光素子１４０が台座１３０から浮いてしまう不具合が発生するおそれを低減することができる。
【００２３】
更に、図２に示されるように、上記２つの台座１３０は、光素子１４０の外側に延伸して張り出した（即ち、光素子１４０と接触していない）延伸部１３２を有する形状に形成されている。そのため、光素子１４０を台座１３０上に搭載した後に、光素子１４０と台座１３０が密着しているかどうか（両者の接触部分に異物が入り込んでいないか）を確認するための外観検査を、この延伸部１３２を観察することによって実施することができる。
【００２４】
次に、上述した光モジュール１００の製造方法を説明する。図３は、本実施形態による光モジュール１００の製造方法を示すフロー図である。
【００２５】
まず、基板１１０上に光導波路１２０及び台座１３０を形成する（ステップＳ３１０）。具体的には、基板１１０上に下部クラッド層１２２、コア層１２４、上部クラッド層１２６を順に積層し、エッチングにより端面１２８を露出させて光導波路１２０とすると共に台座１３０を形成する。あるいは、ＳＯＩ基板を利用して、ＳＯＩ基板の埋め込み絶縁膜層（ＢＯＸ層）を下部クラッド層１２２、ＳＯＩ基板表面のＳｉ層をコア層１２４として用いてもよい。台座１３０は、下部クラッド層１２２と同一の層を図２の形状にエッチングすることにより形成されるが、このように形成された台座１３０の高さは、上述した通り設計値からずれている。
【００２６】
次に、上記のようにして形成された台座１３０の実際の高さ（膜厚）を測定し、その高さと設計値との差Δｈを求める（ステップＳ３２０）。次に、求めた差Δｈと、光素子１４０の光導波路１２０側の端面から光素子１４０と台座１３０上面との接触位置までの長さＬ１（設計値）とから、光素子１４０の必要な傾き角θ≒Δｈ／Ｌ１を算出する（ステップＳ３３０）。なお、台座１３０の高さの設計値からのずれΔｈは、光モジュール１００を作製するウェハの面内で一定の場合がある。そのような場合には、ステップＳ３２０及びステップＳ３３０は、ウェハ面内の代表的な１つ（又は複数）の光モジュール１００について実施すればよい。
【００２７】
次に、光素子１４０を上記算出した傾き角θに傾けてアセンブリ装置のアームで保持し、光素子１４０を傾き角θに傾けたまま水平方向（基板１１０に平行な方向）の望ましい位置（即ち、光素子１４０を搭載すべき台座１３０の上方）へ移動させる（ステップＳ３４０）。水平方向の位置合わせには、例えば、基板１１０と光素子１４０の双方に設けられたアライメントマーカを画像認識する手法を適用することが可能である。
【００２８】
次に、光素子１４０をアームで上記のように傾けたまま接合材１５０と接触するまで下降させ、接合材１５０を加熱して溶融させる。接合材１５０が溶融することにより、光素子１４０は傾いたまま更に下方に沈み込んで、台座１３０に当接して停止する。接合材１５０が冷却されると、光素子１４０は傾き角θを有した状態で台座１３０に固着される（ステップＳ３５０）。
【００２９】
＜第２実施形態＞
図４は、本発明の第２実施形態に係る光モジュール４００の上面図である。なお、光モジュール４００の断面構成は上述した第１実施形態と同じであるので、図１を参照されたい。
【００３０】
本実施形態による光モジュール４００は、台座４３０の平面形状が第１実施形態と異なっている。台座４３０は、光素子４４０の一方の側面４４０２から他方の側面４４０４にわたって延在して形成されている。このような形状であっても、第１実施形態と同じように、光素子４４０を台座４３０の高さに応じて傾けて台座４３０上に搭載することができる。
【００３１】
＜第３実施形態＞
図５は、本発明の第３実施形態に係る光モジュール５００の上面図である。図６は、光モジュール５００を、その光軸に垂直且つ基板５１０に垂直な光素子５４０を通る面で切断した様子を表す断面構成図である。
【００３２】
本実施形態による光モジュール５００は、台座５３０の平面形状が第１及び第２実施形態と異なっている。台座５３０は、光素子５４０の一方の側面５４０２下部を支持するように当該側面５４０２に沿って延在して形成されている。光素子５４０の他方の側面５４０４下部には台座は形成されていない。
【００３３】
光素子５４０は、台座５３０側の底面が台座５３０の上面と接触した状態で活性層５４２の端面の高さと光導波路５２０のコア層５２４の端面の高さが一致するように、光軸に平行な軸の周りに傾けられて台座５３０に搭載されている。光素子５４０の底面のうち台座５３０と接触していない部分は接合材５５０と接合されており、これによって光素子５４０の傾きが維持されている。図６においては、台座５３０の実際の高さｈ１’は設計値ｈ１よりも低いので、光素子５４０は、側面５４０２側（台座５３０側）が低く、側面５４０４側が高くなる姿勢に傾けられている。反対に、台座５３０の実際の高さｈ１’が設計値ｈ１よりも高い場合には、光素子５４０は、側面５４０２側が高く、側面５４０４側が低くなる姿勢に傾ければよい。
【００３４】
ここで、光素子５４０の傾き角をθ、台座５３０の実際の高さと設計値との差をΔｈ（＝ｈ１−ｈ１’）、光素子５４０の活性層５４２から光素子５４０と台座５３０上面との接触位置までの長さをＬ２とすると、光素子５４０の活性層５４２の光軸高さと光導波路５２０のコア層５２４の光軸高さを一致させるのに必要な光素子５４０の傾き角は、第１実施形態と同様、θ＝ｓｉｎ−１（Δｈ／Ｌ２）≒Δｈ／Ｌ２で与えられる。
【００３５】
本実施形態による光モジュール５００も、上記のように光素子５４０が台座５３０上に傾いて搭載されることにより光素子５４０の活性層５４２の光軸高さと光導波路５２０のコア層５２４の光軸高さが一致しているので、活性層５４２とコア層５２４の間において高い結合効率を実現することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、その要旨を逸脱しない範囲内において様々な変更が可能である。
【００３７】
例えば、上述した実施形態では台座の高さｈ１が誤差Δｈを有すると考えたが、台座の高さを絶対的な基準にとって、光導波路の下部クラッド層の膜厚ｈ２やコア層の膜厚ｈ３に誤差Δｈが存在していると考えてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１００  光モジュール
１１０  基板
１２０  光導波路
１２２  下部クラッド層
１２４  コア層
１２６  上部クラッド層
１２８  端面
１３０  台座
１４０  光素子
１４２  活性層
１５０  接合材
【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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