JP2000258643A

JP2000258643A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2000258643A
Application number: JP11059268A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Abe; 真一阿部
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】従来より大幅な小型化が実現できる上にクロ
ストーク比が大きな優れた光モジュールを提供するこ
と。【解決手段】基板１０の一主面側に、発光素子１４及
び発光素子１４からの送信光を基板１０の他主面側へ屈
折させる導光手段（６，１０ｂ）を設け、基板１０の他
主面側において、導光手段により屈折させられた送信光
及び外部からの受信光の各々を、所定方向へ出射するよ
うに成した光モジュールＭ１とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光ファイバ
による光通信装置や計測装置等に好適に使用される光モ
ジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば１．３１μｍ及び１．
５５μｍの２種類の波長の光を送受信する双方向光モジ
ュールにおいて、光部品をパッシブアライメントで搭載
可能な所謂シリコンプラットフォームと称する基板が使
用されている。

【０００３】また、この種の双方向光モジュールには、
上記基板にダイシング等で光路を横切る溝を形成し、こ
の溝に波長フィルタを挿入搭載するフィルタ挿入型の光
モジュールと、マッハツェンダ導波路または方向性結合
器を基板上に形成する導波路型の光モジュールとが知ら
れている。

【０００４】フィルタ挿入型の光モジュールは、例えば
図８に示す光モジュールＪ１のように構成されている。
ここで、基板５０には、光路を妨げないように形成した
光路確保用の溝５５、浅く形成した溝５６，光路確保用
の溝５７が形成され、また、ボールレンズ６０，６１を
搭載するためのＶ溝５１，光ファイバ６５を搭載するた
めのＶ溝５４が形成され、さらに、溝５６にはボールレ
ンズ６２を搭載するためのＶ溝５２と受光素子６６を搭
載するためのＶ溝５３が各々形成されている。また、光
路を横切るように形成された斜め溝５８には、例えば透
光性の基板上に誘電体の多層膜が積層された波長フィル
タ６３を挿入する。また、発光素子６４用の電極５９，
５９が形成され、この一方の電極に発光素子６４を搭載
するようにしている。

【０００５】このように構成された光モジュールＪ１に
おいて、Ｖ溝５４に搭載された光ファイバ６５により導
かれた受信光（１．５５μｍ）は、ボールレンズ６１に
より平行光にされ、波長フィルタ６３に入射される。そ
して、波長フィルタ６３は受信光を反射させてＶ溝５３
に搭載された受光素子６６でボールレンズ６２を介して
受信されるように導く。

【０００６】一方、電極５９に搭載された発光素子６４
から出射された送信光（１．３１μｍ）は、Ｖ溝５１に
搭載されたボールレンズ６１によって平行光にされ、波
長フィルタ６３に入射される。そして、波長フィルタ６
３は送信光を透過し、Ｖ溝５４に搭載された光ファイバ
６５に入射される。これにより、高いクロストーク比
（＝−１０ log（受光素子で受信される送信光強度／受
光素子で受信される受信光強度）≧５０）が得られる。

【０００７】また、導波路型の光モジュールは、例えば
図９に示す光モジュールＪ２のように構成されている。
ここで、基板には光ファイバ７６を搭載するためのＶ溝
７５が形成された光ファイバ搭載部７０、光ファイバ７
６の突き当て用溝７４、例えば埋め込み型のマッハツェ
ンダ型波長フィルタである導波路７３が形成された導波
路形成部７９、この導波路形成部７９より低い領域に、
発光素子７７用の電極７２、及び受光素子７８用の電極
７１が各々形成された電極形成部８０が設けられてい
る。

【０００８】このように構成された光モジュールＪ２に
おいて、Ｖ溝５４に搭載された光ファイバ７６により導
かれた受信光（１．５５μｍ）は導波路７３に入射さ
れ、電極７１に搭載された受光素子７８で受信される。

【０００９】一方、電極７２に搭載された発光素子７７
から出射された送信光（１．３１μｍ）は、導波路７３
に入射され、Ｖ溝７５に搭載された光ファイバ７６に入
射される。なお、導波路７３は受信光が受光素子７８に
出射するように非対称に設計されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示す光モジュールＪ１では、光部品の搭載工程におい
て、波長フィルタ６３を溝内に挿入搭載するが、その際
に他の光部品の搭載装置とは異なる特殊な搭載装置を必
要とし、しかも波長フィルタ６３の取り付け作業が困難
であるだけでなく作業に長時間を要する。さらに、溝５
８内に波長フィルタ６３を挿入した後に生じる隙間が、
挿入後の波長フィルタ６３における光軸に対する角度ず
れの原因となるので、これにより光損失が増大するなど
して問題である。

【００１１】また、図９に示す光モジュールＪ２におけ
るマッハツェンダ型波長フィルタ７３は、光導波路の合
流部及び分岐部から構成されているので、透過率の波長
特性がブロードとなりクロストーク比が小さすぎ（２０
ｄＢ以下）、十分なクロストーク比が得られない。ま
た、光導波路を用いているために、モジュール全体が大
きくなるという問題もある。

【００１２】そこで、本発明では上記諸問題を解消し、
従来より大幅な小型化が実現できる上にクロストーク比
が大きな優れた光モジュールを提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めに、本発明の光モジュールは、基板の一主面側に、発
光素子及び該発光素子からの送信光を基板の他主面側へ
屈折させる導光手段を設け、基板の他主面側において、
導光手段により屈折させられた送信光及び外部からの受
信光の各々を、所定方向へ出射するように成した。

【００１４】また、基板の一主面側又は基板の内部に入
射光を反射させる反射手段を設け、基板の他主面側に、
発光素子と、該発光素子からの送信光を前記反射手段へ
屈折させる導光手段とを設け、該導光手段により屈折さ
せられた送信光及び外部からの受信光の各々を所定方向
へ出射するように成した光モジュールとしても同様な効
果を奏することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る光モジュール
の実施形態について、図面に基づいて説明する。

【００１６】〔実施形態１〕図１に本発明に係る光モジ
ュールＭ１の光路を横切る断面図を示し、図２に基板１
０の上面図を、図３に基板１０の下面図を示す。

【００１７】光モジュールＭ１は、透光性を有するシリ
コンや水晶等から成る基板１０の一主面（下面）側に、
半導体レーザ等の発光素子１４及び発光素子１４からの
送信光を基板１０の他主面（上面）側へ屈折させる導光
手段（傾斜面１０ｂに配設した波長フィルタ６）を設
け、基板１０の他主面側に、導光手段により屈折させら
れた送信光、及び外部からの受信光（光ファイバ１３か
ら入射された光）の各々を、所定方向（電極４上に設け
たフォトダイオード等の受光素子１１側、及び光ファイ
バ１３の端部側）へ出射制御する光制御手段（斜面１０
ａに配設した波長フィルタ１）を設けて成る。

【００１８】基板１０の表側には、斜面１０ａに形成さ
れた波長フィルタ１，Ｖ溝状の光ファイバ用溝２，上面
側のレンズ搭載用溝３，受光素子用電極４，及びレンズ
系光路用溝５が作製されている。光ファイバ用溝２及び
レンズ搭載用溝３の幅は、搭載した光ファイバ１３及び
ボールレンズ１２の光軸が波長フィルタ１の中心に位置
するように設定される。なお、波長フィルタ１と波長フ
ィルタ６は基板１０より屈折率の大きな材料と小さな材
料の交互多層構造となり、屈折率の大きな材料としては
Ｇｅ等が、屈折率の小さな材料としてはＭｇＦ₂やＳｉ
Ｏ₂等が考えられる。

【００１９】光ファイバ用溝２及びレンズ搭載用溝３
は、水酸化カリウム水溶液やエチレンジアミンピロカテ
コール水溶液等をエッチャントとする異方性エッチング
で形成される。レンズ搭載用溝３を形成した後、スパッ
タリングやＣＶＤ法等で誘電体多層膜を積層し、ＲＩＥ
やＣＤＥ等により波長フィルタ１が形成される。受光素
子用電極４は、電極材料を蒸着やスパッタリング等で成
膜し、リフトオフ法やエッチング法等により形成され
る。レンズ系光路用溝５はダイシング等で形成される。

【００２０】基板１０の裏側には、上記と同様に斜面１
０ｂに形成された波長フィルタ６，レンズ搭載用溝７、
発光素子搭載用溝８、発光素子用電極９及びレンズ系光
路用溝５が作製されている。

【００２１】発光素子搭載用溝の深さは、搭載された発
光素子１４の発光軸が波長フィルタ６の中心に位置する
ように設定する。波長フィルタ１と波長フィルタ６は互
いに平行で、発光素子１４から出射された送信光（例え
ば波長１．３１μｍ）がボールレンズ８で平行光とな
り、波長フィルタ６で屈折して基板１０内部に入射さ
れ、波長フィルタ１で屈折してボールレンズ１２で集光
されて光ファイバ１３の端部へ入射するように、波長フ
ィルタ１，６間の距離が設定されている。

【００２２】レンズ搭載用溝７及び発光素子搭載用溝
は、水酸化カリウム水溶液やエチレンジアミンピロカテ
コール水溶液等をエッチャントとする異方性エッチング
で形成される。

【００２３】レンズ搭載用溝７を形成した後、スパッタ
リングやＣＶＤ等で誘電体多層膜を積層し、ＲＩＥやＣ
ＤＥ等によって波長フィルタ６を形成する。

【００２４】発光素子用電極９は、発光素子搭載用溝の
形成後、電極材料を蒸着やスパッタリング等で成膜し、
リフトオフやエッチング等により形成する。レンズ系光
路用溝５はダイシング等で形成される。

【００２５】基板１０の表側と裏側の溝及び電極のパタ
ーンは、両面露光機やウエハ貫通孔による位置合わせ等
によって１μｍ以下の相対精度が確保される。波長フィ
ルタ１と波長フィルタ６間の光軸精度を確保するには、
前述の位置合わせに加えて基板１０の厚さの精度が必要
になるが、波長フィルタ間で光は平行光となっているた
めにμｍオーダーの精度でよく、一般のウエハ加工技術
で十分可能である。

【００２６】光ファイバ１３から出射された受信光（波
長１．５５μｍ）は、ボールレンズ１２で平行光とな
り、波長フィルタ１で反射して波長フィルタ１の上部に
搭載された受光素子１１で受光される。

【００２７】本構成では、波長フィルタ１と第２波長フ
ィルタ６の存在により、クロストーク比は従来の薄膜フ
ィルタ挿入型に比べても倍に向上する。本発明は、従来
の薄膜フィルタ挿入型に比べて、基板を作製するウエハ
プロセスの工数は増加するが、光部品の組立工程の工数
を削減でき、大量生産時の大きな低コスト化を図ること
ができる。

【００２８】また、上記構成において、上記ボールレン
ズ８及び波長フィルタ６をフレネルレンズに代えること
ができ、としてもよく、このようにすることにより、ボ
ールレンズ８を不要とすることができ、いっそうの小型
化が可能となる。

【００２９】〔実施形態２〕図４に光モジュールＭ２の
平面図を、図５に光路を横切る断面図を示す。なお、光
モジュールＭ１と同様箇所に設けられた部材には同一符
号を付し説明を省略する。

【００３０】光モジュールＭ２は、基板２０の一主面側
又は基板２０の内部に入射光を反射させる反射手段（例
えば反射鏡３０）を設け、基板２０の他主面側に、発光
素子２４と、発光素子２４からの送信光を反射手段３０
へ屈折させる導光手段（例えば図示のように基板の斜面
２０ａと波長フィルタ２６）とを設け、これにより屈折
させられた送信光及び外部から光ファイバ１３を通って
きた受信光の各々を所定方向へ出射するように成してい
る。

【００３１】光モジュールＭ１では、基板の両面に光部
品の搭載を行っていたが、光モジュールＭ２では、例え
ば基板２０の裏面側又はその内部に反射手段である反射
鏡３０を設けることによって、基板２０の表面のみに光
部品を搭載するようにしている。

【００３２】上記反射手段は、例えばＡｌやＡｕ等の金
属薄膜（膜厚は１０００Å程度も有れば十分）、または
金属薄膜と基板との間に例えば、Ｇｅ，ＳｉＯ₂，Ｔｉ
Ｏ₂，ＭｇＦ₂等から成る透明誘電体層を介在させるこ
とにより反射率を高めることが可能である。これらの成
膜方法は蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の各種薄膜形
成方法が適用できる。

【００３３】レンズ搭載溝２７などのその他の構成は、
光モジュールＭ１と同様な製造方法で作製される。発光
素子２４から出射されボールレンズ２８を透過した光は
波長フィルタ２６に入射される。そして、波長フィルタ
２６を透過した光は反射鏡３０で反射し、波長フィルタ
１を透過して光ファイバに集光される。

【００３４】実施形態２では、実施形態１の利点を有し
たまま光部品の搭載工程がさらに簡略化され、低コスト
化が図れる。また、基板２０の裏面に設けた反射鏡３０
はパターニングせずに裏面全面に一様に形成されてい
る。

【００３５】また、光モジュールＭ２によれば、レンズ
搭載用溝３とレンズ搭載用溝２７の間隔は、基板２０の
厚みが薄いほど近づけることができ、いっそうの小型化
が可能である。なお、光の導波損失をより低減させるた
めに、基板に光を通過させるための貫通孔２５を設けて
もよい。

【００３６】〔実施形態３〕図４及び６に光モジュール
Ｍ３を示す。光モジュールＭ３は基板２０の裏面側に設
けた反射鏡４０に数百μｍ程度の深さの反射溝４０ａを
設けることで、基板２０の厚みを薄くしすぎることな
く、レンズ搭載用溝３とレンズ搭載用溝２７の間隔を小
さくすることができ、基板２０の十分な強度を維持しつ
つ、基板２０及び光モジュールＭ３のいっそうの小型化
が可能となる。

【００３７】〔実施形態４〕図７に光モジュールＭ４の
断面図を示す。この光モジュールＭ４は基板１０におけ
る波長フィルタ１，６の間に貫通孔１５を設け、この貫
通孔１５に光を通過させるようにしたものである。この
光モジュールＭ４によれば、光モジュールＭ１において
基板１０内を光が透過する際の導波損失を皆無とするこ
とができ、損失の少ない優れた光モジュールを提供でき
る。

【００３８】なお、上記実施形態の他に、例えば、発光
素子側の波長フィルタ６や２６にフレネルレンズ等の板
状のレンズを付加して、ボールレンズ８や２８を不要と
してもよく、よりいっそうの小型化を図ることができ
る。

【００３９】

【実施例】〔例１〕実施形態１の実施例について説明す
る。ボールレンズの直径は８００μｍ、光ファイバの直
径は１２５μｍとした。光軸を基板表側及び裏側からそ
れぞれ３００μｍの位置とし、（１００）面を主面とす
るシリコンから成る基板厚さを１０００μｍとした。こ
の時、レンズ搭載用溝３及びレンズ搭載用溝７の光軸直
行方向の幅は１４０４μｍ、光ファイバ搭載用溝２の幅
は５７７μｍとなる。発光素子搭載用溝８の深さは、基
板面から発光軸までの高さを８μｍとすると３０８μｍ
となる。波長フィルタ１と波長フィルタ６の間では、空
気の屈折率ｎａ＝１、シリコンの屈折率ｎｓ＝３．５
（波長：１．３１μｍ，１．５５μｍ）とすると、基板
面に対して光軸は２５．８°傾く。

【００４０】よって、波長フィルタ１と波長フィルタ６
の間の光軸を一致させるためには、フィルタ間の距離は
９２０μｍとなる。

【００４１】〔例２〕次に、実施形態２の実施例につい
て説明する。ボールレンズの直径は８００μｍ、光ファ
イバの直径は１２５μｍ、光軸を基板表側からそれぞれ
３００μｍの位置とし、基板厚さを１０００μｍとし
た。また、反射手段としてＡｌから成る厚み１０００Å
の反射層を基板の裏面側に設けた。レンズ搭載用溝３と
レンズ搭載用溝２７との距離は２４７２μｍとなった。
また、他のパラメータは実施形態１の実施例と同じとし
た。

【００４２】〔例３〕次に、実施形態３の実施例につい
て説明する。ボールレンズの直径は８００μｍ、光ファ
イバの直径は１２５μｍ、光軸を基板表側からそれぞれ
３００μｍの位置とし、基板厚さを１０００μｍとし
た。基板裏側の反射鏡部溝の深さを３００μｍとした。
このようにすると、第１レンズ搭載用溝３と第２レンズ
搭載用溝７との距離は１２３１μｍと例２に比べて小さ
くなり、さらなる基板の小型化を図ることができた。な
お、他のパラメータは例１及び例２と同じとした。

【００４３】かくして、上記例１〜例３の光モジュール
によれば極めて簡便な工程で小型化を実現することがで
き、また、各光モジュールのクロストーク比について測
定したところ、いずれも５０ｄＢ以上の優れた光特性を
示した。

【００４４】

【発明の効果】本発明の光モジュールによれば、従来の
ような薄膜フィルタ挿入工程が不要となり、薄膜波長フ
ィルタを基板と一体的に作製することができる。

【００４５】これにより、光軸を直交させること無く、
基板に光部品を簡便に搭載することができ、光部品の組
立工程の工数を削減できる上に基板を小型化でき、しか
も大きなクロストーク比（５０ｄＢ以上が可能）が得ら
れる優れた光モジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光モジュールＭ１の概略断面図で
ある。

【図２】本発明に係る光モジュールールＭ１の表面を示
す平面図である。

【図３】本発明に係る光モジュールールＭ１の裏面を示
す平面図である。

【図４】本発明に係る光モジュールＭ２の平面図であ
る。

【図５】本発明に係る光モジュールＭ２の概略断面図で
ある。

【図６】本発明に係る光モジュールＭ３の概略断面図で
ある。

【図７】本発明に係る光モジュールＭ４の概略断面図で
ある。

【図８】従来の光モジュールＪ１の平面図である。

【図９】従来の光モジュールＪ２の平面図である。

【符号の説明】

１，６，２６：波長フィルタ１０，２０：基板１１：受光素子１３：光ファイバ１４，２４：発光素子３０，４０：反射手段Ｍ１〜Ｍ４：光モジュール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の一主面側に、発光素子及び該発光
素子からの送信光を基板の他主面側へ屈折させる導光手
段を設け、基板の他主面側において、前記導光手段によ
り屈折させられた送信光及び外部からの受信光の各々
を、所定方向へ出射するように成した光モジュール。
【請求項２】基板の一主面側又は基板の内部に入射光
を反射させる反射手段を設け、基板の他主面側に、発光
素子と、該発光素子からの送信光を前記反射手段へ屈折
させる導光手段とを設け、該導光手段により屈折させら
れた送信光及び外部からの受信光の各々を所定方向へ出
射するように成した光モジュール。