JP2001284636A - 双方向光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 必要最小限の部品点数で結合効率がよく、小
型で、アライメントが簡易な双方向光モジュールを提供
すること。 【解決手段】 基板３上に、光ファイバ１の外周を筒状
の保護体で包囲して成るファイバスタッブ４と、ファイ
バスタッブ４に光信号を送信する発光素子１０と、外部
光信号をファイバスタッブ４を介して受信する受光素子
１７とを配設したものであり、ファイバスタッブ４の一
端部に形成した段差部４ａに光ファイバ１と光接続する
光分波器６を設けるとともに、発光素子１０からの光信
号を光分波器６を介して光ファイバ１に入射させ、且つ
光ファイバ１に入射された外部光信号を光分波器６を介
して受光素子１７に入射させるようにした双方向光モジ
ュールとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に、光ファ
イバの外周を筒状の保護体で包囲して成るファイバスタ
ッブと、ファイバスタッブに光信号を送信する発光素子
と、外部光信号をファイバスタッブを介して受信する受
光素子とを配設した双方向光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＡＴＶや公衆通信の分野におい
て、光ファイバー通信の実用化がはじまっている。これ
まで、高速で高信頼性の光半導体モジュールが同軸型あ
るいはＤｕａｌ-ｉｎｌｉｎｅ型と呼ばれるモジュール
構造で実現されており、主に幹線系と呼ばれる領域で既
に実用化されている。また、波長が１．３μｍ帯や１．
５５μｍ帯などの長波長の光を用い、１本の光ファイバ
により信号を双方向に送り、同時に信号を送受信できる
システムが検討されている。このように信号を双方向に
送る通信方式を双方向通信と呼んでいる。

【０００３】この通信方式の利点はファイバが１本で済
むことである。例えば、図７に示す双方向光モジュール
Ｊ１は、光パッケージ３２内に、光信号の入出力用の光
ファイバ２５と、光信号を分岐させるための光分波器３
１と、受光素子２７、および発光素子２８が収容されて
おり、さらに、光ファイバ２５、受光素子２７、および
発光素子２８のそれぞれの直前に、レンズ２６、２９、
および３０がそれぞれ配設されている。そして、発光素
子２８から出射された光信号３４は光分波器３１を通過
して光ファイバ２５へ導入され、光ファイバ２５から導
入された光信号３３は光分波器３１で反射し受光素子２
７で受信されるように構成されている。なお、図中、３
５は光ファイバフォルダ、３６、３８、および４１はレ
ンズフォルダ、３７はキャンパッケージ型受光モジュー
ル、３９はキャンパッケージ型発光モジュール、４０は
モニター用受光素子、４２は光分波器フォルダである。

【０００４】このような双方向光モジュールは、半導体
レーザ等の発光素子を発光させて、結合用のレンズや伝
送用の光ファイバの位置決めを行ない、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利用してきた。

【０００５】この実装方法の利点は高結合効率と高信頼
性が得られることであるが、その反面、組み立て作業が
煩雑となるという問題点があった。特に、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、組み立て時間も長くなる。

【０００６】一方、工程を簡略にする実装方法として、
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に
よる実装方法が提案されている。これは異方性エッチン
グの技術を用いてシリコン基板等に高精度に形成された
Ｖ溝と、このＶ溝に対して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
光部品実装用基板を用いることにより可能となる。

【０００７】例えば図８に示すように、シリコンプラッ
トフォームを使用した双方向光モジュールＪ２は、光パ
ッケージ２にシリコンプラットフォーム３が組み込ま
れ、そのシリコンプラットフォーム３上に、光信号入出
力用の光ファイバ２５と、光信号を分岐させるための光
分波器２３、受光素子１７、および発光素子１０を備え
てなるものであり、光ファイバ２５、受光素子１７、お
よび発光素子１０の直前にレンズ８が配設されている。

【０００８】発光素子１０から出射された光信号は、光
分波器２３を通過して光ファイバ２５へ導入され、光フ
ァイバ２５より導入した光信号は光分波器２３で反射さ
れ受光素子１７で受光されるように構成されている。な
お、図中、２９ａ、２９ｂ、および２９ｃは光路確保用
Ｖ溝、２１はレンズ搭載用Ｖ溝、２４は光分波器搭載用
溝、１８は受光素子搭載用チップキャリア、２２は受光
素子搭載用チップキャリア配設溝、１３はモニター用受
光素子、１４ａおよび１４ｂはモニター用受光素子駆動
用電極、１５ａおよび１５ｂは発光素子駆動用電極、２
４は光分波器搭載用溝、１９はリード端子である。ま
た、Ｇ−ＧＧ線は光ファイバの光軸に一致する直線であ
り、Ｈ−ＨＨ線はＧ−ＧＧ線に直交する直線である。

【０００９】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なく無調芯
で直接接続でき、短時間で簡便に実装が行なえるため、
自動化が容易で大量生産に適している。反面、結合効率
が上記シリコン基板のパターニング精度や、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。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】以下に、上記従来技術
の問題点について述べる。

【００１１】図７に示す光モジュールＪ１の問題点は、
光学素子を空間光学系で構成しアクティブアライメント
により調芯したのち、複数の箇所を接合する必要がある
ため、結合効率は高いが、部品点数が多く、すべての光
学素子を位置合わせする作業が複雑となり、作業時間が
長く光モジュールが大型化することである。

【００１２】また、図８に示す光モジュールＪ２の問題
点は、レンズを用いる場合、光軸Ｇ−ＧＧに平行方向の
位置合わせが困難である点であり、発光素子１０と光フ
ァイバ２５のモードフィールド径を比較すると、光ファ
イバ２５のモードフィールド径の方が発光素子１０の方
より小さいため、レンズ８と光ファイバ２５の間の距離
を長くする必要があり、加えてレンズ搭載用Ｖ溝２１の
方がファイバ搭載用Ｖ溝（不図示）光ファイバ２５の
下）より大きくなるため、光ファイバ２５をレンズ搭載
用Ｖ溝２１に固定して位置決めすることができない。

【００１３】さらに、シリコンプラットフォームを用い
てパッシブアライメントにより位置決めした光モジュー
ルは、すべての光学素子を位置合わせする作業が比較的
簡便になるため作業時間が短くなり、比較的小型になる
ためコストを低減できるが、その反面、結合効率がシリ
コンプラットフォーム上の光半導体素子搭載用電極、ま
た位置決め用マーカー、光部品搭載用溝等の設計パター
ン精度や光分波器搭載用溝の加工精度に依存してしま
う。

【００１４】このため、パターン精度や加工精度を高精
度にしようとすると、より高精度なマスク合わせ技術や
溝加工技術が必要となり作業が複雑化し、ひいては、光
モジュールの高結合効率化が困難となる。

【００１５】本発明では、上述の事情に鑑み案出された
ものであって、必要最小限の部品点数で結合効率がよ
く、小型で、アライメントが簡易な双方向光モジュール
を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の双方向光モジュールは、基板上に、光フ
ァイバの外周を筒状の保護体で包囲して成るファイバス
タッブと、該ファイバスタッブに光信号を送信する発光
素子と、外部光信号を前記ファイバスタッブを介して受
信する受光素子とを配設したものであり、前記ファイバ
スタッブの一端部に形成した段差部に前記光ファイバと
光接続する光分波器を設けるとともに、前記発光素子か
らの光信号を前記光分波器を介して前記光ファイバに入
射させ、且つ前記光ファイバに入射された外部光信号を
前記光分波器を介して前記受光素子に入射させるように
したことを特徴とする。特に、前記光ファイバの前記光
分波器に光接続する側の端部をモードフィールド径の拡
大部としたことを特徴とする。

【００１７】また、基板上に、光ファイバの外周を筒状
の保護体で包囲して成るファイバスタッブと、該ファイ
バスタッブに光信号を送信する発光素子と、外部光信号
を前記ファイバスタッブを介して受信する受光素子とを
配設した双方向光モジュールであって、前記ファイバス
タッブの前記光ファイバを横切る部位に形成した溝に光
分波器を設けるとともに、前記発光素子からの光信号を
前記光分波器を介して前記光ファイバに入射させ、且つ
前記光ファイバに入射された外部光信号を前記光分波器
を介して前記受光素子に入射させるようにしたことを特
徴とする。

【００１８】より具体的には、光ファイバが挿入されか
つ先端に段差部が形成されたファイバスタッブとそのフ
ァイバスタッブ内部もしくは先端部に配置された光分波
器、発光素子搭載用の電極パターンと発光素子と、受光
素子搭載用の電極パターンおよび受光素子、少なくとも
一つ以上の受光素子用チップキャリア搭載用溝およびレ
ンズ搭載用溝およびファイバスタッブ搭載用溝、信号光
光路確保用溝を有し、かつその受光素子用チップキャリ
ア搭載溝およびレンズ搭載用溝およびファイバスタッブ
搭載用溝に少なくとも一つ以上の受光素子用チップキャ
リアおよびレンズおよびファイバスタッブを搭載した光
部品実装用基板が光パッケージに収納されて構成された
ことを特徴とする。なお、光分波器による分波とは光の
波長によって透過したり反射したりすることを意味す
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面に基づき詳細に説明する。

【００２０】図１に双方向光モジュール（以下、単に光
モジュールともいう）の模式的な平面図を、図２にその
側面図を示す。なお、光モジュールを構成する蓋体は内
部の様子を示すために図示を省略している。

【００２１】図示のように、光モジュールＭ１は、セラ
ミックス（ジルコニアやアルミナ等）から構成されたパ
ッケージ２内に収容された、異方性エッチングが可能な
単結晶シリコン等から成る光部品実装用基板（以下、基
板ともいう）３上に、石英系のシングルモード光ファイ
バ（以下、光ファイバという）１の外周を例えば筒状の
保護体であるセラミックス（ジルコニアやアルミナ等）
から成るフェルールで包囲して成るファイバスタッブ４
と、これに光信号を送信する発光素子１０と、外部光信
号をファイバスタッブ４を介して受信する受光素子１７
とを配設したものである。ここで、発光素子１０は例え
ばＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＧａＡｓＰ，ＩｎＧａ
Ｐなどの光半導体素子であり、また、受光素子は例えば
ＧａＡｓＰ，ＧａＰ，Ｓｉ，Ｇｅなどの光半導体素子を
用いることができる。

【００２２】そして、ファイバスタッブ４の一端部に形
成した段差部４ａに光ファイバ１と光接続する光分波器
６を設けるとともに、発光素子１０からの光信号を光分
波器６を介して光ファイバ１に入射させ、光ファイバ１
に入射された外部光信号を光分波器６を介して受光素子
１７に入射させるようにしたことを特徴としており、段
差部４ａの幅が集光用のレンズ８の焦点距離を考慮した
幅に設定されている。また、光ファイバ１の光分波器６
に光接続する側の端部をモードフィールド径の拡大部と
している。

【００２３】このような構成により、発光素子１０から
出射した光信号は光路確保用Ｖ溝９上を通り、レンズ８
で集光され、そして光分波器６を通過してファイバスタ
ッブ４内の光ファイバ１へ導入させることができる。一
方、光ファイバ１より導入した外部からの光信号は光分
波器６で反射して、レンズ１１にて集光されて受光素子
１７で受光させることができる。

【００２４】以下に光モジュールＭ１のより詳細な構成
及び作用について説明する。図３に示すように、発光素
子１０とファイバスタッブ４内の光ファイバ１との結合
効率は、光学系の設計（発光素子１０のモードフィール
ド径（又は開口数）とレンズ８の焦点距離と光ファイバ
１のモードフィールド径（又は開口数））によって定ま
るため、ファイバスタッブ４内の光ファイバ１との結合
効率が最大となるように光部品実装用基板３上に形成し
た発光素子搭載用電極１５ａ上の半田パターン(不図示)
とレンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用Ｖ
溝５の間の光軸Ａ−ＡＡに平行方向の距離Ｌを設計値に
合わせて形成することで位置決めを無調芯で行う。例え
ば、発光素子１０の開口数が０．５で、光ファイバ１の
開口数が０．１で、レンズ８の焦点距離が０．５８のと
き、距離Ｌは４．２ｍｍとなる（関係式：ｆ＝（１／
（（ＮＢ／ＮＡ）＋１））Ｄａ、Ｌ＝Ｄａ＋Ｄｂ＝
（（ＮＡ／ＮＢ）＋１）Ｄａによる。ただし、ｆ：レン
ズの焦点距離、ＮＢ：光ファイバの開口数、ＮＡ：発光
素子の開口数、Ｄａ：発光素子−レンズ間距離、Ｄｂ：
レンズ−光ファイバ間距離、）。

【００２５】具体的には、光部品実装用基板３上で、発
光素子１０からレンズ８までの距離をｆ２にするため
に、発光素子搭載用電極上の半田パターン(不図示、発
光素子搭載用電極と発光素子１０の間)とレンズ搭載用
Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用Ｖ溝５までの距離
をｄ２になるように形成し、かつ常に光ファイバ１の端
面からレンズ８までの距離をｆ１にするために、ファイ
バスタッブ４のフェルール先端部に形成した段差部４ａ
の幅をｆ１になるように形成する。なお、ｄ１はレンズ
の長さ（球レンズの場合直径）である。

【００２６】このとき光パッケージ２内に、ファイバス
タッブ４内の光ファイバ１へ光信号を送信する発光素子
１０と、発光素子１０の送信光軸Ａ−ＡＡに対し所定角
度の方向に分波する光分波器６、かつ光分波器６で分波
された外部光信号を受信する受光素子１７の受信光軸Ｂ
−ＢＢが光分波器６の分波方向（光の反射方向）に一致
するように収容されている。

【００２７】具体的には、発光素子１０から出射した光
信号は光部品実装用基板３の信号光光路確保用Ｖ溝９を
通り、ファイバスタッブ搭載用溝５に配設されたレンズ
８、光軸Ａ−ＡＡに対して所定角度（例えば４５度）の
方向に受信光信号を分波する光分波器６を通り、ファイ
バスタッブ４内の光ファイバ１に導入されることにな
る。

【００２８】一方、光ファイバ１より導入した光信号は
ファイバスタッブ４内を通過し、さらに光軸Ａ−ＡＡに
対して所定角度（例えば４５度）の方向に受信光信号を
分波する光分波器６で反射された後、光部品実装用基板
３上の受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１６に配設
されたレンズ１１を通り、受光素子用チップキャリア１
８に配置された受光素子１７で受光される。

【００２９】受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１６
およびレンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載
用Ｖ溝５を形成した光部品実装用基板３を用いて、レン
ズ８と送信側となる発光素子１０の位置決めを、光部品
実装用基板３上に形成した発光素子搭載用電極１５ａと
レンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用Ｖ溝
５に配置することで行なう。また、レンズ１１と受信側
となる受光素子１７の位置決めは光部品実装用基板３上
に形成した受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１６に
レンズ１１と受光素子１７を配置した受光素子用チップ
キャリア１８を配設することで行なう。さらに、光分波
器６の位置決めはファイバスタッブ４を構成するフェル
ールの先端部を加工してファイバスタッブ先端段差部４
ａを形成し、その段差部４ａに配置することで行なう。

【００３０】ファイバスタッブ４を、光部品実装用基板
３上に形成したファイバスタッブ搭載用Ｖ溝５にレンズ
８とともに配置した後、この光部品実装用基板３を光モ
ジュール用光パッケージ２に収納し一体化させる。光部
品実装用基板３上にすべての光部品が位置決めされて搭
載されるため、光パッケージ２の寸法精度によらず光軸
Ａ−ＡＡ上に発光素子１０、光分波器６、レンズ８が位
置合わせされることにより、光軸Ａ−ＡＡに平行方向の
位置ずれが生じない。

【００３１】以上により、図７の光モジュールＪ１にお
ける、光伝送用光ファイバ２５を調芯するためのアクテ
ィブアライメント法を採用する必要がなくなる。つま
り、従来における発光素子２８と第１のレンズ３０の位
置ずれ量と、受光素子２７と第２のレンズ２９の位置ず
れ量と、この光パッケージ３２に一体化された第３のレ
ンズ２６との位置ずれ量を、最後の光ファイバ２５の調
芯をアクティブアライメントすることにより補正し高効
率の結合を得るための工程を省くことができる。このた
め従来のすべてをアクティブアライメントする方法と比
較すると、部品構成を減少させ、組み立て工程を簡略化
できる。

【００３２】また、従来のシリコンプラットフォームを
用いたパッシブアライメントする方法と比較すると、図
４に示すように、光ファイバの端面から光の伝播方向に
一定領域のみモードフィールド径が拡大させている光フ
ァイバ１（図中１ｃがモードフィールド径拡大部、モー
ドフィールド径Ｒ＞ｒ）が挿入されたファイバスタッブ
４を用いることで、光軸Ａ−ＡＡに平行方向の位置ずれ
が生じなくなるとともに、垂直方向の位置ずれに対する
マージンが大きくなる。よって、ファイバスタッブ搭載
用溝５、レンズ搭載用溝５、および発光素子搭載用電極
１５ａが形成される光部品実装用基板３の光部品搭載溝
や電極に求められる精度は、従来の精度に比べて緩やか
になるため歩留まりがよくなる。なお、１２はモニター
光用ミラーＶ溝、１３はモニター用受光素子、１４ａお
よび１４ｂはモニター用受光素子駆動用電極、１５ａお
よび１５ｂは発光素子駆動用電極、１９はリード端子で
ある。このように、上述したそれぞれの従来の実装技術
に比べて、本発明では、最も高精度な位置決めが求めら
れる発光素子とレンズおよび光ファイバとの位置決め
を、モードフィールド径を拡大させた光ファイバ１が挿
入されたファイバスタッブ４とファイバスタッブ搭載用
溝５、レンズ搭載用溝５、および発光素子搭載用電極が
形成される光部品実装用基板３とで行なうことにより、
必要最小限の部品点数で結合効率がよく、小型で、アラ
イメントが非常に簡易な低コストの双方向光モジュール
を提供することができる。

【００３３】

【実施例】［例１］以下に、本発明に係る光半導体実装
用基板の作製方法および双方向光モジュールの実装方法
の実施例について図１を用いて説明する。まず、光部品
実装用基板はシリコン単結晶からなるシリコン基板を熱
酸化し、シリコン基板面に膜厚０．１μｍの熱酸化膜を
形成した。次に、基板全面に膜厚０．１μｍのシリコン
窒化膜を成膜した。それからフォトリソグラフィーを行
って幅１．５０ｍｍのレンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイ
バスタッブ搭載用Ｖ溝５および幅０．１５ｍｍの信号光
光路確保用Ｖ溝９、幅１．５０ｍｍの受光素子用チップ
キャリア搭載用Ｖ溝１６のＶ溝のパターンを形成した。

【００３４】そして、シリコン窒化膜をＲＩＥドライエ
ッチングで、熱酸化膜をバッファふっ酸のウエットエッ
チングを用いて、パターン内のシリコン窒化膜および熱
酸化膜を除去した。次に、残っているシリコン窒化膜に
形成したレンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭
載用Ｖ溝５および信号光光路確保用Ｖ溝９、受光素子用
チップキャリア搭載用Ｖ溝１６のＶ溝パターンをエッチ
ングマスクとしてシリコン面をＫＯＨ（濃度４３重量
％、温度６３．５℃）に漬し異方性エッチングを行い、
レンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用Ｖ溝
５および信号光光路確保用Ｖ溝９、受光素子用チップキ
ャリア搭載用Ｖ溝１６を形成した。

【００３５】次に、ＲＩＥのドライエッチングにより、
レンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用Ｖ溝
５および信号光光路確保用Ｖ溝９および受光素子用チッ
プキャリア搭載用Ｖ溝１６形成用エッチングマスクのシ
リコン窒化膜を除去した。次に基板上にフォトリソグラ
フィーを行って光半導体実装用電極１５ａおよび駆動用
電極１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂのパターンを形成
した後、光半導体実装用電極１５ａおよび駆動用電極１
４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂを、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの
仕様膜厚０．１μｍ／０．２μｍ／０．５μｍにて構成
した。上記電極材料は下層／上層の順で表記している。
光半導体実装用電極１５ａ上に半田（重量比Ａｕ：Ｓｎ
＝７０：３０、厚み２．５μｍ）（不図示）を形成し
た。

【００３６】さらに、光部品実装用基板３上の光半導体
実装用電極１５ａ上に発光素子１０を搭載し、レンズ搭
載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用Ｖ溝５にモー
ドフィールド径が拡大させられている光ファイバ１が挿
入されかつファイバスタッブ先端段差部７に光分波器６
を配設したファイバスタッブ４をレンズ８とともに固定
し、また受信側となる受光素子１７を光部品実装用基板
３上に形成した受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１
６にレンズ１１および受光素子１７を配置した受光素子
用チップキャリア１８とともに搭載し固定した。そし
て、この光部品実装用基板３を光モジュール用光パッケ
ージ２に収納し一体化させた。ここで、波長フィルター
等の光分波器６はファイバスタッブを構成するフェルー
ルの先端部をダイシング等により加工して段差部４ａを
形成し、その段差部４ａにエポキシ等の接着剤で接合を
行なった。なお、１０は発光素子、１２はモニター光用
ミラーＶ溝、１３はモニター用受光素子、１９はリード
端子である。

【００３７】発光素子１０から出射した光信号は光部品
実装用基板３の信号光光路確保用Ｖ溝９を通り、ファイ
バスタッブ搭載用溝５に配設されたレンズ８、光軸Ａ−
ＡＡに対して所定角度（例えば４５度）の方向に受信光
信号を分波する光分波器６を通り、ファイバスタッブ４
内のモードフィールド径が拡大させられている光ファイ
バ１に導入され、一方光ファイバ１より導入した光信号
はファイバスタッブ４内を通過し、さらに光軸Ａ−ＡＡ
に対して所定角度（例えば４５度）の方向に受信光信号
を分波する光分波器６で反射された後、光部品実装用基
板３上の受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１６に搭
載したレンズ１１を通り、受光素子用チップキャリア１
８に配置された受光素子１７で受光される。

【００３８】これにより発光素子搭載用電極１５ａおよ
びレンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用Ｖ
溝５が形成された光部品実装用基板３上に発光素子１
０、レンズ８およびモードフィールド径が拡大させられ
ている光ファイバ１が挿入されたファイバスタッブ４を
搭載して光パッケージ２と一体化することによって、必
要最小限の部品点数にて結合効率がよく、小型で、アラ
イメントが比較的簡易で低コストな双方向光モジュール
Ｍ１を提供することができた。 ［例２］次に、本発明に係る他の光半導体実装用基板の
作製方法および双方向光モジュールの実装方法の実施例
について図５を用いて説明する。

【００３９】まず、光部品実装用基板はシリコン単結晶
からなるシリコン基板を熱酸化し、シリコン基板面に膜
厚０．１μｍの熱酸化膜を形成した。次に、基板全面に
膜厚０．１μｍのシリコン窒化膜を成膜した。それから
フォトリソグラフィーを行って幅１．５０ｍｍのレンズ
搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用Ｖ溝５およ
び幅０．１５ｍｍの信号光光路確保用Ｖ溝９、幅１．５
０ｍｍの受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１６のＶ
溝のパターンを形成し、シリコン窒化膜をＲＩＥドライ
エッチングで、熱酸化膜をバッファふっ酸のウエットエ
ッチングを用いてパターン内のシリコン窒化膜および熱
酸化膜を除去した。次に残っているシリコン窒化膜に形
成したレンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載
用Ｖ溝５および信号光光路確保用Ｖ溝９、受光素子用チ
ップキャリア搭載用Ｖ溝１６のＶ溝パターンをエッチン
グマスクとしてシリコン面をＫＯＨ（濃度４３重量％、
温度６３．５℃）に漬してよる異方性エッチングを行
い、レンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用
Ｖ溝５および信号光光路確保用Ｖ溝９、受光素子用チッ
プキャリア搭載用Ｖ溝１６を形成した。

【００４０】次に、ＲＩＥのドライエッチングによりレ
ンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用Ｖ溝５
および信号光光路確保用Ｖ溝９および受光素子用チップ
キャリア搭載用Ｖ溝１６形成用エッチングマスクのシリ
コン窒化膜を除去した。次に基板上にフォトリソグラフ
ィーを行って光半導体実装用電極１５ａおよび駆動用電
極１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂのパターンを形成し
た後、光半導体実装用電極１５ａおよび駆動用電極１４
ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂを、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの仕
様膜厚０．１μｍ／０．２μｍ／０．５μｍにて構成し
た。上記電極材料は下層／上層の順で表記している。光
半導体実装用電極１５ａ上に半田（重量組成比Ａｕ：Ｓ
ｎ＝７０：３０、厚み２．５μｍ）（不図示）を形成し
た。

【００４１】さらに、光部品実装用基板３上の光半導体
実装用電極１５ａ上に発光素子１０を搭載し、レンズ搭
載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用Ｖ溝５にモー
ドフィールド径が拡大させられている光ファイバ１が挿
入されかつ光ファイバ１を横切る部位にファイバスタッ
ブ４の内部段差部である溝４ｂに光分波器６を配設した
ファイバスタッブ４をレンズ８とともに固定し、また受
信側となる受光素子１７を光部品実装用基板３上に形成
した受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１６にレンズ
１１および受光素子１７を配置した受光素子用チップキ
ャリア１８とともに搭載し固定した。そして、この光部
品実装用基板３を光モジュール用光パッケージ２に収納
し一体化させた。ここで、波長フィルター等の光分波器
６は、ファイバスタッブを構成するフェルールの側部に
ダイシング等により加工して溝４ｂを形成した後、その
溝４ｂにエポキシ樹脂等の接着剤で接合を行なった。な
お、１０は発光素子、１２はモニター光用ミラーＶ溝、
１３はモニター用受光素子、１９はリード端子である。

【００４２】発光素子１０から出射した光信号は光部品
実装用基板３の信号光光路確保用Ｖ溝９を通り、ファイ
バスタッブ搭載用溝５に配設されたレンズ８、光軸Ｃ−
ＣＣに対して所定角度（例えば４５度）の方向に受信光
信号を分波する光分波器６を通り、再びファイバスタッ
ブ４内のモードフィールド径が拡大させられている光フ
ァイバ１に導入される。一方光ファイバ１より導入した
光信号はファイバスタッブ４内を通過し、さらに光軸Ｃ
−ＣＣに対して所定角度（例えば４５度）の方向に受信
光信号を分波する光分波器６で反射された後、光部品実
装用基板３上の受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１
６に搭載したレンズ１１を通り、受光素子用チップキャ
リア１８に配置された受光素子１７で受光される。

【００４３】これにより発光素子搭載用電極１５ａおよ
びレンズ搭載用Ｖ溝を兼ねたファイバスタッブ搭載用Ｖ
溝５が形成された光部品実装用基板３上に発光素子１
０、レンズ８およびモードフィールド径が拡大された光
ファイバ１が挿入されたファイバスタッブ４を搭載して
光パッケージ２と一体化することによって、必要最小限
の部品点数にて結合効率がよく、小型で、アライメント
が比較的簡易で低コストな双方向光モジュールＭ２を提
供することができた。 ［例３］以下に、本発明に係る他の光半導体実装用基板
の作製方法および双方向光モジュールの実装方法の実施
例について図６を用いて説明する。

【００４４】まず、光部品実装用基板はシリコン単結晶
からなるシリコン基板を熱酸化し、シリコン基板面に膜
厚０．１μｍの熱酸化膜を形成する。次に、基板全面に
膜厚０．１μｍのシリコン窒化膜を成膜した。それから
フォトリソグラフィーを行って幅１．５０ｍｍのファイ
バスタッブ搭載用Ｖ溝５および幅０．１５ｍｍの信号光
光路確保用Ｖ溝９、幅１．５０ｍｍの受光素子用チップ
キャリア搭載用Ｖ溝１６やレンズ搭載用Ｖ溝２１のＶ溝
のパターンを形成し、シリコン窒化膜をＲＩＥドライエ
ッチングで、熱酸化膜をバッファふっ酸のウエットエッ
チングを用いてパターン内のシリコン窒化膜および熱酸
化膜を除去した。次に残っているシリコン窒化膜に形成
したファイバスタッブ搭載用Ｖ溝５および信号光光路確
保用Ｖ溝９、受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１６
やレンズ搭載用Ｖ溝２１のＶ溝パターンをエッチングマ
スクとしてシリコン面をＫＯＨ（濃度４３重量％、温度
６３．５℃）に漬してよる異方性エッチングを行い、フ
ァイバスタッブ搭載用Ｖ溝５および信号光光路確保用Ｖ
溝９、受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１６やレン
ズ搭載用Ｖ溝２１を形成した。

【００４５】次に、ＲＩＥのドライエッチングによりフ
ァイバスタッブ搭載用Ｖ溝５および信号光光路確保用Ｖ
溝９および受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１６や
レンズ搭載用Ｖ溝２１形成用エッチングマスクのシリコ
ン窒化膜を除去した。次に基板上にフォトリソグラフィ
ーを行って光半導体実装用電極１５ａおよび駆動用電極
１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂのパターンを形成した
後、光半導体実装用電極１５ａおよび駆動用電極１４
ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂを、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの仕
様膜厚０．１μｍ／０．２μｍ／０．５μｍにて構成し
た。上記電極材料は下層／上層の順で表記している。光
半導体実装用電極１５ａ上に半田（重量比Ａｕ：Ｓｎ＝
７０：３０、厚み２．５μｍ）（不図示）を形成した。
その後、光部品実装用基板３上にダイシングによりファ
イバスタッブ突き当て用ダイシング溝２０を形成した。

【００４６】さらに、光部品実装用基板３上の光半導体
実装用電極１５ａ上に発光素子１０を配設し、レンズ搭
載用Ｖ溝２１にレンズ８を搭載し、ファイバスタッブ搭
載用Ｖ溝５にモードフィールド径が拡大された光ファイ
バ１が挿入されかつファイバスタッブ４の内部段差部で
ある溝４ｂに光分波器６を配設したファイバスタッブ４
を搭載しダイシング溝２０に突き当てて固定し、また受
信側となる受光素子１７を光部品実装用基板３上に形成
した受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝１６にレンズ
１１および受光素子１７を配置した受光素子用チップキ
ャリア１８とともに搭載し固定した。そして、この光部
品実装用基板３を光モジュール用光パッケージ２に収納
し一体化させた。

【００４７】ここで波長フィルター等の光分波器６はフ
ァイバスタッブを構成するフェルールの側部にダイシン
グ等により加工して段差部４ｂを形成し、その段差部４
ｂにエポキシ等の接着剤で接合を行なった。なお、１０
は発光素子、１２はモニター光用ミラーＶ溝、１３はモ
ニター用受光素子、１９はリード端子である。

【００４８】発光素子１０から出射した光信号は光部品
実装用基板３の信号光光路確保用Ｖ溝９を通り、レンズ
搭載用Ｖ溝２１に配設されたレンズ８、ファイバスタッ
ブ４内のモードフィールド径を拡大させた光ファイバ
１、光軸Ｅ−ＥＥに対して所定角度（例えば４５度）の
方向に受信光信号を分波する光分波器６を通り、再びフ
ァイバスタッブ４内のモードフィールド径を拡大させた
光ファイバ１に導入される。一方光ファイバ１より導入
した光信号はファイバスタッブ４内を通過し、さらに光
軸Ｅ−ＥＥに対して所定角度（例えば４５度）の方向に
受信光信号を分波する光分波器６で反射された後、光部
品実装用基板３上の受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ
溝１６に搭載したレンズ１１を通り、受光素子用チップ
キャリア１８に配置された受光素子１７で受光される。

【００４９】これにより発光素子搭載用電極１５ａおよ
びレンズ搭載用Ｖ溝２１およびファイバスタッブ搭載用
Ｖ溝５が形成された光部品実装用基板３上に発光素子１
０、レンズ８およびモードフィールド径が拡大された光
ファイバ１が挿入されたファイバスタッブ４を搭載して
光パッケージ２と一体化することによって、必要最小限
の部品点数にて結合効率がよく、小型で、アライメント
が比較的簡易で低コストな双方向光モジュールＭ３を提
供することができた。

【００５０】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明の双方向
光モジュールによれば、基板上の発光素子と発光素子か
らの出射光をコリメートするためのレンズとモードフィ
ールド径が拡大された光ファイバが挿入されかつ先端に
段差部が形成されたファイバスタッブと、受信信号光を
コリメートするためのレンズと受信信号光用受光素子と
を無調芯で搭載できるため、高結合効率で組み立てが簡
便で低コストな光モジュールが提供できる。

【００５１】またファイバスタッブの内部もしくは端面
に波長フィルター等の光分波器を直接接合できるため、
従来のように光分波器搭載用ダイシング溝に光分波器を
配設する場合の角度ずれが生じるという問題がなくな
る。

【００５２】モードフィールド径を拡大させた光ファイ
バが挿入されたファイバスタッブを用いるため、送信光
軸に平行方向の位置ずれおよび垂直方向の位置ずれに対
するマージンが大きくなり、ファイバスタッブ搭載用溝
やレンズ搭載用溝や発光素子搭載用電極が形成される光
部品実装用基板の光部品搭載溝や電極に求められる精度
は従来の精度に比べて緩やかになるため歩留まりが向上
する。

【００５３】以上により、本発明では最も高精度な位置
決めが求められる発光素子とレンズおよび光ファイバと
の位置決めを、モードフィールド径を拡大させた光ファ
イバが挿入されたファイバスタッブと、ファイバスタッ
ブ搭載用溝やレンズ搭載用溝および発光素子搭載用電極
が形成された光部品実装用基板とを用いることにより、
必要最小限の部品点数で結合効率がよく、小型で、アラ
イメントが非常に簡便な双方向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】本発明の双方向光モジュールの一例を模式的に
示す平面図である。

【図２】本発明の双方向光モジュールの一例を模式的に
示す側面図である。

【図３】本発明の双方向光モジュールの一例を模式的に
示す断面図である。

【図４】本発明の双方向光モジュールの一例を模式的に
示す断面図である。

【図５】本発明の双方向光モジュールの一例を模式的に
示す平面図である。

【図６】従来の双方向光モジュールの一例を模式的に示
す平面図である。

【図７】従来の双方向光モジュールの一例を模式的に示
す平面図である。

【図８】従来の双方向光モジュールの一例を模式的に示
す平面図である。

【符号の説明】

１：光ファイバ ２：光パッケージ ３：光部品実装用基板 ４：ファイバスタッブ ４ａ：段差部 ４ｂ：溝 ５：ファイバスタッブ搭載用Ｖ溝 ６：光分波器 ８、１１：レンズ ９、９ａ、９ｂ、９ｃ：信号光光路確保用Ｖ溝 １０：発光素子 １１：発光素子搭載用電極 １２：モニター光用ミラーＶ溝 １３：モニター用受光素子 １４ａ、１４ｂ：モニター用受光素子駆動用電極 １５ａ、１５ｂ：発光素子駆動用電極 １６：受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝 １７：受光素子 １８：受光素子用チップキャリア １９：リード端子 Ａ−ＡＡ、Ｂ−ＢＢ、Ｃ−ＣＣ、Ｄ−ＤＤ：光軸 Ｅ−ＥＥ、Ｆ−ＦＦ、Ｇ−ＧＧ、Ｈ−ＨＨ：光軸 Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３：本発明の光モジュール Ｊ１、Ｊ２：従来の双方向光モジュール Ｒ：拡大させられた後のモードフィールド径 ｒ：拡大させられる前のモードフィールド径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｓ 5/022 Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｂ Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 BA12 DA03 DA04 DA05 DA06 DA12 5F073 AB27 AB28 FA07 FA08 FA13 FA18 5F088 BA15 BA16 BB01 JA03 JA05 JA12 JA14 JA20 5F089 AA01 AC02 AC10 AC11 AC17 AC18 AC20 BC15 BC17 BC23 BC24 BC25 CA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、光ファイバの外周を筒状の保
   護体で包囲して成るファイバスタッブと、該ファイバス
   タッブに光信号を送信する発光素子と、外部光信号を前
   記ファイバスタッブを介して受信する受光素子とを配設
   した双方向光モジュールであって、前記ファイバスタッ
   ブの一端部に形成した段差部に前記光ファイバと光接続
   する光分波器を設けるとともに、前記発光素子からの光
   信号を前記光分波器を介して前記光ファイバに入射さ
   せ、且つ前記光ファイバに入射された外部光信号を前記
   光分波器を介して前記受光素子に入射させるようにした
   ことを特徴とする双方向光モジュール。
2. 【請求項２】 前記光ファイバの前記光分波器に光接続
   する側の端部をモードフィールド径の拡大部としたこと
   を特徴とする請求項１に記載の双方向光モジュール。
3. 【請求項３】 基板上に、光ファイバの外周を筒状の保
   護体で包囲して成るファイバスタッブと、該ファイバス
   タッブに光信号を送信する発光素子と、外部光信号を前
   記ファイバスタッブを介して受信する受光素子とを配設
   した双方向光モジュールであって、前記ファイバスタッ
   ブの前記光ファイバを横切る部位に形成した溝に光分波
   器を設けるとともに、前記発光素子からの光信号を前記
   光分波器を介して前記光ファイバに入射させ、且つ前記
   光ファイバに入射された外部光信号を前記光分波器を介
   して前記受光素子に入射させるようにしたことを特徴と
   する双方向光モジュール。