JP2000275480A

JP2000275480A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2000275480A
Application number: JP7668399A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Hashimoto; 俊和橋本; Takaharu Ooyama; 貴晴大山; Ikuo Ogawa; 育生小川; Masahiro Yanagisawa; 雅弘柳澤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】光導波路基板と光機能素子の少なくとも１つ
を有する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭載基板
上に搭載するハイブリッド集積光モジュールにおいて光
結合の安定化を向上させ、安定で高効率な光結合を実現
する。【解決手段】光回路基板３の光導波路３−１端部を他
の光回路基板２の光導波路２−１端部に対して斜めに傾
かせて光結合させる。光回路基板同士の端面を傾ける。
光導波路基板２と光機能素子３間の光結合部分に屈折率
を整合させた透明樹脂５０を注入する。あるいは光回路
基板２の光導波路を構成するクラッドの端面をこの光導
波路コアに対して傾いて形成する。光回路基板２上の光
導波路形成側の表面を平坦化してから光部品搭載基板１
上に搭載する。部品搭載基板の光回路基板搭載側表面に
くぼみを設け、このくぼみに光回路基板の少なくとも一
方をかん合させて互いに異なる光回路基板上の光導波路
端部の高さを一致させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路と光機能
素子の少なくとも１つを有する光回路基板の少なくとも
２つを光部品搭載基板上に搭載するハイブリッド集積光
モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１に、光導波路と光機能素子の少な
くとも１つを有する光回路基板の少なくとも２つを光部
品搭載基板上に搭載するハイブリッド集積光モジュール
の従来の一例を示す。図１１の（Ａ）は光回路基板を光
部品搭載基板上に搭載する方法を示す斜視図、図１１の
（Ｂ）は光回路基板を光部品搭載基板上に搭載したあと
のハイブリッド集積光モジュールの上面図である。図１
１に示すように、本例では、光部品搭載基板１の上に光
回路基板に相当する光導波路基板２と一対の光素子（光
機能素子）３とが搭載される。光部品搭載基板１には一
例としてシリコン基板が利用され、光ファイバ位置合わ
せ用Ｖ溝３０、複数のアライメントマーク１０−１、複
数の電極パッド２０などが設けてある。光導波路基板２
と一対の光素子３は上記複数のアライメントマーク１０
−１に対し対応する位置の複数のアライメントマーク１
０−２、１０−３を手がかりとして位置あわせされ、光
ファイバ（図示しない）はＶ溝３０にかん合させて機械
的に位置合わせされる。

【０００３】光部品搭載基板１としてはＳｉ（シリコ
ン）をウェットエッチングにより加工した基板にパッシ
ベーション膜を形成後、電気パッドあるいは配線部を蒸
着したものである。必要に応じて光素子３や光導波路基
板２を固定するために半田をパターン化してもよい。こ
のときに配線と同時にパターン化したメタルをアライメ
ントマーク１０−１としている。アライメントマーク１
０−１に関してはＳｉをエッチングするときと同時に形
成する溝状のパターンを用いても良い。光素子３として
はここではアライメント１０−３のマークのついた光半
導体素子（例えば、レーザーダイオード）を用いる。光
導波路基板にも同様にアライメントマーク１０−２をつ
ける。光素子３と光導波路基板２は、光部品搭載基板１
に対向した状態でマーカーの両面同時観察によりマーカ
ーを位置合わせすることにより、それぞれを光部品搭載
基板１に対して位置合わせする。この後、光素子３およ
び光導波路基板２に設けた半田を光部品搭載基板１に作
ったメタルパッド２０に押しつけながら加熱し、それぞ
れの部品を固定し作製する。

【０００４】図１２の（Ａ）は組み付け前の上記光導波
路基板２の光導波路近傍の形状を示す断面図、図１２の
（Ｂ）は光部品搭載基板１の表面１−１にこの光導波路
基板２を搭載した状態例を示す断面図である。光導波路
基板２の光軸と光素子３の光軸の高さ方向の位置あわせ
は、光導波路コア２−１から光部品搭載基板１の表面ま
での距離と、光素子３の活性層から光素子３の表面まで
の距離とを等しくすることにより、光部品搭載基板１上
に光導波路基板２と光素子３を置いたときに光導波路コ
ア２−１と光素子活性層の高さが一致するように調節さ
れていた。さらにまた、Ｖ溝構造３０を光部品搭載基板
１の端に形成する時に、Ｖ溝３０の幅を調整して光ファ
イバを置いた際の光ファイバのコアの高を光導波路コア
２−１の高さに一致させていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来技術では次のような解決すべき課題がある。

【０００６】まず、図１１において、光導波路コア２−
１の光軸は、光素子３の光軸および光ファイバ（図示し
ない）の光軸とに合わせて配置され、光導波路基板２の
端面２−２に対して直交する配置となっている。このよ
うな配置は、光導波路端面２−２、および光素子端面３
−２において反射が発生し、そのため安定な光結合が妨
げられていた。例えば、光素子３がレーザダイオードで
ある場合には、光導波路端面２−２および光素子端面３
−２における反射がレーザダイオードに戻り、素子の安
定動作が妨げられていた。

【０００７】また、図１２の（Ｂ）に示すように、光導
波路基板２は光導波路コア層を有するため、光導波路基
板２の表面には、光導波路クラッド層のみからなる部分
（上部クラッド）２−５と光導波路直上の部分（下部ク
ラッド）２−４との間に高さ方向の差（隆起部分２−
６）が生じ、そのため高さ方向の位置合わせが不安定に
なり、安定な光結合が防げられていた。

【０００８】さらにまた、図１３に示すように、光導波
路基板２および光素子３の搭載部分を光部品搭載基板１
の平らな部分１−１に搭載しているため、光導波路基板
２および光素子３の表面２−３，３−３から導波路コア
中心２−１，光素子活性層３−１までの寸法が一致しな
いと、過剰損失が増大し、上述の位置合せの不安定さに
よる光結合の不安定さが増大していた。このように、光
素子活性層３−１から光素子基板表面３−３までの高さ
と光導波路基板２の光導波路コア部分２−２から基板表
面２−３までの高さを一致させる必要があるが、光導波
路基板２の凹凸のために光導波路基板の高さ方向の位置
合わせが困難であった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、光導波路基板と
光機能素子の少なくとも１つを有する光回路基板の少な
くとも２つを光部品搭載基板上に搭載するハイブリッド
集積光モジュールにおいて、上記の様な課題を解決して
光結合の安定化を向上させ、安定で高効率な光結合を実
現することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、光導波路基板と光機能素子の少
なくとも１つを有する光回路基板の少なくとも２つを光
部品搭載基板上に搭載するハイブリッド集積光モジュー
ルにおいて、光回路基板の光導波路端部を他の光回路基
板の光導波路端部に対して斜めに傾かせて光結合させる
構成を有することで光結合の安定化を図ったことを特徴
とする。

【００１１】ここで、前記光回路基板上の前記光導波路
端部を該光回路基板の端面に対して斜めに傾いて配設し
たことを特徴とすることができる。

【００１２】また、前記光回路基板の光導波路を構成す
るクラッドの端面を該光導波路コアに対して傾いて形成
したことを特徴とすることができる。

【００１３】また、前記光回路基板同士の端面を傾ける
ことを特徴とすることができる。

【００１４】上記目的を達成するため、請求項５の発明
は、光導波路基板と光機能素子の少なくとも１つを有す
る光回路基板の少なくとも２つを光部品搭載基板上に搭
載するハイブリッド集積光モジュールにおいて、前記光
導波路基板の光導波路からの出射光の光軸が前記光機能
素子の受光端面に対して垂直に入射しないように、該光
導波路の出射端近傍の光軸を調整したことを特徴とす
る。

【００１５】ここで、前記光導波路基板と前記光機能素
子間の光結合部分に屈折率を整合させた透明樹脂を注入
したことを特徴とすることができる。

【００１６】上記目的を達成するため、請求項７の発明
は、光導波路基板と光機能素子の少なくとも１つを有す
る光回路基板の少なくとも２つを光部品搭載基板上に搭
載するハイブリッド集積光モジュールにおいて、前記光
回路基板上の光導波路形成側の表面を平坦化してから該
光回路基板を前記光部品搭載基板上に搭載する構成を有
することで光結合の安定化を図ったことを特徴とする。

【００１７】ここで、前記光回路基板上の光導波路形成
側の下部クラッドの最上面に光導波路と同一厚さの平坦
化層を上積みしてから上部クラッドを堆積することで、
該光回路基板上の光導波路形成側の表面を平坦化したこ
とを特徴とすることができる。

【００１８】また、前記光回路基板上の光導波路形成側
の表面を研磨して平坦化したことを特徴とすることがで
きる。

【００１９】また、前記光回路基板の光導波路を下部ク
ラッド層に埋め込んでから上部クラッドを堆積すること
で、該光回路基板上の光導波路形成側の表面を平坦化し
たことを特徴とすることができる。

【００２０】上記目的を達成するため、請求項１１の発
明は、光導波路基板と光機能素子の少なくとも１つを有
する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭載基板上に
搭載するハイブリッド集積光モジュールにおいて、前記
光部品搭載基板の光回路基板搭載側表面にくぼみを設
け、該くぼみに前記光回路基板の光導波路部をかん合す
ることで光結合の安定化を図ったことを特徴とする。

【００２１】上記目的を達成するため、請求項１２の発
明は、光導波路基板と光機能素子の少なくとも１つを有
する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭載基板上に
搭載するハイブリッド集積光モジュールにおいて、前記
光回路基板と前記光部品搭載基板の少なくとも一方に複
数のスタンドオフ部を設け、該スタンドオフ部を介して
該光回路基板と該光部品搭載基板を対向させることで光
結合の安定化を図ったことを特徴とする。

【００２２】上記目的を達成するため、請求項１３の発
明は、光導波路基板と光機能素子の少なくとも１つを有
する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭載基板上に
搭載するハイブリッド集積光モジュールにおいて、前記
光部品搭載基板の光回路基板搭載側表面にくぼみを設
け、該くぼみに前記光回路基板の少なくとも一方をかん
合させて、互いに異なる光回路基板上の光導波路端部の
高さを一致させることで光結合の安定化を図ったことを
特徴とする。

【００２３】上記目的を達成するため、請求項１４の発
明は、光導波路基板と光機能素子の少なくとも１つを有
する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭載基板上に
搭載するハイブリッド集積光モジュールにおいて、前記
光回路基板と前記光部品搭載基板の少なくとも一方に光
路変換手段を設け、異なる高さを有する少なくとも一対
の前記光回路基板上の光導波路を前記光路変換手段を介
して光結合させることで光結合の安定化を図ったことを
特徴とする。

【００２４】ここで、前記光路変換手段は、前記光部品
搭載基板の表面に形成した光回路基板搭載用くぼみの側
壁に形成した傾斜付きの反射鏡面であることを特徴とす
ることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。

【００２６】なお、以下で説明する全ての実施形態にお
いて光導波路は石英系光導波路であるとする。

【００２７】（第１の実施形態）図１は導波路接続部の
反射を低減して安定な光結合を得るための本発明の第１
の実施形態の構成を示し、（Ａ）は光回路基板を光部品
搭載基板上に搭載する方法を示し、（Ｂ）は光回路基板
を光部品搭載基板上に搭載したハイブリッド集積光モジ
ュールを示す。図１の（Ａ）において、光部品搭載基板
１は、Ｓｉをウェットエッチングにより加工した基板に
パッシベーション膜を形成後、電気パッドあるいは配線
部を蒸着したものである。必要に応じて光素子３や光導
波路基板２を固定するために、半田２１をパターン化し
てもよい。このとき、配線と同時にパターン化したメタ
ルをアライメントマーク１０−１とした。アライメント
マーク１０−１に関してはＳｉをエッチングするときと
同時に形成する溝状のパターンを用いてもよい。光素子
３としてはここではアライメント１０−３のマークのつ
いたレーザ−ダイオードを用いた。光導波路基板２にも
同様にアライメントマーク１０−２をつけた。

【００２８】光素子３と光導波路基板２は、光部品搭載
基板１に対向した状態でマーカーの両面同時観察により
マーカーを位置合わせすることにより、それぞれを光部
品搭載基板１に対して位置合わせした。

【００２９】この後、光素子３および光導波路基板２に
設けた半田２１を光部品搭載基板１に作ったメタルパッ
ド２０に押しつけながら加熱し、それぞれの部品を固定
した。ただし、光導波路基板２の半田部分は図面の簡単
化のために図中から省略した。

【００３０】光導波路コア２−１中心と光導波路基板表
面２−３までの高さは光導波路を作製する際のガラス堆
積技術によって約１μｍ以内に調整可能である。光素子
３についても同様の精度で作製可能である。したがっ
て、光導波路基板２、光素子３のそれぞれの導波構造部
までの高さをあらかじめ調整しておくことによって、こ
れらの導波路基板２および光素子３を光部品搭載基板１
につき当てることにより高さ方向の位置合わせが可能と
なる。

【００３１】以上のような工程で作製した図１の（Ｂ）
に示す光モジュールに対して、反射に関する特性を測定
したところ、光導波路基板２は石英系の導波路であっ
て、石英系光ファイバと同程度のフィールド系を有する
ので、光導波路基板２の端面２−２に対して光導波路コ
ア２−１を約８度傾けて光を入射させることにより、光
導波路端面２−２において約４０ｄＢ程度の反射抑制が
得られた。またこの際、光素子３は光導波路コア２−１
から出射される光の光軸に対して光素子３の導波路構造
（活性層）３−１を光結合させるために、スネルの法則
にしたがって光素子端面３−２を光導波路基板２の端面
２−２に対して約１２度に傾けた。

【００３２】さらに、本実施形態においては、光導波路
基板２と光素子３の間隙に屈折率を整合させた透明樹脂
５０を注入する方法も試みた。この場合、光素子３の傾
け角度は光導波路コア２−１の傾き角度と一致させれば
最も効率よい光結合が実現できる。しかしながら、光素
子端面３−２における反射を抑制するために、本実施形
態では、光素子３を光導波路コア２−１の８度の傾きよ
りも４度小さい約４度で傾けることにした。この構造に
より光導波路端面２−２における反射を約５０ｄＢ以
上、光素子端面３−２における反射を約２０ｄＢ程度に
抑制することができた。

【００３３】（第２の実施形態）図２は導波路接続部の
反射を低減して安定な光結合を得るための本発明の第２
の実施形態の構成を示す。図２の（Ａ）は光モジュール
の搭載方法を示す斜視図であり、図２の（Ｂ）は光導波
路出射部分近傍の光学系の構成を示す拡大図である。

【００３４】図２の（Ａ）において、光回路の構成は上
記の本発明の第１の実施形態と同様にした。まず、光素
子３と光導波路基板２は図中のアライメントマーク１０
−１、１０−２、１０−３を用いて両面同時観察により
位置合わせし、半田２１により、上記第１の実施形態と
同様に、光部品搭載基板１上に固定した。上記第１の実
施形態と異なる点は、光導波路コア２−１を基板の端の
面２−２に対して斜めにせずに、光導波路基板のクラッ
ド部分をエッチングして斜めにした点である。２−３０
がその斜端面である。これにより、アレイ上になった横
に長い光素子３を光導波路基板２に干渉せずに十分近づ
けておくことが可能となる。ここでは光素子３としてレ
ーザーダイオードのアレイを用いた。この構造によって
も光導波路端面３−２において約４０ｄＢ程度の反射抑
制が得られた。

【００３５】さらに、図２の（Ｂ）に示すように、光導
波路コア２−１からの出射光の光軸３０が光素子の端面
３−１に対して斜めに入射するように光導波路コア２−
１の配置形状を調整したところ、光素子３からの反射が
約２０ｄＢ程度に抑えられた。

【００３６】ここでスネルの法則に従って、光軸３０の
向き（出射角）θ′が定められ、光導波路コア２−１と
斜端面２−３０との角度（入射角）θにより決めること
ができる。これを式で表すと光導波路２−１コアの屈折
率をｎとして次式（１）となる。

【００３７】

【数１】ｎ sinθ＝ sinθ′ …（１）（第３の実施形態）以下に説明する本発明の第３の実施
形態〜第７の実施形態は、図１２の（Ｂ）で示した光回
路基板の搭載時の不安定さを改善して、安定な光結合を
得るために図った本発明による改良を、例えば図１１に
示す構造の光モジュールに適用したものである。

【００３８】図３の（Ｅ），（Ｆ）は本発明の第３の実
施形態の構成を示し、光導波路コア２−１に対して垂直
な面での光導波路基板２の断面図である。

【００３９】図３の（Ａ）〜（Ｄ）は光導波路の従来の
作製手順と問題点を示す。光導波路基板２を作製するた
め、まず下部クラッド２−４上にコアとなる層２−１を
堆積して（図３の（Ａ））、この層を光導波路コア２−
１の形状に成型し（図３の（Ｂ））、その上に上部クラ
ッド２−５を堆積する。この現行方法では、光導波路コ
ア２−１の形状に従って光導波路基板表面に凸状の隆起
２−６が生じる（図３の（Ｃ））。この光導波路基板２
を光部品搭載基板１の表面１−１上にフリップチップで
搭載すると、図３の（Ｄ）に示すように、隆起部分２−
６により高さ方向の位置合わせが不安定になる。

【００４０】そこで、本実施形態では、光導波路コア層
２−１と同等の高さの層（高さ調整層２−１０）を実現
するために、光導波路コア層２−１を堆積後、その光導
波路コア層の光導波路以外の部分２−１０を光導波路コ
アと同時にパターン化して残す。この光導波路以外の部
分２−１０は光導波路コア２−１と全く同じ層厚を有す
るから、光導波路基板２の表面で光導波路のない部分２
−３の高さも、光導波路がある部分２−６と同じ高さに
なる（図３の（Ｅ））。この部分２−３が光部品搭載基
板表面１−１に置いた際に突き当たって高さ基準面とな
る（図３の（Ｆ））。

【００４１】本実施形態では、光導波路コア２−１の上
部クラッド２−５の厚さを１０μｍにとり、図１１に示
すように、光素子（光発光素子）３と光導波路基板２と
を光部品搭載基板１に載せた。ここでは説明の簡略化た
めに、光導波路基板２と光部品搭載基板１との接合剤は
図３から省略したが、実際は２μｍ程度に精密に調整さ
れた膜厚の半田により両者を固定した。

【００４２】このようにして作製した光モジュールの光
の出力強度を測定したところ、高さ方向の位置ずれは約
１μｍと推定された。これは光導波路コア部分２−１の
層厚が７μｍであることを考えると、コアによる凹凸は
ほとんど問題なく、従って本発明によるこの構成が非常
に有効であることを確認した。

【００４３】（第４の実施形態）図４は本発明の第４の
実施形態の構成を示し、光導波路コア２−１に対して垂
直な面での光導波路基板２を光部品搭載基板１に搭載し
たときの構成の断面図である。

【００４４】本実施形態では、光導波路コア２−１位置
と対応する光部品搭載基板１の部分をエッチングによっ
て掘り下げて溝３１を形成する。光部品搭載基板１の搭
載表面１−１に形成したこの高さ調整用Ｖ溝３１によ
り、光導波路基板２上に生じる光導波路部分の出っ張り
２−６と光部品搭載基板表面１−１との干渉を防ぐこと
ができる。

【００４５】本実施形態でも、図１１の構成で、光導波
路基板２の上部クラッド２−５を１０μｍにとり、光素
子（光発光素子）３と光導波路基板２とを光部品搭載基
板１に載せた。このようにして製作した光モジュールの
光の出力強度を測定したところ、高さ方向の位置ずれは
約１μｍと推定された。これは光導波路コア部分２−１
の層厚が７μｍであることを考えると、コアによる凹凸
はほとんど問題なく、この構成が非常に有効であること
を確認した。

【００４６】（第５の実施形態）図５は本発明の第５の
実施形態における光導波路基板の加工工程を示す断面図
である。

【００４７】本実施形態では、光導波路基板２上に生じ
る光導波路部分の出っ張り部分２−６を研磨によって取
り除いている。光導波路基板２はシリコン基板２−２０
の上に石英２−４、２−５を堆積したもので、共焦点顕
微鏡（図示しない）による観察でその石英の膜厚を測定
しながら研磨し、高精度に膜厚を調整した。はじめの上
部クラッド２−５の膜厚（ｈ₀＋Δｈ）を２０μｍとし
て、目的の膜厚ｈ₀を約１０μｍとして研磨した。この
研磨処理により、その研磨後の光導波路基板表面２−３
から光導波路コア２−１までの距離を正確に１０μｍと
できる。従って、その光導波路基板表面２−３を高さ方
向の基準面として光部品搭載基板１の表面１−１上に搭
載すればよい。

【００４８】本実施形態でも図１１の構成で光導波路基
板２の上部クラッド２−５を１０μｍにとり、光素子
（光発光素子）３と光導波路基板２とを光部品搭載基板
１に載せた。このようにして製作した光モジュールの光
の出力強度を測定したところ、高さ方向の位置ずれは約
１μｍと推定された。これはコア部分の層厚が７μｍで
あることを考えると、コアによる凹凸はほとんど問題な
く、この構成が非常に有効であることを確認した。

【００４９】（第６の実施形態）図６は本発明の第６の
実施形態の構成を示し、光導波路コア２−１に対して垂
直な面での光導波路基板２の断面図である。

【００５０】本実施形態では、下部クラッド２−４に溝
２−７を作製し、この作製した溝２−７に光導波路コア
層２−１を堆積し、そのコア層２−１の上に上部クラッ
ド２−５を堆積して、光導波路基板２を形成している。
この場合、下部クラッド２−４の溝２−７にはコア層２
−１の誘電体が回り込んで、コア層の堆積後はなだらか
な凹状の形状となる。余分な部分にもコア層２−１と同
等の屈折率を有するガラスが堆積されるが、光導波路と
しては十分な閉じこめが可能である。また、研磨などに
よりこの部分のガラスを取り除くことも可能である。

【００５１】以上の構造から、上部クラッド２−５の表
面では、光導波路の上の部分はきわめてなだらかな凹構
造となっており、大部分は均一な膜厚の上部クラッド２
−５となり、高さ方向の位置合わせ基準面２−３として
十分に機能する。従って、このように作製した光導波路
基板２をそのまま光部品搭載基板１に載せれば、高さ方
向の位置合わせが十分できる。

【００５２】本実施形態でも、図１１の構成で、光導波
路基板２の上部クラッド２−５を７μｍにとり、光素子
（光発光素子）３と光導波路基板２とを光部品搭載基板
１に載せた。このようにして製作した光モジュールの光
の出力強度を測定したところ、高さ方向の位置ずれは約
１μｍと推定された。これはコア部分の層厚が７μｍで
あることを考えると、コアによる凹凸はほとんど問題な
く、この構成が非常に有効であることを確認した。

【００５３】（第７の実施形態）図７は本発明の第７の
実施形態の構成を示す。

【００５４】本実施形態では、光導波路基板２の凸上状
隆起部分２−６の両脇等に、スタンドオフとして半田バ
ンプ４０を形成した。半田バンプ４０は蒸着により膜厚
制御して堆積した半田膜をリフローによりバンプ形状に
整えたものであり、半田量を調整することにより高さを
自由に設定できる。ここで形成したスタンドオフは光部
品搭載基板１上に形成してもよい。

【００５５】今回の実施では、直径および高さが約１５
μｍの半田バンプを２０個、光導波路基板２上で光導波
路コア２−１の存在しない部分に設けた。光素子活性層
３−１から光発光素子３の素子表面３−３（図１３参
照）までの高さを約１０μｍとしたので、光導波路コア
２−１が光素子活性層３−３の高さに一致するように、
光導波路基板２の上部クラッド部分２−５を一部エッチ
ングにより約１０μｍ掘り込んで高さを調整した。

【００５６】本実施形態でも光発光素子３と光導波路基
板２とを光部品搭載基板１に載せた。このようにして製
作した光モジュールの光の出力強度を測定したところ、
高さ方向の位置ずれは約１μｍと推定された。これはコ
ア部分の層厚が７μｍであることを考えると、コアによ
る凹凸はほとんど問題なく、この構成が非常に有効であ
ることを確認した。

【００５７】（第８の実施形態）以下に説明する本発明
の第８の実施形態〜第１０の実施形態は、導波路接続を
良好にして安定な光結合を得るために図った本発明によ
る改良を、例えば図１１に示す構造の光モジュールに適
用したものである。

【００５８】図８の（Ａ）は図１１の光モジュールに対
し本発明を適用した本発明の第８の実施形態を示す。

【００５９】本実施形態では、光素子３ｂを搭載する光
部品搭載基板１の表面１−１ａをウェットエッチングに
より適当な高さまでエッチングして光素子搭載部を形成
している。この例ではシリコーンの［１，１，０］面を
エッチングしてるので、底面に平面１−１ａが現れる。
エッチングレートはエッチング条件によるがμｍ以下の
精度で制御可能である。この光素子搭載部の平面１−１
ａ上に通常と同様のマーカー（アライメントマーク）１
０−１と電極パッド２０を設け、通常と同様に光素子３
ｂを搭載する。

【００６０】このときの光導波路基板２の光導波路コア
２−１と光素子３の活性層３−１の高さ方向の位置合わ
せの様子を図８の（Ｂ）と（Ｃ）に示す。光導波路コア
２−１中心と光導波路基板表面２−３までの高さは、光
導波路基板２を作製する際のガラス堆積技術によって約
１μｍ以内に調整可能である。光素子３についても同様
である。これらの素子３および光導波路基板２は光部品
搭載基板１につき当てることにより高さの相対的な距離
をきめる構造になっている。

【００６１】ここで半田２１と電極部分の厚みは蒸着に
より作製しているので約０．５μｍの精度で作製可能で
ある。位置合わせ精度の基準は光部品搭載基板１の表面
１−１ａに半田付け部分を加えた部分であるが、理解し
やすいように図中では半田付け部分を省略している。

【００６２】一方の光素子３ａでは、図８の（Ｂ）に示
すように、光部品搭載基板１の最上面１−１ａにおいた
時に、その活性層３−１の高さが光導波路コア２−１の
高さに一致するようになっている。また、他方の光素子
３ｂでは、図８の（Ｃ）に示すように、光部品搭載基板
１の窪みの底面１−１ｂに置いたときに、その活性層３
−１の高さが光導波路コア２−１の高さに一致するよう
になっている。このように、光導波路基板表面２−３か
ら光導波路コア２−１までの高さより光素子表面３−３
から光素子の光導波路３−１の中心までの高さが高い場
合に、本発明を適用することで、その高さが一致するよ
うに自由に高さを調整できる。

【００６３】本実施形態では、光導波路コア２−１中心
から光導波路基板表面２−３までの高さを１０μｍ、光
素子３ａの活性層３−１の高さはこれにあわせ、光素子
３ｂの活性層３−１の高さを１５μｍとした。３ａの光
素子は１．３μｍ波長帯のレーザーであり、３ｂの光素
子は１．５μｍ波長帯のレーザーである。どちらのレー
ザー３ａ，３ｂにおいても、光導波路とレーザー結合損
失から見積もられる位置ずれは約１μｍ程度で、これは
ほぼ実装の精度に一致しており、構造による位置ずれは
見られなかった。

【００６４】以上のように、高さの異なる光素子を単一
の光導波路基板を用いて実装する際に本発明が極めて有
効であることが確認された。

【００６５】（第９の実施形態）図９の（Ａ）に示す本
発明の第９の実施形態は、図８の光モジュールに対して
の変形例である。

【００６６】本実施形態では、光導波路基板２を搭載す
る光部品搭載基板１の表面に、ウェットエッチングによ
り第８の実施形態と同様に、適当な高さまでエッチング
して、光導波路基板搭載部を形成している。エッチング
レートはエッチング条件によるが１μｍ以下の精度で制
御可能である。この光導波路基板搭載部の平面１−１Ｃ
上に通常と同様のマーカー（アライメントマーク）１０
−１と電極パッド２０を設け、通常と同様に光導波路基
板２を搭載する。

【００６７】光導波路基板２は埋め込み型導波路で、光
導波路基板表面２−３から光導波路コア２−１までの距
離を１５μｍに設定して光の伝搬に十分な上部クラッド
２−５の厚みを確保した。逆に光半導体（光素子）３に
関してはレーザーダイオードを用い、作製を容易にする
ために素子表面３−３から活性層３−１までの距離を約
３μｍに設定した。

【００６８】このときの光導波路基板２と光素子３の高
さ方向の位置合わせの様子を図９の（Ｂ）に示す。位置
合わせの方法は第８の実施形態と同様である。光導波路
基板２とレーザー３の結合損失から見積もられる位置ず
れは約１μｍ程度で、これはほぼ実装の精度に一致して
おり、構造による位置ずれは見られなかった。

【００６９】以上のように、高さ異なる光素子と光導波
路を用いて実装する際に本発明が極めて有効であること
が確認された。

【００７０】（第１０の実施形態）図１０の（Ａ）は、
図１１の光モジュールと同等のものを、光素子３として
面型光素子を用いて実現する本発明の第１０の実施形態
を示す。

【００７１】本実施形態では、組み立てた状態で光導波
路コア２−１の位置を面型光素子３の活性層３−１より
も低くなるように、光部品搭載基板１の光導波路基板搭
載部分に、異方性ウエットエッチングで窪み１−１ｃを
形成し、そこに光導波路基板２を置く。図１０の（Ｂ）
に示すように、光導波路基板２から出射した光は、光部
品搭載基板１の窪みの傾斜側面（反射鏡面）６０にあた
って反射することにより、面型光素子３の底部に設けた
活性層３−１に入射する構造となっている。

【００７２】本実施形態では、面型光素子３として受光
素子を用いたが、面型発光レーザーを用いれば光源モジ
ュールとなる。

【００７３】また、本実施形態では光の反射率をあげる
ために、電極パッド２０部分としてＡｕパッドを形成す
る際、合わせて鏡面となる部分（反射鏡面）６０にＡｕ
を蒸着した。反射鏡面６０の傾斜角度は５４．７°に設
定した。また、本実施形態では鏡面となる部分６０とし
て、異方性ウエットエッチングをすることで、自然に形
成される面を鏡面として用いたが、鏡面とする部分６０
を機械的に加工したり、壁面に表面張力を用いて樹脂を
這わせることで鏡面を形成してもよい。

【００７４】ここでは、光導波路のコア２−１中心から
基板表面２−３までの高を１０μｍに設定し、光素子３
を置く面１−１ａの高さを光導波路のコア中心から約１
５μｍに設定した。また、光素子３の受光部分（活性
層）３−１の径としては約３０μｍのものを用いた。光
素子３と光導波路基板２とがぶつからないように光素子
３の受光面３−１は図面において最も左側になるように
光素子３を作製した。

【００７５】これにより光導波路基板２を反射面６０か
ら約３０μｍと光素子３に対して極めて近い位置に置く
ことが可能となる。正確には斜面の傾斜の分だけ距離を
近くできるので、光導波路コア２−１と反射鏡面６０と
の間を約２３〜２５μｍ程度にできる。この反射鏡面６
０から光を折り返すと、光素子３の受光部分３−１のほ
ぼ中心にビームスポットの強度中心が来るようになり、
さらに光路長は約４０μｍ程度になるので、本実施形態
で用いた石英系光導波路のような光ファイバに近いモー
ドフィールド径では、受光面にあたる光のスポットの全
幅を約２０μｍ程度に抑えられるので、極めて効率のよ
い受光が可能となる。実際、本モジュールの構成により
約０．９Ａ／Ｗ程度のほとんど結合損失のない受光モジ
ュールが実現できた。

【００７６】以上のように、本実施形態の光部品搭載基
板を用いて光部品をつくることで、面型光素子と平面型
光導波路との光軸合わせが容易に可能となり、さらに導
波型光素子との混載も可能となる。

【００７７】（他の実施形態）上述した本発明の第３の
実施形態〜第１０の実施形態では、図１１の光モジュー
ルに本発明を適用した場合を例示したが、本発明はこれ
に限らず、例えば図１、図２に示す本発明の第１、第２
の実施形態と本発明の第３の実施形態〜第１０の実施形
態とを組み合わせても好ましい。また、本発明の第３の
実施形態〜第７の実施形態と本発明の第８の実施形態〜
第１０の実施形態とを組み合わせても好ましい。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下の効果が得られ、これによりハイブリット集積光モ
ジュールにおいて光結合の安定化を向上させ、安定で高
効率な光結合を実現することができる。

【００７９】本発明の第１形態によれば、光部品搭載
基板とこの光部品搭載基板上に搭載された光素子と光導
波路とからなる光モジュールにおいて、導波路接続部の
反射を低減するようにしたので、光回路中の反射を減少
し、光回路の特性を著しく改善することができる。ま
た、本発明の第１形態を用いることにより、複数の光モ
ジュールを構成する場合にも反射点をなくし、設計を容
易にする。従って、本発明の第１形態の光モジュールは
実用的な光モジュールを作製する上で極めて重要な技術
となると期待できる。

【００８０】本発明の第２形態によれば、光部品搭載
基板とこの光部品搭載基板上に搭載された光素子と光導
波路とからなる光モジュールにおいて、光回路基板の搭
載時の不安定さを改善するようにしたので、位置合わせ
基準面以外の光導波路表面の凹凸と光部品搭載基板の表
面が干渉しないようにできる。従って、本発明の第２実
施形態の光モジュールは光部品搭載基板上に光導波路を
搭載して組み立てる光部品を作製する上で極めて重要な
技術となると期待できる。

【００８１】本発明の第３形態によれば、光部品搭載
基板とこの光部品搭載基板上に搭載された光素子と光導
波路とからなる光モジュールにおいて、導波路接続を良
好にするように図ったので、高さ方向の位置合わせを必
要とする光導波路の基準面と異なる高さ基準面を有する
光部品搭載基板を実現できる。従って、本発明の第３実
施形態の光モジュールは異なる部品を集積化するために
非常に重要な技術となると期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示し、（Ａ）は光モ
ジュールの組み付け前の全体の斜視図であり、（Ｂ）は
組み立て後の光モジュールの斜視図である。

【図２】本発明の第２の実施形態を示し、（Ａ）は光モ
ジュールの組み付け前の全体の斜視図であり、（Ｂ）は
光導波路出射部分近傍の光学系の構成を示す拡大図であ
る。

【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は光導波路基板の一般的な作製
工程を示す断面図であり、（Ｅ）、（Ｆ）は本発明の第
３の実施形態の光導波路基板の作製工程を示す断面図で
ある。

【図４】本発明の第４の実施形態の構成を示す断面図で
ある。

【図５】本発明の第５の実施形態の光導波路基板の作製
工程を示す断面図である。

【図６】本発明の第６の実施形態の構成を示す断面図で
ある。

【図７】本発明の第７の実施形態の構成を示す断面図で
ある。

【図８】本発明の第８の実施形態を示し、（Ａ）は光モ
ジュールの組み付け前の全体の斜視図であり、（Ｂ）は
一方の光素子ａと光導波路との高さ方向の位置合わせ方
法を示す断面図であり、（Ｃ）は他方の光素子ｂの光導
波路との高さ方向の位置合わせ方法を示す断面図であ
る。

【図９】本発明の第９の実施形態を示し、（Ａ）は光モ
ジュールの組み付け前の全体の斜視図であり、（Ｂ）は
光素子と光導波路との高さ方向の位置合わせ方法を示す
断面図である。

【図１０】本発明の第１０の実施形態を示し、（Ａ）は
光モジュールの組み付け前の全体の斜視図であり、
（Ｂ）は光素子と光導波路との位置合わせ方法を示す断
面図である。

【図１１】（Ａ）は従来の光モジュールの組み付け前の
全体の斜視図であり、（Ｂ）は従来の光モジュールの上
面図である。

【図１２】従来の光モジュールでの問題点の一つを説明
するための従来の光導波路基板の断面図である。

【図１３】従来の光モジュールでの他の問題点を説明す
るための従来の光素子と光導波路との位置合わせ方法を
示す断面図である。

【符号の説明】

１光部品搭載基板１−１光部品搭載基板高さ方向位置合わせ基準面１−１ａ光素子のための高さ方向位置合わせ基準面１−１ｂ光素子のための高さ方向位置合わせ基準面
（窪み）１−１ｃ光導波路のための高さ方向位置合わせ基準面
（窪み）１−１ｄ溝２光導波路基板２−１光導波路コア２−２光導波路端面２−３光導波路高さ方向位置合わせ基準面（光導波路
基板表面）２−４下部クラッド２−５上部クラッド２−６光導波路コア上の凸状隆起部分２−７溝２−１０高さ調整層２−２０Ｓｉ基板２−３０斜め端面３，３ａ，３ｂ光素子（面型光素子、光発光素子）３−１光素子の活性層（光導波路）３−２光素子端面３−３光素子高さ方向位置合わせ基準面（光素子表
面）１０−１、１０−２，１０−３アライメントマーク１０−１光部品搭載基板のアライメントマーク１０−２光導波路基板のアライメントマーク１０−３光素子のアライメントマーク２０電気パッド（メタルパット）または電気配線２１半田膜３０Ｖ溝３１高さ調整用のＶ溝４０スタンドオフ（半田バンプ）５０透明樹脂６０反射鏡面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川育生東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者柳澤雅弘東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 BA11 DA03 DA06 DA18 2H047 KA04 KA12 LA12 MA05 MA07 RA08 TA24 TA32

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光導波路基板と光機能素子の少なくとも
１つを有する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭載
基板上に搭載するハイブリッド集積光モジュールにおい
て、光回路基板の光導波路端部を他の光回路基板の光導波路
端部に対して斜めに傾かせて光結合させる構成を有する
ことで光結合の安定化を図ったことを特徴とする光モジ
ュール。
【請求項２】前記光回路基板上の前記光導波路端部を
該光回路基板の端面に対して斜めに傾いて配設したこと
を特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】前記光回路基板の光導波路を構成するク
ラッドの端面を該光導波路コアに対して傾いて形成した
ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】前記光回路基板同士の端面を傾けること
を特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項５】光導波路基板と光機能素子の少なくとも
１つを有する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭載
基板上に搭載するハイブリッド集積光モジュールにおい
て、前記光導波路基板の光導波路からの出射光の光軸が前記
光機能素子の受光端面に対して垂直に入射しないよう
に、該光導波路の出射端近傍の光軸を調整したことを特
徴とする光モジュール。
【請求項６】前記光導波路基板と前記光機能素子間の
光結合部分に屈折率を整合させた透明樹脂を注入したこ
とを特徴とする請求項１または５に記載の光モジュー
ル。
【請求項７】光導波路基板と光機能素子の少なくとも
１つを有する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭載
基板上に搭載するハイブリッド集積光モジュールにおい
て、前記光回路基板上の光導波路形成側の表面を平坦化して
から該光回路基板を前記光部品搭載基板上に搭載する構
成を有することで光結合の安定化を図ったことを特徴と
する光モジュール。
【請求項８】前記光回路基板上の光導波路形成側の下
部クラッドの最上面に光導波路と同一厚さの平坦化層を
上積みしてから上部クラッドを堆積することで、該光回
路基板上の光導波路形成側の表面を平坦化したことを特
徴とする請求項７に記載の光モジュール。
【請求項９】前記光回路基板上の光導波路形成側の表
面を研磨して平坦化したことを特徴とする請求項７に記
載の光モジュール。
【請求項１０】前記光回路基板の光導波路を下部クラ
ッド層に埋め込んでから上部クラッドを堆積すること
で、該光回路基板上の光導波路形成側の表面を平坦化し
たことを特徴とする請求項７に記載の光モジュール。
【請求項１１】光導波路基板と光機能素子の少なくと
も１つを有する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭
載基板上に搭載するハイブリッド集積光モジュールにお
いて、前記光部品搭載基板の光回路基板搭載側表面にくぼみを
設け、該くぼみに前記光回路基板の光導波路部をかん合
することで光結合の安定化を図ったことを特徴とする光
モジュール。
【請求項１２】光導波路基板と光機能素子の少なくと
も１つを有する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭
載基板上に搭載するハイブリッド集積光モジュールにお
いて、前記光回路基板と前記光部品搭載基板の少なくとも一方
に複数のスタンドオフ部を設け、該スタンドオフ部を介
して該光回路基板と該光部品搭載基板を対向させること
で光結合の安定化を図ったことを特徴とする光モジュー
ル。
【請求項１３】光導波路基板と光機能素子の少なくと
も１つを有する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭
載基板上に搭載するハイブリッド集積光モジュールにお
いて、前記光部品搭載基板の光回路基板搭載側表面にくぼみを
設け、該くぼみに前記光回路基板の少なくとも一方をか
ん合させて、互いに異なる光回路基板上の光導波路端部
の高さを一致させることで光結合の安定化を図ったこと
を特徴とする光モジュール。
【請求項１４】光導波路基板と光機能素子の少なくと
も１つを有する光回路基板の少なくとも２つを光部品搭
載基板上に搭載するハイブリッド集積光モジュールにお
いて、前記光回路基板と前記光部品搭載基板の少なくとも一方
に光路変換手段を設け、異なる高さを有する少なくとも
一対の前記光回路基板上の光導波路を前記光路変換手段
を介して光結合させることで光結合の安定化を図ったこ
とを特徴とする光モジュール。
【請求項１５】前記光路変換手段は、前記光部品搭載
基板の表面に形成した光回路基板搭載用くぼみの側壁に
形成した傾斜付きの反射鏡面であることを特徴とする請
求項１４に記載の光モジュール。