JP2000047070A

JP2000047070A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2000047070A
Application number: JP10217716A
Authority: JP
Inventors: Koji Takemura; 浩二竹村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 1998-07-31
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】発光素子と伝送用光ファイバを高効率に結合
するために、結合用ボールレンズ及び光素子を高精度に
位置決めすること。【解決手段】ボールレンズ２が、基板１０上の発光素
子１と光ファイバ３の間に光軸Ｌ方向に沿って形成され
たＶ溝７と、蓋体２０に設けられた凹部５により位置決
めされる構成とした。また、この蓋体２０に光アイソレ
ータや波長フィルター等の光学素子１６が固定されてお
り、ボールレンズ２の位置決めとともにこれら光学素子
１６が位置決めされる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や光情報処
理に用いられる光モジュール関し、特に、光半導体素子
と伝送用の光ファイバとを高効率に結合するために、結
合用のボールレンズを高精度に位置決めすることを可能
とした光モジュール関し、光伝送路中に高精度に光アイ
ソレータや波長フィルター等の光学素子を位置決め可能
な光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光モジュールの一般的な実装
方法としては、半導体レーザ等の光半導体素子を発光さ
せて、結合用のレンズや伝送用の光ファイバの位置決め
を行い、最大結合効率が得られる位置で、レンズや光フ
ァイバをＹＡＧ溶接等の接合方法を用いて固定する、い
わゆるアクティブアライメントと称する方法を採用して
きた。

【０００３】この実装方法の特徴は、高結合効率と高信
頼性が得られることであるが、反面、組立作業が煩雑と
なるという問題点があった。特に、半導体レーザ等の反
射光を防止する目的で、半導体レーザと光ファイバとの
間に、光アイソレータを実装したり、特定波長の光のみ
を透過させる目的で、波長フィルター等の光学素子を挿
入する場合は、さらに調芯箇所が多くなるため、工程が
いっそう複雑になり、組立時間も長くなる。

【０００４】近年、加入者系光通信網の普及に伴い、低
コスト化を目的とした半導体レーザやフォトダイオード
等の光半導体素子と光ファイバとを無調芯で実装するパ
ッシブアライメントと呼ばれる技術が注目されている。

【０００５】パッシブアライメントによる実装方法は、
シリコン基板等の異方性エッチングの技術を用いて高精
度に形成されたＶ溝と、このＶ溝に対してさらに高精度
に形成された光半導体素子搭載用電極、または、位置決
め用マーカーからなる実装用基板を用いることにより可
能となる。

【０００６】この実装方法の特徴は、光半導体素子と光
ファイバとを、光パワーをモニターすること無く無調芯
で直接接続でき、短時間で簡便に実装が行えるため、自
動化が容易で大量生産に適している。

【０００７】反面、結合効率が上記シリコン基板のパタ
ーンニング精度や、半導体素子等の実装精度に依存する
ため、高効率の結合には不向きであることや、直接結合
が基本であるため、光アイソレータ等の受動部品を光半
導体素子と伝送用光ファイバとの間に設置することは困
難であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、例えば上記構
成でコリメート用（または集光用の）ボールレンズをシ
リコンから成る基板表面に高精度に固定するためには、
図４（ａ），（ｂ）（図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ
線断面図）に示す光モジュールＪ１のごとく、基板５０
に異方性エッチングで形成したＶ溝５１の斜面上の×印
で示す、好ましくは３点（または４点）で固定する必要
がある。

【０００９】この時、半導体レーザ１とボールレンズ２
との間の距離は、光学系の設計（半導体レーザ１の出射
角とボールレンズ２の屈折率）によって一般に定まる
が、例えば基板５０の＜１１０＞方向に半導体レーザ１
用の電極とボールレンズ２を固定するためのＶ溝５１を
形成すると、半導体レーザ１の出射角が大きいため、ボ
ールレンズ２に入射する前に基板５０の表面でけられが
生じてしまう問題点があった。

【００１０】これを解決する方法として、図５（ａ），
（ｂ）（図５（ｂ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線断面図）に
示す光モジュールＪ２のごとく、基板５０上に固定した
半導体レーザ１とボールレンズ２との間に、ダイシング
等で矩形溝５２を形成し、けられを防止する方法があ
る。しかしながら、この方法でも設計の自由度を損なう
だけでなく、矩形溝５２の幅によっては３点支持が不可
能となる。

【００１１】さらに別の方法として、図６（ａ），
（ｂ）（図６（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ線断面図）に
示す光モジュールＪ３のごとく、基板５０の面を例えば
４５度傾けて半導体レーザ１用の電極とボールレンズ２
を固定するためのＶ溝５３を形成することにより、半導
体レーザ１からの出射光のけられを防止する方法が提案
されている。

【００１２】一般に高精度のＶ溝を形成するためには、
＜１１０＞方位（または、それと等価な方位）に平行な
開口を有するマスクでエッチングを行うことにより、平
滑な（１１１）面が得られることを利用する。上述のよ
うに面方位を４５度傾斜させることにより、これを利用
することができなくなる。

【００１３】また、別の方法として、幅の異なる縦列の
Ｖ溝や、、垂直に交差するＶ溝の交点を利用する方法が
考えられるが、コーナー部の別の結晶面によるなまりが
生じるため、ボールレンズを高精度に位置決めできない
ばかりか、なまりを補償するパターン等を用いる対策を
講じても十分な再現性を得ることは難しく、量産性に適
した方法ではなかった。

【００１４】そこで、本発明は上述の従来の諸問題に鑑
みて案出されたものであり、基板上に配設した発光素子
と基板に形成したＶ溝内に載置したボールレンズとを光
接続させて成る光モジュールにおいて、簡便な方法で高
精度な光接続を実現させ量産性が良く高効率な優れた光
モジュールを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の光モジュール
は、基板上に配設した発光素子と基板に形成したＶ溝内
に載置したボールレンズとを光接続させて成り、前記ボ
ールレンズと前記発光素子との間に前記Ｖ溝を横切る導
光部を設け、少なくとも前記ボールレンズを覆い該ボー
ルレンズを位置決めする凹部が形成された蓋体を配設し
て成ることを特徴とする。

【００１６】さらに、前記蓋体に光アイソレータや波長
フィルター等の光学素子が搭載されており、ボールレン
ズの位置決めとともにこれら光学素子が位置決めされる
構成の光モジュールとした。

【００１７】

【作用】上記のように構成にすることにより、発光素子
の光軸に垂直な方向の位置決めを、発光素子及び伝送用
の光ファイバを搭載する基板で行い、光軸方向の位置決
めを、蓋体に設けた凹部を用いて行うことにより、基板
及び蓋体に特別な形状を設けることなく、高精度に加工
が可能となる。

【００１８】また、この蓋体に光アイソレータや、波長
フィルタ等のデバイスを位置決めするための矩形溝や、
半田パターン等を用いて搭載することにより、発光素子
及び光ファイバを搭載するための基板に特別な高精度加
工を施すことなく、多機能な光モジュールを低コストで
構成することが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の光モジュールの一実施例
について、図面を用いて詳細に説明する。

【００２０】図１は本発明に係る光モジュールＭ１を平
面図にて示したものであり、図１（ａ）は図１（ｂ）に
示す蓋体２０を除いたサブアセンブリを示す。

【００２１】図１（ａ）に示すように、シリコン等の異
方性エッチングが可能な基板１０上に、半導体レーザ等
の発光素子１用の電極９、深いＶ溝７，８，８’、及び
浅いＶ溝１１が形成されており、電極９上に発光素子１
が、深いＶ溝７，８，８’には、発光素子１に光接続さ
せるボールレンズ２，ダミーボール４，４’が、浅いＶ
溝１１には伝送用の光ファイバ３がそれぞれ載置されて
いる。好ましくは正三角形または二等辺三角形の各頂点
に各ボールレンズが位置するように配置されるのが良
い。なお、その際に電極の配線やチップサイズ等を考慮
して最適に設計することはもちろんである。なお、図中
３１は発光素子１からの出射光のけられを防止する導光
部である矩形溝であり、ダイシング等により作製可能で
ある。

【００２２】この基板１０上に形成する電極９と各Ｖ溝
との相対位置を高精度に位置決めする方法は、自己整合
プロセス等を用いることにより、サブミクロンオーダー
での加工が可能である。ただし、ボールレンズ２は光素
子１の光軸（出射軸）Ｌに対し直交する方向について
は、機械的精度により規定されているが、深いＶ溝７内
で光軸Ｌ方向に沿って移動が可能である。

【００２３】上記ボールレンズ２，ボールレンズと同様
な材質，大きさのダミーボール４，４’上を覆う基板１
０と同様な材質の蓋体２０の裏面（基板１０に対向する
面）には、図１（ｂ）に示すような浅い凹部５、６、
６’が異方性エッチングにより形成され、それら凹部の
エッジ部でボールレンズ２，ダミーボール４，４’を支
持又は固定するように設計されている。そして、光軸Ｌ
方向の位置は、別途形成した略同径の２個のダミーボー
ル４、４’を残りの２個の凹部６，６’に固定すること
により規定している。

【００２４】このようにして、発光素子１の光軸Ｌ方向
に位置決めすることにより、深いＶ溝７，８，８’内の
任意位置でボールレンズ２，ダミーボール４，４’の位
置決めができ、なおかつボールレンズ２の有効角を広く
保つことができるため、光のけられがなく、高精度にボ
ールレンズ２の固定が可能となる。すなわち、光軸Ｌに
対して垂直方向の位置決めを基板１０のＶ溝側面で行
い、光軸Ｌ方向の位置決め固定をダミーボール４，４’
及び蓋体２０で行うのである。この構成を採用すること
により、高精度の位置決めと広い光路を確保できる。な
お、蓋体２０は予め各ボールを各凹部に固定して基板１
０上に載置するようにしてもよい。また、凹部５，６，
６’は光軸Ｌに直交する方向に長いＶ溝としてもよい。

【００２５】図２に本発明に係る光モジュールＭ２の実
施形態を示す。光モジュールＭ２の光モジュールＭ１と
主に異なる点は、２個のボールレンズ２、２’を用いる
点、及びその間に光アイソレータ５を配設した光学系が
構成されている点である。

【００２６】すなわち、図２（ａ）に示すように、深い
Ｖ溝１２，１２’内に２個のボールレンズ２，２’を固
定するが、光軸Ｌ方向については、別途設けられたダミ
ーボール４を基準として、図２（ｂ）に示すような蓋体
２０を覆うことにより位置決めを行う。また、光軸上に
設けられる光アイソレータ１６を、２個の凹部１４，１
４’の間の所定位置に矩形溝（または半田パターン）２
３等を用いて位置決めし固定する。なお、図中３２は発
光素子１の出射光のけられを防止する矩形溝である。

【００２７】このように、発光素子１及び光ファイバ３
を搭載する基板１０と、ボールレンズ２，２’の位置決
め及びその他の光素子（本実施例では光アイソレータ１
６）を位置決めする蓋体３０とに機能を分割することに
より、量産性に優れた高効率の光モジュールＭ２を実現
することができる。

【００２８】図３に本発明係る他の光モジュールＭ３の
平面図を示す。図３（ａ）に示すように、光モジュール
Ｍ３は発光素子１，１’、及び３個のボールレンズ２，
２’，２''を用いた双方向光モジュールである。

【００２９】光モジュールＭ３では、基板１０上に、発
光素子１，受光素子１’及び３個のボールレンズ２、
２’、２‘’を固定するための深いＶ溝１７と、光ファ
イバ３を固定するための浅いＶ溝１３とが形成されてい
る。ボールレンズを３個使用するため、上記光モジュー
ルＭ１，Ｍ２とは異なり、ダミーボールは不要となる。
これを、図３（ｂ）に示すような対称性に優れた蓋体４
０を用いて、ボールレンズ２，２’，２''を位置を規定
する形状を成す３個の凹部１８，１８’，１８''で、そ
れぞれのボールレンズの位置決めを行う。なお、図中３
３は発光素子１の出射光のけられを防止する矩形溝であ
る。

【００３０】また、これら凹部の位置で規定される所定
の箇所に、矩形溝２４をダイシング等により形成し、ハ
ーフミラーや波長フィルター等の光学素子２１を挿入、
固定することにより、送信モジュールと受信モジュール
とを一体化した双方向モジュールを構成することができ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光モジュ
ールによれば、発光素子及び光ファイバを搭載する基板
を複雑な形状にすることなく、簡便に量産性に優れた光
モジュールを提供することができる。

【００３２】また、発光素子、ボールレンズ、及び光フ
ァイバを搭載する基板と、蓋体とを別々に精度良く作製
することで信頼性を向上させた光モジュールを提供する
ことができる。

【００３３】また、蓋体に光学素子を搭載して利用する
場合には、発光素子からの発熱の影響が受けにくく優れ
た特性を維持した光モジュールを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光モジュールの一実施形態を説明
するための図であり、（ａ）はサブアセンブリの平面
図、（ｂ）は蓋体（裏面側）の平面図である。

【図２】本発明に係る光モジュールの他の実施形態を説
明するための図であり、（ａ）はサブアセンブリの平面
図、（ｂ）は蓋体（裏面側）の平面図である。

【図３】本発明に係る光モジュールの他の実施形態を説
明するための図であり、（ａ）はサブアセンブリの平面
図、（ｂ）は蓋体（裏面側）の平面図である。

【図４】従来のボールレンズを深いＶ溝内に固定する一
例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ線一部断面図である。

【図５】従来のボールレンズを深いＶ溝内に固定する他
の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
のＢ−Ｂ線一部断面図である。

【図６】従来のボールレンズを深いＶ溝内に固定する他
の例を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）
のＣ−Ｃ線一部断面図である。

【符号の説明】

１：発光素子１’：受光素子２，２’：ボールレンズ３：光ファイバ４，４’：ダミーボールレンズ５，６，６’，１４，１４’，１５，１８，１８’，１
８''：凹部１０：基板１６，２１：光学素子２０，３０，４０：蓋体３１，３２，３３，３４：導光部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：光モジュール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、発光素子と、該発光素子に光
接続させるボールレンズを配設するＶ溝とを設けた光モ
ジュールであって、前記発光素子と前記Ｖ溝との間に導
光部を設けるとともに、少なくとも前記ボールレンズ上
を覆い該ボールレンズの前記発光素子の出射軸方向の移
動を制限する凹部が形成された蓋体を配設して成ること
を特徴とする光モジュール。
【請求項２】前記ボールレンズの光出射側に光学素子
を配設するべく、前記蓋体の下面に光学素子を搭載した
ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。