JP2003222765A - 光モジュール - Google Patents

光モジュール

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JP2003222765A
JP2003222765A JP2002020776A JP2002020776A JP2003222765A JP 2003222765 A JP2003222765 A JP 2003222765A JP 2002020776 A JP2002020776 A JP 2002020776A JP 2002020776 A JP2002020776 A JP 2002020776A JP 2003222765 A JP2003222765 A JP 2003222765A
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JP
Japan
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optical module
optical
inclined surface
light
substrate
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Application number
JP2002020776A
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English (en)
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Takanori Yasuda
隆則 安田
Hiroko Yokota
裕子 横田
Chiaki Domoto
千秋 堂本
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 面発光手段の出射光の光路変換する光モジュ
ールにおいて、光出力のモニターが容易にでき、しかも
作製が容易で、さらに低背化が可能な光モジュールを提
供すること。 【解決手段】 基体10の一部をアルカリ水溶液等によ
る異方性エッチングにより除去して、傾斜面である傾斜
面11とこの傾斜面11をはさむ非エッチング面13と
を形成するとともに、基体10の非エッチング面13に
傾斜面11を跨ぐ状態で面発光手段である面発光レーザ
ー19をフリップチップ方式で実装し、この出射光を傾
斜面11にて光路変換させるように成した光モジュール
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、光通信及び光情報
通信分野等において使用される面発光手段を備えた光モ
ジュールに関する。
【0002】
【発明の背景】現在、低速な電話中心の通信事業から、
デジタルマルチメディアサービスなどに代表される広帯
域の通信事業へと移行し始めている。そして、広帯域へ
の通信需要に従い、通信方式も従来のメタリック方式か
ら光通信方式に移行し始めている。また、光通信方式に
おいても、従来は幹線系とよばれるバックボーンが中心
であったが、最近ではメトロ系やアクセス系にいたるま
で光通信化が進んでいる。さらに、企業の事業所などに
おけるLANなどにおいても光通信化が進んでいる。こ
のように、光通信方式が末端の系まで進むに従い、光通
信に用いられる光モジュールの需要が見こまれ、形態も
多品種少量生産型から小型・低コスト量産型の光モジュ
ールが要請される。
【0003】ところで、実用化されている光モジュール
の一つに同軸型光モジュールが知られている。同軸型光
モジュールの一例を図5に示す。図示のように、発光素
子として金属製パッケージ50に設けられた半導体レー
ザー51を用い、この半導体レーザー51は基体52上
に実装され、その出射光の一方を光ファイバ54へ、他
方を同じく基体52に実装された出力監視用の受光素子
53へ出射する。
【0004】このような同軸型光モジュールの場合、光
ファイバ54は半導体レーザー51を発光させた状態で
光ファイバ54へ入力する光出力をモニターしながら3
軸調整(アクティブアライメントと言う)した後に、金
属製部品をYAGレーザーで溶接固定しなければならな
い。このため、調整時間とYAGレーザー溶接固定に要
する部品の費用がかかるので、低コスト化の支障となっ
ている。
【0005】その他に実現化されている光モジュールと
して表面実装型光モジュールが知られている。この表面
実装光モジュールの一例を図6に示す。図示のように、
実装基体60に光ファイバ62を設置する断面V字形状
のV溝63、半導体レーザー61を設置する凹部をそれ
ぞれ設け、これらの光部品を機械的に配置するだけの実
装方式(パッシブアライメント)が用いられている。こ
のパッシブアライメントでは光出力をモニターしないの
で、アライメントが簡略化できコストを低減できる。
【0006】前述した同軸型光モジュール、表面実装型
光モジュールのどちらの場合でも、半導体レーザーがF
abry−Perotレーザーや分布負帰還型レーザー
(DFBレーザー)などの端面発光型レーザーを適用し
たものであるので、発光素子の表面(または裏面)に垂
直に発光する面発光レーザーを適用させようとすると、
出射光方向が異なるため、実装コストを低減させるパッ
シブアライメントを採用する表面実装型光モジュールを
作製することは困難である。
【0007】上述した小型・低コスト量産型の光モジュ
ールの要請に対する一つのアプローチとして、動作電流
や温度特性、光変換効率に優れ、生産プロセスがほぼモ
ノリシックな一貫製法で行なえ、しかも製品初期試験が
一括ででき、さらに低コスト化が図れる面発光レーザー
(Vertical Cavity SurfaceE
mitting Laser ; VCSEL)を光モ
ジュールに適用することが考えられる。
【0008】しかし、端面発光型レーザーでは、一方の
出射光はファイバへ入射され、他方は出力監視用受光素
子に入射されるため、出射光の出力監視を行なうことが
できるのに対して、面発光レーザーにおいては、その出
射光は素子の表面(または裏面)に対し垂直な単一方向
のみであるので、これまで出力監視を行なうことが困難
であった上に、小型・低背化を図ることができななかっ
た。
【0009】本発明は叙上に鑑みて完成されたものであ
り、その目的は面発光手段の出射光の光路変換する光モ
ジュールにおいて、光出力のモニターが容易にでき、し
かも作製が容易で、さらに小型・低背化が可能な優れた
光モジュールを提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の光モジュールは、基体の一部を異方性エ
ッチングにより除去して、傾斜面と該傾斜面をはさむ非
エッチング面とを形成するとともに、前記基体の非エッ
チング面に前記傾斜面を跨ぐ状態で面発光手段をフリッ
プチップ方式で実装し、且つ前記面発光手段の出射光を
前記傾斜面にて光路変換させるように成したことを特徴
とする。なお、非エッチング面とは前記傾斜面を形成す
る際にエッチングされなかった面をいうものとし、その
前後において、エッチングされてもよいこととする。
【0011】また、前記傾斜面に前記面発光手段の出射
光をモニターし、反射させる受光手段を設けたことを特
徴とする。
【0012】また、前記基体の傾斜面が(111)面ま
たはその等価な面であり、且つ前記基体の非エッチング
面が(100)面から[110]方向へ5°〜15°
(より好適には、9°〜11°、最適には9.7°)傾
斜させた面またはその等価な面であることを特徴とす
る。
【0013】さらに、前記基体に、前記面発光手段の出
射光を前記基体の傾斜面により光路変換させて入射させ
る光導波体を配設することを特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て模式的に図示した図面に基づき詳細に説明する。な
お、詳細な配線等については図示を省略している。
【0015】図1に本発明に係る光モジュールを示す。
図2に異方性エッチングで形成した基体の斜視図を示
し、図3に面発光手段の配設前の様子を説明する斜視図
を示す。
【0016】高低差のある基体10の上面が後記する面
発光レーザー19の外形に合わせた高位置部18の一部
を、アルカリ水溶液等による異方性エッチングにより除
去して、高位置部18における中央を傾斜面11とし、
この傾斜面11をはさむ上面が非エッチング面13とす
る。なお、非エッチング面とは前記傾斜面を形成する際
にエッチングされなかった面をいうものとし、その前後
において、エッチングされてもよい。
【0017】また、基体10の高位置部18の上面に位
置合わせマーカー15が、同様な異方性エッチングによ
り断面V字状に凹部に形成される。この基体10の非エ
ッチング面13に、傾斜面11を跨ぐ状態で面発光手段
である面発光レーザー19をフリップチップ方式で位置
合わせマーカー15を目印として位置合わせ実装し、こ
の面発光レーザー19からの出射光を傾斜面11にて光
路変換させるように成している。
【0018】ここで、傾斜面11に面発光レーザー19
の出射光をモニターし、且つ光反射させる作用をなす受
光手段であるフォトダイオード等の出力監視用受光素子
14を形成する。
【0019】基体10は半導体材料の単結晶シリコン、
またはそれと同様な結晶構造で同様に異方性エッチング
される材料(例えば、単結晶ガリウム砒素(GaA
s))から成るとともに、特にエッチングで形成される
傾斜面11が(111)面、またはその等価な面であ
り、且つ基体10の非エッチング面13が(100)面
から[110]方向へ5°〜15°(より好適には、9
°〜11°、最適には9.7°)傾斜させた面、または
その等価な面とし、傾斜面を水平面に対し約40°〜5
0°(最適には45°)傾斜するように形成させる。
【0020】また、基体10の低位置部12には、上記
と同様な異方性エッチングにより、光ファイバ20を設
置するV溝17を形成する。さらに、図3に示すよう
に、基体10の上面に電極16を形成する。
【0021】また、面発光レーザー19は、図4に示す
ように、単結晶シリコン基板の中心部に発光素子として
レーザー素子43を配設したものである。シリコン基板
には基体10とフリップチップ接続を取るためバンプ4
1とレーザー素子43との電極配線40が設けられてい
る。また、レーザー素子43を位置合わせ実装するため
の位置合わせマーカー42が異方性エッチングにより凹
部に形成されている。
【0022】かくして、図4に示す面発光レーザー19
を基体10の高位置部18にフリップチップ方式で正確
に且つ迅速に実装することができ、これにより、図1に
示す光モジュールが簡便に作製でき、面発光レーザー1
9からの出射光は所定角度で形成された傾斜面11によ
り一定角度(略90°またはそれに近い角度)で光路変
換した後に、光ファイバ20へ効率よく入射させること
ができる。
【0023】また、基体10を半導体材料とし、この傾
斜面11に出力監視用受光素子14を形成することによ
り、出射が単一方向のみの面発光レーザー19におい
て、好適な出力監視が可能になる。
【0024】さらに、面発光レーザー19を基体10に
フリップチップ方式で実装することにより、パッシブア
ライメントが容易に行なえ、しかも低背化・小型化を実
現した優れた表面実装型光モジュールを提供することが
できる。
【0025】なお、例えば光伝送路として基体10の低
位置部12に作製した光導波路等を適用してもよいし、
また、面発光手段として発光部が複数ある発光装置等を
用いてもよい。また、傾斜面11に別体のフォトダイオ
ード等の受光手段(素子)を配設するようにしてもよ
く、基体10の非エッチング面に傾斜面を跨ぐ状態で面
発光手段をフリップチップ方式で実装し、且つ面発光手
段の出射光を傾斜面にて光路変換させるように成したも
のであれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更
実施が可能である。
【0026】
【実施例】次に、本発明をより具体化した実施例につい
て図1〜図4に基づいて説明する。
【0027】基体10は単結晶シリコン基板からなり、
ホウ素を1×1021〜1×1022atom/cm3程度
含有するp型の半導体とし、(110)面から[11
0]方向へ9.7°傾斜させた面を主面するものを用い
た。
【0028】そして、フォトリソグラフィー工程におい
て、所定のフォトマスク、フォトレジストを用いてシリ
コン基板上にマスクパターンを形成し、強アルカリ水溶
液であるKOH水溶液でエッチングを行なった。このK
OH水溶液を用いた異方性エッチングを施すことによ
り、(100)面から[110]方向へ54.7°傾い
た(111)面が形成された。したがって、このような
9.7°の傾斜基板を用いることにより、正確に45°
傾斜面をもつ傾斜面11を形成できた。
【0029】ここで再度、フォトリソグラフィー工程に
てマスク形成を行い、段差エッチングを行うことによ
り、低位置部12におけるV溝17と高位置部18にお
ける位置合わせマーカー15を形成した。V溝17は高
精度のダイシングカッターを用いて形成した。
【0030】次に、傾斜面11の一部にn型領域を形成
するため、再びフォトリソグラフィー工程にてマスクパ
ターン形成を行い、傾斜面11にイオン注入を行うこと
により、砒素を1×102122atom/cm3含有す
るn型領域を形成した。これにより、出力監視用受光素
子14を形成できた。
【0031】その後、プラズマCVDにより基体10に
パッシベーション膜としてSiNx膜を形成し、マスク
パターン形成後、金蒸着工程を経て電極16を形成し
た。
【0032】また、面発光レーザー19は、単結晶シリ
コン基板上にパッシベーションSiNx膜、電極配線4
0とバンプ41、位置合わせ用のマーカー42を形成し
たものに、レーザー素子43を実装して作製した。
【0033】最後に、面発光レーザー19を光モジュー
ルの基体10の位置合わせマーカー15を用いてフリッ
プチップ方式で高精度に実装できた。
【0034】かくして、本実施例において面発光レーザ
ー19をフリップチップ実装することにより、面発光レ
ーザー19での出射光は傾斜面11に形成した出力監視
用受光素子14により、モニターされるとともに、光路
変換されて、光ファイバ20へ高効率で入射させること
ができた。
【0035】また、傾斜面11にフォトダイオードであ
る出力監視用受光素子14を形成することにより、出射
が単一方向のみの面発光レーザーにおいて、出力監視が
可能な優れた光モジュールを提供できた。
【0036】さらに、面発光レーザー19を異方性エッ
チングで傾斜面を形成した基体10にフリップチップ方
式で実装することにより、パッシブアライメント可能な
低背・小型の表面実装型光モジュールを提供できた。
【0037】
【発明の効果】以上のように、本発明の光モジュール
は、基体の一部を異方性エッチングにより除去して、傾
斜面と該傾斜面をはさむ非エッチング面とを形成すると
ともに、基体の非エッチング面に傾斜面を跨ぐ状態で面
発光手段をフリップチップ方式で実装し、且つ面発光手
段の出射光を傾斜面にて光路変換させるように成した。
そして、傾斜面に面発光手段の出射光をモニターし、反
射させる受光手段を設けたので、発光装置の出射光の光
路変換する光傾斜面、または素子配設面を備えた光路変
換体を異方性エッチングにより容易に形成し、且つ高速
対応の面発光型の発光装置を実装した光モジュールを容
易に作製でき、しかも低背化を図った小型の光モジュー
ルを提供できる。さらに、面発光手段の光出力のモニタ
ーが容易にでき、性能の優れ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を模式的に説明する
斜視図である。
【図2】本発明に係る光モジュールに使用される基体を
模式的に説明する斜視図である。
【図3】本発明に係る光モジュールにおいて面発光手段
の配設前の様子を説明する斜視図である。
【図4】本発明に係る面発光手段の光出射側の面を模式
的に説明する斜視図である。
【図5】従来の光モジュールを説明する断面図である。
【図6】従来の他の光モジュールを説明する断面図であ
る。
【符号の説明】
10:基体 11:傾斜面(傾斜面) 12:ベンチ部 13:非エッチング面 14:出力監視用受光素子 15:位置合わせ用マーカー 16:電極配線 17:V溝 19:面発光レーザー 20:光ファイバ
フロントページの続き Fターム(参考) 2H037 AA01 BA02 BA11 BA31 CA37 DA03 DA04 DA06 DA12 5F073 AB17 AB28 BA02 DA21 FA02 FA13 FA30 5F089 AA01 AC02 AC10 CA14 EA10

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体の一部を異方性エッチングにより除
    去して、傾斜面と該傾斜面をはさむ非エッチング面とを
    形成するとともに、前記基体の非エッチング面に前記傾
    斜面を跨ぐ状態で面発光手段をフリップチップ方式で実
    装し、且つ前記面発光手段の出射光を前記傾斜面にて光
    路変換させるように成したことを特徴とする光モジュー
    ル。
  2. 【請求項2】 前記傾斜面に前記面発光手段の出射光を
    モニターし、且つ反射させる受光手段を設けたことを特
    徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  3. 【請求項3】 前記基体の傾斜面が(111)面または
    その等価な面であり、且つ前記基体の非エッチング面が
    (100)面から[110]方向へ5°〜15°傾斜さ
    せた面またはその等価な面であることを特徴とする請求
    項1または2に記載の光モジュール。
  4. 【請求項4】 前記基体に、前記面発光手段の出射光を
    前記基体の傾斜面により光路変換させて入射させる光導
    波体を配設することを特徴とする請求項1〜3のいずれ
    かに記載の光モジュール。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008091472A (ja) * 2006-09-29 2008-04-17 Matsushita Electric Works Ltd 光電気変換装置
WO2021065436A1 (ja) * 2019-10-02 2021-04-08 株式会社小糸製作所 発光装置、および受光装置

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