JP2002296460A - 双方向光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】双方向光モジュールにおいて、電気的および光
学的クロストークの小さい、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で、低コス
トの光モジュールが求められていた。 【解決手段】 基板７上に、光軸を横切る光分波器６を
備えた光ファイバ体と、該光ファイバ体の一端へ光を出
射させる送信用の発光素子１４と、光分波器６から出射
された光を入射させる受信用の受光素子５とを配設して
成り、光ファイバ体は、発光素子１４側の先端に集光機
能を有する第１シングルモード光ファイバ１１、第１グ
レーテッドインデックスマルチモード光ファイバ１０、
第１コアレス光ファイバ９、光分波器６、第２コアレス
光ファイバ３、第２グレーテッドインデックスマルチモ
ード光ファイバ２、及び第２シングルモード光ファイバ
１を、この順で配設して成る双方向光モジュール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、基板上に光ファイ
バ、光導波路等の光導波体、および発光素子や受光素子
等の光素子を配置して、これら光部品を精度よく光学的
に結合させることが可能な、通信分野で使用される双方
向光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＣＡＴＶや公衆通信の分野におい
て、光ファイバを利用した光通信の実用化が行われてい
る。データ量の増大に伴い、波長１．３１μｍ帯および
１．５５μｍ帯の光などの長波長の光を用い、１本の光
ファイバを用いて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。信号を双方向に
送るので双方向通信とよばれており、この通信方式の利
点は光ファイバが１本で済むことである。双方向通信シ
ステムに使われる双方向光モジュールには、空間光学系
タイプ、導波路分岐タイプ、光ファイバ加工タイプなど
がある。

【０００３】例えば図８に示す空間光学系タイプのよう
に、従来使用されている空間光学系で構成した双方向光
モジュールＪ１は、光パッケージ４７に、光信号の入出
力のための光ファイバ３４と、光信号を分岐するための
光分波器４１と受光素子４０および発光素子４５を備え
てなるものであり、光ファイバ３４、受光素子４０、発
光素子４５のそれぞれの直前に、レンズ３６、３８、４
３をそれぞれ備えている。

【０００４】そして、発光素子４５から出射した光信号
４８は、光分波器４１を通過して光ファイバ３４へ導入
され、光ファイバ３４より導入した光信号４９は光分波
器４１で反射して受光素子４０で受光するように構成さ
れている。なお、３５は光ファイバフォルダ、３７、３
９、４４はレンズフォルダ、５０はキャンパッケージ型
受光モジュール、５１はキャンパッケージ型発光モジュ
ール、４６はモニター用受光素子、４２は光分波器フォ
ルダである。

【０００５】また、図９に示す導波路分岐タイプのよう
に、従来使用されている導波路分岐タイプの双方向光モ
ジュールＪ２は、光パッケージ６５内にＹ分岐光導波路
５４が形成された基板５３と、その基板５３上に光信号
を送受信するための発光素子５７と受光素子６１と、光
信号を分岐するための光分波器５５とを備えてなるもの
である。発光素子５７から出射した光信号λ１は光分波
器５５で反射して光導波路５４を通り光ファイバ５２へ
導入され、光ファイバ５２より導入した光信号λ２は導
波路５４に導入され、光分波器５５を通過して受光素子
６１で受光するようになっている。なお、５６は光分波
器搭載用溝、５８は発光素子搭載用電極、５９は発光素
子駆動用電極、６０、６４はボンディングワイヤー、６
２は受光素子搭載用電極、６３は受光素子駆動用電極、
６６はリード端子である。

【０００６】また、図１０の光ファイバ加工タイプに示
すように、従来の光ファイバ加工タイプの双方向光モジ
ュールＪ３は、光パッケージ７４に、光信号を入出力す
るための光ファイバ６７ａ、７６ｂと、光信号を分岐す
るための光分波器７１と受光素子７２および発光素子７
３を備えてなるものであり、支持基板６９には光ファイ
バ埋め込み用溝６８、光分波器搭載用斜め溝７０を備え
ている。発光素子７３から出射した光信号λ１は光ファ
イバ６７ａに入射し、光ファイバ６７ａ、６７ｂおよび
支持基板６９に形成された斜め溝７０に挿入した光分波
器７１を通過して光ファイバ６７ｂへ導入され、一方光
ファイバ６７ｂより導入した光信号λ２は光分波器７１
で反射して受光素子７２で受光するようになっている。

【０００７】これらは主に加入者系と呼ばれる領域での
実用化が目標とされており、高結合効率化、小型化、低
価格化等の要求がされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図８に示すような双方
向光モジュールＪ１では、実装方法として半導体レーザ
等の発光素子４５を発光させて、結合用のレンズ３６や
伝送用の光ファイバ３４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３６や光ファイバ３４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。

【０００９】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４
１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、光モ
ジュールが大型化し、その結果コストも増大する。

【００１０】また、図９に示すような双方向光モジュー
ルＪ２では、導波路基板５３上に発光素子５７、受光素
子６１を実装する場合、送信側から受信側へ電気信号が
基板を伝わってしまい、いわゆる電気的クロストークを
抑制することが困難であった。通常、送信側では発光素
子５７を駆動するために、数１０ｍＡの電流を流して電
気信号を送るのに対し、受信側では受光素子６１にμＡ
オーダー以下の小さな電流の電気信号を受信する。この
ため、電気的クロストークを防止するには、基板を伝わ
る電気信号の電流を数１０ｎＡオーダーに抑える必要が
ある。

【００１１】さらに、光ファイバ５２から光導波路５４
に入射した受信信号光λ２は光分波器５５を通過して、
再び光導波路５４に入射することになるが、光導波路間
には集光機能が考慮されておらず出射した光は発散する
ので、この時の光導波路５４への結合効率は低く、大き
な結合損失が生じる。そのため、できる限り、光導波路
間の間隔を狭くしなければならず、光分波器５５の厚み
に近づけるように溝加工を行う必要があった。また、搭
載溝の溝幅が光分波器５５の厚みに近いため、光分波器
５５の挿入が困難であった。

【００１２】また、図１０に示すような双方向光モジュ
ールＪ３では、斜め溝７０に挿入した光分波器７１にて
反射した信号光λ２を光ファイバ６７ａ、６７ｂの上方
に配置した受光素子７２にて受信するため、光ファイバ
６７ａ，６７ｂを定位置に埋め込み、発光素子７３と調
心して結合させ、かつ受光素子７２を光ファイバ６７
ａ，６７ｂの上を跨いだ状態で十分な感度を得ることは
困難である。しかも、光分波器７１で反射した信号光λ
２以外の光ファイバ６７ａ，６７ｂから漏れ出る光を受
光してしまうという光学的クロストークの問題があっ
た。加えて、光ファイバ６７ａから出射した送信信号光
λ１は光分波器７１を通過して、再び光ファイバ６７ｂ
に入射することになるが、この時、光ファイバ間には集
光機能が考慮されておらず出射した光は発散するので、
光ファイバ６７ｂへの結合効率は低く、大きな結合損失
が生じる。そのため、できる限り、光ファイバ間の間隔
を狭くすることが必要で、光分波器７１の厚みに近づけ
るように基板を傾けて加工したり、ダイシング装置のブ
レードを斜めにしたりする必要があった。また、斜め溝
７０の溝幅が光分波器７１の厚みに近いため、光分波器
７１の挿入が困難であった。

【００１３】以上のことから、双方向光モジュールにお
いて、電気的および光学的クロストークの小さい、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
ントが簡易で、低コストの光モジュールが求められてい
た。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の双方向光モジュールは、基板上に、光軸
を横切る光分波器を備えた光ファイバ体と、該光ファイ
バ体の一端へ光を出射させる送信用の発光素子と、前記
光分波器から出射された光を入射させる受信用の受光素
子とを配設して成り、前記光ファイバ体は、前記発光素
子側の先端に集光機能を有する第１シングルモード光フ
ァイバ、第１グレーテッドインデックスマルチモード光
ファイバ、第１コアレス光ファイバ、光分波器、第２コ
アレス光ファイバ、第２グレーテッドインデックスマル
チモード光ファイバ、及び第２シングルモード光ファイ
バを、この順で配設して成ることを特徴とする。

【００１５】ここで、光分波器は、１本のコアレス光フ
ァイバを２本に分断する溝内に収容されていてもよい。
また、この溝は、前記基板の主面に対して垂直で、かつ
溝幅は前記光分波器を配置するための幅に等しいことを
特徴とする。

【００１６】また、本発明の双方向光モジュールは、前
記光分波器から前記基板の上方へ光を出射させ、前記基
板の上方へ配設した受光素子で受光するようにしたこと
を特徴とする。

【００１７】さらに、本発明の双方向光モジュールは、
前記基板上に前記送信用の発光素子、前記光ファイバ、
及び前記光分波器が配設されているとともに、前記光分
波器の上方に開口または透明窓を備えたサブ基板を配設
し、且つ該サブ基板の開口または透明窓を前記受信用の
受光素子で覆うようにしたことを特徴とする。

【００１８】さらにまた、本発明の双方向光モジュール
は、前記第１コアレス光ファイバと前記光分波器との
間、及び前記光分波器と前記第２コアレス光ファイバと
の間に、透光性の屈折率整合材を介在させたことを特徴
とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て模式的に示した図面に基づき詳細に説明する。

【００２０】図１に光モジュールＭ１の光軸に沿って切
った断面図を、図５にその平面図を示す。図１に示すよ
うに、パッケージ１８内において、アルミナ、ジルコニ
ア、ガラス、シリコン等からなる第１光部品実装用基板
７上に搭載された発光素子１４から出射した送信光信号
は信号光光路確保用溝１３を通り、先端に集光機能を有
するように加工が施された第１シングルモード光ファイ
バ１１を伝わり、第１グレーテッドインデックスマルチ
モード光ファイバ１０にてビーム径を拡大され、第１コ
アレス光ファイバ９から出射する。そして光学素子搭載
用溝８に配置された光分波器６を通り、第２コアレス光
ファイバ３に入射し、第２グレーテッドインデックスマ
ルチモード光ファイバ２にて集光され、第２シングルモ
ード光ファイバ１に伝播する。

【００２１】一方、第２シングルモード光ファイバ１を
伝播してきた受信光信号は第２グレーテッドインデック
スマルチモード光ファイバ２にてビーム径を拡大され、
第２コアレス光ファイバ３から出射し、光学素子搭載用
溝８に配置された光分波器６にて反射され、アルミナ、
ジルコニア、ガラス、シリコン等からなり、サブ基板で
ある第２光部品実装用基板１２上に搭載された受信用受
光素子５にて受光される。

【００２２】光分波器６は、１本のコアレス光ファイバ
を２本に分断する光学素子搭載用溝８内に収容されてお
り、この溝は第１光部品実装用基板７の主面に対して垂
直で、かつ溝幅は光分波器６を配置するための幅に等し
い。これにより、光分波器６を配置する際の位置合わせ
が容易になり、分波器の角度ずれが生じなくなる。ま
た、光分波器６から光部品実装用基板７の上方へ光を出
射させ、この上方へ配設した受光素子５で受光するよう
にしている。また、光分波器６の上方に開口４または透
明窓（例えば、サファイヤや石英ガラスなどで構成）を
備えたサブ基板である第２光部品実装用基板１２が配設
される。そして、第２光部品実装用基板１２の開口４ま
たは透明窓を受信用の受光素子５で覆うようにしてい
る。

【００２３】ここで、グレーテッドインデックスマルチ
モード光ファイバは、光ファイバの中心軸から徐々に屈
折率が下がる軸対称の屈折率分布を持つ光ファイバであ
る。ほとんどのグレーテッドインデックスマルチモード
光ファイバは、ほぼ２乗の屈折率分布を持ちレンズ効果
を有するため、好適な屈折率分布のグレーテッドインデ
ックスマルチモード光ファイバを好適な長さで用いれ
ば、結合光学系を構成することができる。グレーテッド
インデックスマルチモード光ファイバ端面に点光源があ
る場合に、コリメート光にする条件は、グレーテッドイ
ンデックスマルチモード光ファイバの長さが四分の一周
期になる長さ（光線の挙動の周期に対応させてピッチ
（Ｐ）で表すとＰ＝０．２５）であるが、実際に結合効
率が最も高いのは、端面が対向するグレーテッドインデ
ックスマルチモード光ファイバからのビームウェストの
位置が一致するときである。Ｐ＝０．２５の時のビーム
ウェストの位置はグレーテッドインデックスマルチモー
ド光ファイバの出射端面に位置することになり、グレー
テッドインデックスマルチモード光ファイバ間に光学素
子を挿入する場合は、ビームウェストの位置は一致しな
い。そのため、グレーテッドインデックスマルチモード
光ファイバの出射端面から離れた位置にビームウェスト
を形成するには、四分の一周期になる長さよりも長く
（Ｐ＞０．２５）なる条件が必要になる。そこで、コア
レス光ファイバの長さは、２つのグレーテッドインデッ
クスマルチモード光ファイバによるビームスポットが、
中央で一致するように調整してから、コアレス光ファイ
バを接続することによって、予め焦点距離を厳密に調整
することができ、もともと一本の光ファイバなので、こ
れを分断した場合であっても光ファイバ間の軸ズレを防
止することができる。このことにより、シングルモード
光ファイバ同士を対向させた場合よりも結合効率が良
く、かつ光学素子搭載用溝８の溝幅を広くとることがで
きる。また、光分波器を搭載するための溝を斜めに加工
する必要がなくなり、加工が容易になると同時に、光学
素子の搭載溝への挿入も容易になる。

【００２４】また、光分波器は、特定波長の信号光を透
過もしくは反射させる機能を有した素子であり、プリズ
ム型もしくはプレート型の透光性の基板上に低屈折率の
誘電体薄膜と高屈折率の誘電体薄膜を交互に積層させて
形成した素子である。ここで、低屈折率の誘電体薄膜に
は、例えばＭｇＦ２やＳｉＯ２を用いることができる。
また、高屈折率の誘電体薄膜には、例えばＴｉＯ２やＺ
ｎＳを用いることができる。

【００２５】なお、図中、１５はモニター用受光素子で
あり、１７は光反射膜が形成されたモニター光用ミラー
Ｖ溝である。

【００２６】図２（ａ）に示すように、送信用発光素子
搭載用電極１６、モニター用受光素子搭載用電極２５
ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、光ファイバ搭載用溝１
９、位置合わせ用マーカー２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２
２ｄがそれぞれ形成された第１光部品実装用基板７上に
おいて、光ファイバ搭載用溝１９に、先端に集光機能を
有するように加工が施された第１シングルモード光ファ
イバ１１、第１グレーテッドインデックスマルチモード
光ファイバ１０、コアレス光ファイバ２１、第２グレー
テッドインデックスマルチモード光ファイバ２、及び第
２シングルモード光ファイバ１が順番に接続された光フ
ァイバ体を搭載している。

【００２７】図２（ｂ）に示すように、光学素子搭載用
溝８をダイシング等で、コアレス光ファイバ２１を光分
波器６を斜めに配置したときの寸法と同等の寸法にて分
断し、かつ基板主面に対して垂直になるように形成し、
その光学素子搭載用溝８に光分波器６を配置し、溝内に
屈折率整合剤を充填させた。ここで、屈折率整合剤はコ
アレス光ファイバの屈折率と同一の屈折率を有するもの
が好適であり、本発明では、屈折率ｎ＝１．４６のコア
レス光ファイバを用いているので、屈折率ｎ＝１．４６
の紫外線硬化型接着剤や熱硬化型接着剤等を用いた。

【００２８】また図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すよ
うに、受信用受光素子搭載用電極２６ａ、２６ｂ、２６
ｃ、２６ｄと受光用開口部４と位置合わせ用開口部２７
ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄが形成された第２光部品実
装用基板１２上において、図３（ａ）、（ｂ）にて示す
ように、受信用受光素子を搭載した後、第１光部品実装
用基板７と第２光部品実装用基板１２を対向させて、各
位置合わせ用マーカーにて位置合わせを行い、各基板を
エポキシ接着材等で接合し、図５に示すように光パッケ
ージ１８に収納する。

【００２９】このように、第２光部品実装用基板１２を
用いることにより、発光素子と受光素子の位置を物理的
に離すことができ、従来生じていた送信側から受信側へ
電気信号が基板を伝わってしまう電気的クロストークを
防止することができる。さらに、受光素子に入射する信
号光は受光用開口部のみとなり、光ファイバから漏れ出
る光を遮断することができ、光学的クロストークを防止
することができる。また第１光部品実装用基板と第２光
部品実装用基板の接合は低融点ガラス付けや半田付けで
も良い。

【００３０】つまり、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、高精度な位置決めが求められ
る発光素子と光分波器および光ファイバとの位置決め
を、光ファイバ同士を順次接合させ、かつ各光部品実装
用基板にて保持することで行い、かつ送信用発光素子と
受信用受光素子を物理的に離すことで、電気的および光
学的クロストークの小さい、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。

【００３１】

【実施例】＜実施例１＞以下に、本発明による光半導体
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２、図３、図４、図５を用いて
説明する。

【００３２】まず、第１光部品実装用基板７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。

【００３３】その後、フォトリソグラフィーを行って幅
０．２４ｍｍの光ファイバ搭載用Ｖ溝１９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
グにより、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、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６
３．５℃）に漬してよる異方性エッチングを行い、光フ
ァイバ搭載用Ｖ溝１９を形成した。次に、ＲＩＥのドラ
イエッチングにより光ファイバ搭載用Ｖ溝１９形成用エ
ッチングマスクのシリコン窒化膜を除去した。

【００３４】次に、シリコン基板上にフォトリソグラフ
ィーを行って発光素子搭載用電極１６及び発光素子駆動
用電極２３、受光素子搭載用電極２５ａ、２５ｂ、２５
ｃ、２５ｄ及び受光素子駆動用電極２４、位置合わせ用
マーカー２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのパターンを
形成した後、発光素子搭載用電極１６及び発光素子駆動
用電極２３、受光素子搭載用電極２５ａ、２５ｂ、２５
ｃ、２５ｄ及び受光素子駆動用電極２４、位置合わせ用
マーカー２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを、Ｔｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕの仕様膜厚０．１μｍ／０．２μｍ／０．５μ
ｍ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。発光素子搭載用電極１１上に発光素子搭載用
はんだ２０（重量比Ａｕ：Ｓｎ＝７０：３０、厚み２．
５μｍ）を形成した。

【００３５】次に図２（ａ）に示すように、第１光部品
実装用基板７上の幅０．２４ｍｍの光ファイバ搭載用溝
１９に、先端に集光機能を有するように加工が施された
第１シングルモード光ファイバ１１（長さ４．６ｍｍ）
と第１グレーテッドインデックスマルチモード光ファイ
バ１０（長さ０．７８ｍｍ）とコアレス光ファイバ２１
（長さ１．６ｍｍ）と第２グレーテッドインデックスマ
ルチモード光ファイバ２（長さ０．７８ｍｍ）と第２シ
ングルモード光ファイバ１（長さ１ｍ）とが順番に接続
された光ファイバを搭載した。

【００３６】そして、図２（ｂ）に示すように、コアレ
ス光ファイバ２１を分断し、かつ基板主面に対して垂直
になるように、溝幅０．２ｍｍ、基板主面からの深さ
０．２ｍｍの光学素子搭載用溝８をダイシング等で形成
し、その溝幅０．２ｍｍ、基板主面からの深さ０．２ｍ
ｍの光学素子搭載用溝８に光分波器６を光ファイバに対
して４５度傾けて配置し、溝内に屈折率整合剤となる紫
外線硬化型接着剤（不図示）を充填させた。

【００３７】一方、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す
ように、第２光部品実装用基板１２は、金型形成により
受光用開口部４と位置合わせ用開口部２７ａ、２７ｂ、
２７ｃ、２７ｄが形成されたアルミナ基板上にフォトリ
ソグラフィーを行って、受光素子搭載用電極２６ａ、２
６ｂ、２６ｃ、２６ｄ及び受光素子駆動用電極２８のパ
ターンを形成した後、受光素子搭載用電極２６ａ、２６
ｂ、２６ｃ、２６ｄ及び受光素子駆動用電極２８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。受光素子搭載用電極２６ａ、２６ｂ、２
６ｃ、２６ｄ及び受光素子駆動用電極２８のパターンを
形成した後、受光素子搭載用電極２６ａ、２６ｂ、２６
ｃ、２６ｄ及び受光素子駆動用電極２８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。

【００３８】さらに、図３（ａ）、（ｂ）にて示すよう
に、第２光部品実装用基板１２上の受光素子搭載用電極
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ及び受光素子駆動用電
極２８に、受信用受光素子５を搭載した。その後、光フ
ァイバを保持するように第１光部品実装用基板７と第２
光部品実装用基板１２を対向させて、各位置合わせ用マ
ーカーにて位置合わせを行い、基板同士をエポキシ接着
材を用いて接合した。そして図５（上蓋は不図示）に示
すように光パッケージ１８に収納した。

【００３９】上記のようにアルミナの第２光部品実装用
基板１２を用いることにより、発光素子と受光素子の位
置を離すことができ、従来生じていた送信側から受信側
へ電気信号が基板を伝わってしまう電気的クロストーク
を防止することができる。さらに、受光素子に入射する
信号光は受光用開口部のみとなり、光ファイバから漏れ
出る光を遮断することができ、光学的クロストークを防
止することができる。

【００４０】このようにして、電気的および光学的クロ
ストークの小さい、必要最小限の部品点数にて結合効率
がよく、小型で、アライメントが非常に簡易な、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る。

【００４１】＜実施例２＞以下に、本発明による光半導
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２および図３、図６、図７を
用いて説明する。

【００４２】まず、第１光部品実装用基板７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。

【００４３】その後、フォトリソグラフィーを行って幅
０．１５ｍｍの光ファイバ搭載用Ｖ溝１９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、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、光ファイバ
搭載用Ｖ溝１９を形成した。次に、ＲＩＥのドライエッ
チングにより光ファイバ搭載用Ｖ溝１９形成用エッチン
グマスクのシリコン窒化膜を除去した。

【００４４】次に、シリコン基板上にフォトリソグラフ
ィーを行って発光素子搭載用電極１６及び発光素子駆動
用電極２３、受光素子搭載用電極２５ａ、２５ｂ、２５
ｃ、２５ｄ及び受光素子駆動用電極２４、位置合わせ用
マーカー２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄのパターンを
形成した後、発光素子搭載用電極１６及び発光素子駆動
用電極２３、受光素子搭載用電極２５ａ、２５ｂ、２５
ｃ、２５ｄ及び受光素子駆動用電極２４、位置合わせ用
マーカー２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを、Ｔｉ／Ｐ
ｔ／Ａｕの仕様膜厚０．１μｍ／０．２μｍ／０．５μ
ｍ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。発光素子搭載用電極１１上に発光素子搭載用
はんだ２０（重量比Ａｕ：Ｓｎ＝７０：３０、厚み２．
５μｍ）を形成した。

【００４５】次に、図２（ａ）に示すように、第１光部
品実装用基板７上の幅０．１５ｍｍの光ファイバ搭載用
溝１９に、先端に集光機能を有するように加工が施され
た第１シングルモード光ファイバ１１（長さ４．６ｍ
ｍ）と第１グレーテッドインデックスマルチモード光フ
ァイバ１０（長さ０．７８ｍｍ）とコアレス光ファイバ
２１（長さ１．６ｍｍ）と第２グレーテッドインデック
スマルチモード光ファイバ２（長さ０．７８ｍｍ）と第
２シングルモード光ファイバ１（長さ１ｍ）とが順番に
接続された光ファイバを搭載した。

【００４６】図２（ｂ）に示すように、コアレス光ファ
イバ２１を分断し、かつ基板主面に対して垂直になるよ
うに、溝幅０．１７ｍｍで基板主面からの深さ０．１７
ｍｍの光学素子搭載用溝８をダイシングで形成し、その
光学素子搭載用溝８に光分波器６を光ファイバに対して
４５度傾けて配置し、溝内に屈折率整合剤となる紫外線
硬化型接着剤（不図示）を充填させた。

【００４７】一方、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す
ように、第２光部品実装用基板１２ａは、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。それから受光用開口部３０と位
置合わせ用開口部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄおよ
び幅０．１５ｍｍの光ファイバ押え用溝３２のＶ溝のパ
ターンを形成するために、シリコン基板上にフォトリソ
グラフィーを行って、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、受光用開口
部４と位置合わせ用開口部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３
１ｄおよび光ファイバ押え用溝３２を形成した。次に、
ＲＩＥのドライエッチングによりエッチングマスクのシ
リコン窒化膜を除去した。そして、第２光部品実装用基
板１２上の受光素子搭載用電極２６ａ、２６ｂ、２６
ｃ、２６ｄ及び受光素子駆動用電極２８に、受信用受光
素子５を搭載した。

【００４８】その後、図３（ａ）、（ｂ）にて示すよう
に、光ファイバを保持するように第１光部品実装用基板
７と第２光部品実装用基板１２を対向させて、各位置合
わせ用マーカーにて位置合わせを行い、基板同士をエポ
キシ接着材を用いて接合した。そして図７（上蓋は不図
示）に示すように光パッケージ１８に収納した。

【００４９】上記のように熱酸化膜付きシリコン基板の
第２光部品実装用基板１２ａを用いることにより、発光
素子と受光素子の位置を離すことができ、従来生じてい
た送信側から受信側へ電気信号が基板を伝わってしま
い、いわゆる電気的クロストークを防止することができ
る。さらに、受光素子に入射する信号光は受光用開口部
のみとなり、光ファイバから漏れ出る光を遮断すること
ができ、光学的クロストークを防止することができるこ
のようにして、電気的および光学的クロストークの小さ
い、必要最小限の部品点数にて結合効率がよく、小型
で、アライメントが非常に簡易な、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る。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、高精度な位置決めが求
められる受発光素子と光分波器および光ファイバとの位
置決めを、光ファイバ同士を順次接合させ、かつ光部品
実装用基板にて保持することで行い、溝幅の寸法がシン
グルモード光ファイバ同士を対向させた場合の溝幅より
も広くすることができるため、溝幅の幅寸法精度が緩和
され、波長フィルター等の光分波器を搭載するための溝
を斜めに加工する必要がなく、同時に光分波器の搭載位
置の位置ずれに対するマージンも大きくなり、従来のよ
うに光分波器搭載用溝に光分波器を配設する場合に生じ
ていた挿入の困難さも解消できる。

【００５１】また、送信用発光素子と受信用受光素子を
異なる基板に搭載して、送信用発光素子と受信用受光素
子を物理的に離すことで、電気的および光学的クロスト
ークの小さくすることができる。

【００５２】また、分断されたコアレス光ファイバの端
面間および光分波器搭載用溝内に配置された光分波器と
の間を透光性の屈折率整合剤にて充填することで、光分
波器やコアレス光ファイバの端面での光の反射や散乱を
防止でき、結合効率の低下という問題がなくなる。

【００５３】したがって、必要最小限の部品点数で結合
効率がよく、小型で、しかもアライメントが非常に簡易
で且つ確実に行える、低コストの優れた双方向光モジュ
ールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る双方向光モジュールの一実施形態
を模式的に示す断面図である。

【図２】（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明に係る第１
光部品実装用基板の一実施形態を模式的に示す平面図で
ある。

【図３】（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明に係る第１
光部品実装用基板の一実施形態を模式的に示す断面図で
ある。

【図４】本発明に係る第２光部品実装用基板の一実施形
態を模式的に示す図であり、（ａ），（ｂ）は平面図、
（ｃ）は側面図である。

【図５】本発明に係る双方向光モジュールの一実施形態
を模式的に示す平面図である。

【図６】本発明に係る第２光部品実装用基板の一実施形
態を模式的に示す図であり、（ａ），（ｂ）は平面図、
（ｃ）は側面図である。

【図７】本発明に係る双方向光モジュールの一実施形態
を模式的に示す断面図である。

【図８】従来の双方向光モジュールを模式的に示す平面
図である。

【図９】従来の他の双方向光モジュールを模式的に示す
平面図である。

【図１０】従来の他の双方向光モジュールを模式的に示
す平面図である。

【符号の説明】

１：第２シングルモード光ファイバ ２：第２グレーテッドインデックスマルチモード光ファ
イバ ３：第２コアレス光ファイバ ４、３０：受光用開口部 ５、４０、６１、７２：受信用受光素子 ６、４１、５５、７１：光分波器 ７：第１光部品実装用基板 ８、５６：光学素子搭載用溝 ９：第１コアレス光ファイバ １０：第１グレーテッドインデックスマルチモード光フ
ァイバ １１：先端に集光機能を有するように加工が施された第
１シングルモード光ファイバ １２：第２光部品実装用基板（サブ基板） １２ａ：熱酸化膜付きシリコン基板の第２光部品実装用
基板 １３：信号光光路確保用溝 １４、４５、５７、７３：発光素子 １５、４６：モニター用受光素子 １６、５８：発光素子搭載用電極 １７：モニター光用ミラーＶ溝 １８、４７、６５、７４：光パッケージ １９：光ファイバ搭載用溝 ２０：発光素子搭載用はんだ ２１：コアレス光ファイバ ２２ａ、ｂ、ｃ、ｄ：位置合わせ用マーカー ２３、５９：発光素子駆動用電極 ２４、２８、６３：受光素子駆動用電極 ２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２６ａ、２６ｂ、２
６ｃ、２６ｄ、６２：受光素子搭載用電極 ２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、２７ｄ、３１ａ、３１ｂ、３
１ｃ、３１ｄ：位置合わせ用開口部 ３２：光ファイバ押え用Ｖ溝 ３３：熱酸化膜 ３４、５２、６７ａ、６７ｂ：光ファイバ ３５：光ファイバフォルダ ３７、３９、４４：レンズフォルダ ３６、３８、４３：レンズ ４２：光分波器フォルダ ４８：送信光信号 ４９：受信光信号 ５０：キャンパッケージ型受光モジュール ５１：キャンパッケージ型発光モジュール ５３：光導波路基板 ５４：光導波路 ６０、６４：ボンディングワイヤー ６６：リード端子 ６８：光ファイバ埋め込み用溝 ６９：支持基板 ７０：光分波器搭載用斜め溝 λ１：送信光信号 λ２：受信光信号 Ｍ１、Ｍ２：本発明の双方向光モジュール Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３：従来の双方向光モジュール

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、光軸を横切る光分波器を備え
   た光ファイバ体と、該光ファイバ体の一端へ光を出射さ
   せる送信用の発光素子と、前記光分波器から出射された
   光を入射させる受信用の受光素子とを配設して成る双方
   向光モジュールであって、前記光ファイバ体は、前記発
   光素子側の先端に集光機能を有する第１シングルモード
   光ファイバ、第１グレーテッドインデックスマルチモー
   ド光ファイバ、第１コアレス光ファイバ、光分波器、第
   ２コアレス光ファイバ、第２グレーテッドインデックス
   マルチモード光ファイバ、及び第２シングルモード光フ
   ァイバを、この順で配設して成ることを特徴とする双方
   向光モジュール。
2. 【請求項２】 前記光分波器は、１本のコアレス光ファ
   イバを２本に分断する溝内に収容されていることを特徴
   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】 前記溝は、前記基板の主面に対して垂直
   で、かつ溝幅は前記光分波器を配置するための幅に等し
   いことを特徴とする請求項２に記載の双方向光モジュー
   ル。
4. 【請求項４】 前記光分波器から前記基板の上方へ光を
   出射させ、前記基板の上方へ配設した受光素子で受光す
   るように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。
5. 【請求項５】 前記基板上に前記送信用の発光素子、前
   記光ファイバ、及び前記光分波器が配設されているとと
   もに、前記光分波器の上方に開口または透明窓を備えた
   サブ基板を配設し、且つ該サブ基板の開口または透明窓
   を前記受信用の受光素子で覆うようにしたことを特徴と
   する請求項１に記載の双方向光モジュール。
6. 【請求項６】 前記第１コアレス光ファイバと前記光分
   波器との間、及び前記光分波器と前記第２コアレス光フ
   ァイバとの間に、透光性の屈折率整合材を介在させたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の双方向光モジュール。