JP2004157558A

JP2004157558A - 光半導体モジュール

Info

Publication number: JP2004157558A
Application number: JP2004003645A
Authority: JP
Inventors: Toru Nishikawa; 透西川; Motoji Toumon; 元二東門; Tomoaki Uno; 智昭宇野; Masahiro Mitsuta; 昌弘光田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 2004-01-09
Publication date: 2004-06-03

Abstract

【課題】半導体レーザ素子の光軸と光ファイバの光軸との間の位置ずれを低減すると共に、半導体レーザ素子の出射端面と光ファイアの入射端面との距離のばらつきを低減する。
【解決手段】ベース４００には、半導体レーザ素子４１０とモニター用受光素子４２０とが搭載されている。ベース４００には、光軸方向に延びるベース凹状溝４０１がエッチングにより形成されており、光ファイバ４３０はベース凹状溝４０１に収納されている。半導体レーザ素子４１０を位置決めするための一対の第１のベースマーク４０５がベース４００における半導体レーザ素子４１０が搭載される領域の両側における光軸に対して対称の位置に、ベース凹状溝４０１と同一のフォトマスクを用いて同一のエッチング工程により形成されている。
【選択図】図１６

Description

本発明は、半導体レーザ素子から出力された光信号を光ファイバにより伝送する光ファイバ通信に用いられ、半導体レーザ素子と光ファイバとが光学的に結合してなる光半導体モジュールに関する。

近年、センター局からデータ及び多チャンネルの映像情報を一般家庭まで光ファイバを用いて伝送する光加入者系システムが提案され、検討されている。この光加入者系システムにおいては、一般家庭の加入者端末に波長多重される異種の光信号を同時に受信するための複数の光受信装置と、加入者端末からセンター局に向けてリクエストやデータを送信するための光送信装置とが必要となる。

また、光加入者系システムに使用される光送信装置及び光受信装置は、低価格化のため、発光素子及び受光素子を動作させることなく光ファイバと結合させるパッシブアライメント方式の実装技術を用いることが多い。

さらに、小型化及び高機能化のため、光受信装置と光送信装置とをコンパクトに集積化する技術が必要になってきている。

そこで、光受信装置及び光送信装置がコンパクトに集積されてなる光送受信装置として、１９９６年電子情報通信学会総合大会予稿集ＳＣ−２−５に記載され、図３７（ａ）、（ｂ）に示すものが提案されている。

以下、前記従来の光送受信装置について、図３７（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。

図３７（ａ）は従来の光送受信装置の平面構造を示し、図３７（ｂ）は図３７（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面構造を示しており、従来の光送受信装置は、互いに接合されたファイバブロック１０とＰＬＣ（Planer Lightwave Circuit）基板２０とを備えている。ファイバブロック１０は、光信号送受信用の第１の光ファイバ１１及び光信号受信用の第２の光ファイバ１２の各一端部を保持している。また、ＰＬＣ基板２０は、波長１．３μｍ帯の光を出力する半導体レーザ素子２１、該半導体レーザ素子２１の出力をモニターするモニター用受光素子２２、波長１．３μｍ帯の光を受信する第１の受信用受光素子２３、及び波長１．５５μｍ帯の光を透過させる一方、波長１．３μｍ帯の光を反射するＷＤＭフィルター２４を保持しており、内部には光導波路２５が形成されている。受信用の第２の光ファイバ１２の他端部には、波長１．５５μｍ帯の光を受信して映像情報を出力するための第２の受信用受光素子１３が接続されている。

ファイバブロック１０とＰＬＣ基板２０とは、出力ポート２６及びコモンポート２７において光学的に互いに接続されており、半導体レーザ素子２１から出力された波長１．３μｍ帯の送信用の光は、光導波路２５のＹ型分岐部２５ａを通過した後、ＷＤＭフィルター２４を透過し、その後、コモンポート２７を通過して第１の光ファイバ１１の他端部から出力される。また、第１の光ファイバ１１の他端部から入力された波長１．３μｍ帯及び１．５５μｍ帯の受信用の光のうち１．３μｍ帯の光は、コモンポート２７を通過した後、ＷＤＭフィルター２４を透過し、その後、光導波路２５のＹ型分岐部２５ａを通過して第１の受信用受光素子２３において受信される。さらに、第１の光ファイバ１１の他端部から入力された波長１．３μｍ帯及び１．５５μｍ帯の受信用の光のうち１．５５μｍ帯の光は、ＷＤＭフィルター２４で反射された後、出力ポート２６を通過して、第２の受信用受光素子１３において受信される。

前記従来の光送受信装置においては、外部伝送路である第１及び第２の光ファイバ１１、１３とＰＬＣ基板２０との結合以外の全ての結合は、パッシブアライメントにより行なわれている。

ところで、光送信装置として用いられる光半導体モジュールにおいては、シリコンよりなるベースに光軸方向へ延びる断面Ｖ字状の凹状溝を形成し、該凹状溝に光ファイバを収納することにより、光ファイバをベースに正確に実装できるようになってきた。

ところが、半導体レーザ素子の実装に関しては、半導体レーザ素子及びベースに電極が形成されていること、及び半導体レーザ素子のサイズが小さいこと等の理由により、ベースに正確に実装することは困難である。

そこで、半導体レーザ素子をパッシブアライメント方式により、ベースに高精度に実装する技術が必要となり、T.Hashimoto et al,MOC '95,D5,1995には、図３８に示すような光半導体モジュールの製造方法が提案されている。

すなわち、シリコンよりなるベース３０には、光軸方向に延びるファイバ位置決め用の凹状溝３１及び光軸と垂直方向に延びる切り込み溝３２が形成されていると共に、Ａｕ層よりなる配線パターン３３及びＡｕ層よりなる位置決め用のベースマーク３４が形成されている。一方、半導体レーザ素子４０の裏面にも、Ａｕ層よりなる表面電極（図示は省略している。）及びＡｕ層よりなる位置決め用のレーザマーク４１が形成されている。この場合、ベース３０の配線パターン３３とベースマーク３４とは同一工程で形成され、半導体レーザ素子４０の表面電極とレーザマーク４１とは同一工程で形成されているため、パッシブアライメントのための特別な加工工程は必要ではない。

赤外光源５０から出射されベース３０及び半導体レーザ素子４０を透過する赤外線５１をＣＣＤカメラ５２で受光して、ベース３０のベースマーク３４及び半導体レーザ素子４０のレーザマーク４１を画像認識することにより、ベース３０と半導体レーザ素子４０とは位置合わせされる。

また、単一モードの光ファイバ６０は、凹状溝３１に収納されることにより光軸に対して垂直な面内の位置決めがなされ、切り込み溝３２のストッパー用壁面（半導体レーザ素子側の壁面）に当接されることにより光軸方向の位置決めがなされる。

ところが、図３７（ａ）、（ｂ）に示した従来の光送受信装置においては、光学プラットホームとしてＰＬＣ基板２０を使用しているが、シリカ系のＰＬＣ基板２０を用いる場合、ＰＬＣ基板２０の長さの短縮化は導波路２５の最小曲げ半径により制約を受けるため、ＰＬＣ基板２０の長さが光の進行方向に大きくなってしまい、このため、光送受信装置の小型化は困難になる。すなわち、ＰＬＣ基板２０の導波路２５には、導波路層とクラッド層との屈折率差により損失が生じない最小曲げ半径が存在する。この最小曲げ半径は、屈折率差を大きくすることにより小さくすることは可能であるが、屈折率差を０．７５％（０．７５％という屈折率差は、導波路の内部損失や光ファイバとの接続損失を考えた場合の最大値である。）まで大きくしても、最小曲げ半径は５ｍｍ程度までしか小さくすることはできない。このため、図３７（ａ）、（ｂ）に示す光送受信装置においては、ＰＬＣ基板２０の光軸方向の長さが最低でも１５ｍｍ程度が必要になり、光送受信装置としては、さらにファイバ接続部分が必要になるので、装置の光軸方向の長さは２０ｍｍ以上になってしまう。

また、前記従来の光送受信装置においては、ＰＬＣ基板２０の導波路２５に入力された波長１．５５μｍ帯の受信用の光は、ＰＬＣ基板２０の出力ポート２６から第２の光ファイバ１２に出力された後、第２の受信用受光素子１３により受信される構成のため、光送受信装置の低価格化及び小型化が制約を受けるという問題がある。

また、アセンブリ工程においては、ＰＬＣ基板２０にダイシングソーにより切り込み溝を切削加工し、該切り込み溝にＷＤＭフィルター２４を挿入した後、ＷＤＭフィルター２４の位置及び角度の調整を行なっているが、ＷＤＭフィルター２４を高精度に実装することは困難であるので、コモンポート２７から入射された後、出力ポート２６へ向かう光の損失が増大するという問題がある。

また、ファイバブロック１０をＰＬＣ基板２０に接合する際に、第１の光ファイバ１１とコモンポート２７、及び第２の光ファイバ１２と出力ポート２６とを同時に高効率で接続する必要があるため、アクティブアライメントによる位置合わせをする必要があるので、アセンブリ工程が複雑化するという問題がある。

さらに、ＰＬＣ基板２０と半導体レーザ素子２１、ＰＬＣ基板２０と第１の受信用受光素子２３、半導体レーザ素子２１とモニター用受光素子２２、及び第１及び第２の光ファイバ１１、１２とＰＬＣ基板２０とをそれぞれ実装するという高精度を要する実装工程が多いので、低価格化が妨げられているという問題もある。

また、図３８に示した従来の光半導体モジュールにおいては、以下に説明するような問題がある。

まず、ベースマーク３４を形成するためのマスクをベース３０の凹状溝３１に対して、ベース３０の表面と平行な面内における光軸と垂直な方向の位置が一致するように位置合わせする必要がある。ところが、マスクの位置合わせの際に必ずマスクずれが生じるので、ベースマーク３４と凹状溝３１との間に位置ずれが発生する。また、凹状溝３１に対して位置ずれしているベースマーク３４を用いて半導体レーザ素子４０の位置合わせを行なうため、半導体レーザ素子４０はベース３０の凹状溝３１に対して二重の位置ずれが生じてしまうという問題がある。

また、赤外光源５０から出射された赤外線５１をＣＣＤカメラ５２で受光して画像認識する場合に、ＣＣＤカメラ５２に対する距離が互いに異なるベースマーク３４及びレーザマーク４１を同時に観察するため、いずれか一方のマークがデフォカスされてぼやけて画像認識されるという問題もある。

また、ベースマーク３４及びレーザマーク４１は微細なほど正確で且つ高精度な位置合わせが可能になるが、金属蒸着法によりベースマーク３４及びレーザマーク４１を形成しているため、ベースマーク３４及びレーザマーク４１のパターンのエッジがミクロンオーダーで揺らぐので、正確な画像認識が行なえないという問題もある。

また、半導体レーザ素子４０における出射端面とレーザマーク４１との相対距離が、へき開時の精度により数ミクロンオーダーのばらつきが生じると共に、ベース３０における切り込み溝３２のストッパー用壁面とベースマーク３４との相対距離も切り込み溝３２の形成精度により数ミクロンオーダーのばらつきが生じる。

さらに、従来の画像認識方法によると、赤外光源５０から出射された赤外線５１を利用して、ベースマーク３４とレーザマーク４１とが重ね合わされたパターンを画像認識することにより、機械的な調整を行なっているため、半導体レーザ素子４０における出射端面とレーザマーク４１との間の相対位置のばらつき及びベース３０における切り込み溝３２の形成時のばらつきを抑制することができないという問題もある。

以上説明したような種々の問題により、従来の光半導体モジュールにおいては、半導体レーザ素子の光軸と光ファイバの光軸とが大きく位置ずれを起こすと共に、半導体レーザ素子の出射端面と光ファイアの入射端面との距離も大きくばらつくという問題がある。

前記に鑑み、本発明は、集積度が高くて且つアセンブリが容易な光送受信装置を提供することにより、光送受信装置の低価格化、小型化及び高機能化を実現することを第１の目的とし、半導体レーザ素子の光軸と光ファイバの光軸との間の位置ずれを低減すると共に、半導体レーザ素子の出射端面と光ファイアの入射端面との距離のばらつきを低減することを第２の目的とする。

前記の第２の目的を達成するため、本発明に係る第１の光半導体モジュールは、光軸方向に延びる凹状溝及び光軸と垂直な方向に延びる切り込み溝を有するベースと、ベースに固定されており半導体レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、入射端面が切り込み溝の半導体レーザ側の壁面に当接した状態でベースの凹状溝に収納されており、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を伝送する光ファイバと、ベースに形成されており、半導体レーザ素子とベースとの位置合わせをするためのアライメントマークとを備えた光半導体モジュールを対象とし、アライメントマークは、凹状溝と同一のフォトリソグラフィ及び同一のエッチングにより形成されている。

第１の光半導体モジュールにおいて、アライメントマークは、ベースにおける半導体レーザ素子が固定される領域の両側における光軸に対して対称な位置に形成された一対の側方アライメントマークを含むことが好ましい。

第１の光半導体モジュールにおいて、アライメントマークは、ベースにおける切り込み溝の半導体レーザ側の壁面とのエッジ部に形成されたベースエッジアライメントマークを含むことが好ましい。

第１の光半導体モジュールにおいて、アライメントマークは、ベースにおける半導体レーザ素子が固定される領域の両側における光軸に対して対称な位置に形成された一対の側方アライメントマークと、ベースにおける切り込み溝の半導体レーザ側の壁面とのエッジ部に形成されたベースエッジアライメントマークとを含むことが好ましい。

第１の光半導体モジュールは、半導体レーザ素子の底面における光ファイバ側のエッジ部に形成され、半導体レーザ素子とベースとの位置合わせをするためのレーザエッジアライメントマークをさらに備えていることが好ましい。

この場合、ベースのアライメントマークは、ベースにおける切り込み溝の半導体レーザ側の壁面とのエッジ部に形成されたベースエッジアライメントマークを含むことが好ましい。

前記の第２の目的を達成するため、本発明に係る第２の光半導体モジュールは、光軸方向に延びる凹状溝を有するベースと、ベースに固定されており半導体レーザ光を出射するダブルチャネル構造の半導体レーザ素子と、ベースの凹状溝に収納されており、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を伝送する光ファイバと、ベースに形成されており、半導体レーザ素子とベースとの位置合わせをするためのアライメントマークとを備えた光半導体モジュールを対象とし、アライメントマークは、ベースの半導体レーザ素子が固定される領域における光軸に対して対称な位置に形成された断面Ｖ字状の一対の溝同士の間に存在する凸状部よりなる凸状アライメントマークを含む。

第２の半導体光モジュールにおいて、凸状部の両側の一対の溝は、凹状溝と同一のフォトリソグラフィ及び同一のエッチングにより形成されていることが好ましい。

本発明に係る第１の光半導体モジュールによると、アライメントマークは、凹状溝と同一のフォトリソグラフィ及び同一のエッチングにより形成されているため、ベースに形成されているアライメントマークと凹状溝との間に位置ずれが生じないので、前記のアライメントマークにより位置決めされた半導体レーザ素子と、前記の凹状溝に収納された光ファイバとの間の位置ずれを大きく低減することができ、これによって、レーザ光の光ファイバに対する結合効率を向上させることができる。

第１の光半導体モジュールにおいて、アライメントマークが、ベースにおける光軸に対して対称な位置に形成された一対の側方アライメントマークを含むと、半導体レーザ素子とベースとの間における、ベースの表面と平行な面における光軸と垂直な方向の位置ずれを低減できるため、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光と光ファイバとの間における、ベースの表面と平行な面における光軸と垂直な方向の位置ずれを低減できるので、レーザ光の光ファイバに対する結合効率を大きく向上させることができる。

第１の光半導体モジュールにおいて、アライメントマークが、ベースにおける切り込み溝の半導体レーザ側の壁面とのエッジ部に形成されたベースエッジアライメントマークを含むと、半導体レーザ素子とベースとの間における光軸方向の位置ずれ、ひいては半導体レーザ素子の出射端面と光ファイバの入射端面との間の距離のばらつきを低減できるため、半導体レーザ素子の出射端面と光ファイバの入射端面との間の距離を短くできるので、レーザ光の光ファイバに対する結合効率を大きく向上させることができる。

第１の光半導体モジュールにおいて、アライメントマークが、ベースにおける光軸に対して対称な位置に形成された一対の側方アライメントマークと、ベースにおける切り込み溝の半導体レーザ側の壁面とのエッジ部に形成されたベースエッジアライメントマークとを含むと、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光と光ファイバとの間における、ベースの表面と平行な面における光軸と垂直な方向の位置ずれ、及び、半導体レーザ素子の出射端面と光ファイバの入射端面との間の距離のばらつきを低減できるので、レーザ光の光ファイバに対する結合効率を一層大きく向上させることができる。

第１の光半導体モジュールが、半導体レーザ素子の底面における光ファイバ側のエッジ部に形成されたレーザエッジアライメントマークを備えていると、半導体レーザ素子とベースとの間における光軸方向の位置ずれ、ひいては半導体レーザ素子の出射端面と光ファイバの入射端面との間の距離のばらつきを低減できるため、半導体レーザ素子の出射端面と光ファイバの入射端面との間の距離を短くできるので、レーザ光の光ファイバに対する結合効率を大きく向上させることができる。

この場合、ベースのアライメントマークが、ベースにおける切り込み溝の半導体レーザ側の壁面とのエッジ部に形成されたベースエッジアライメントマークを含むと、半導体レーザ素子の出射端面と光ファイバの入射端面との間の距離のばらつきを一層低減できるため、半導体レーザ素子の出射端面と光ファイバの入射端面との間の距離を一層短くできるので、レーザ光の光ファイバに対する結合効率を一層大きく向上させることができる。

本発明に係る第２の光半導体モジュールによると、アライメントマークが、ベースにおける光軸に対して対称な位置に形成された断面Ｖ字状の一対の溝同士の間に存在する凸状部よりなる凸状アライメントマークを含むため、半導体レーザ素子とベースとの間における、ベースの表面と平行な面における光軸と垂直な方向の位置ずれを低減できるので、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光と光ファイバとの間における、ベースの表面と平行な面における光軸と垂直な方向の位置ずれを低減でき、これによって、レーザ光の光ファイバに対する結合効率を大きく向上させることができる。この場合、半導体レーザ素子がダブルチャネル構造を有しており、ベースにおける断面Ｖ字状の一対の溝を形成する領域には電極を形成する必要がないので、断面Ｖ字状の一対の溝を形成することが可能になる。

第２の半導体光モジュールにおいて、断面Ｖ字状の一対の溝が、凸状アライメントマークと凹状溝との間に位置ずれが生じないため、凸状アライメントマークにより位置決めされた半導体レーザ素子と、凹状溝に収納された光ファイバとの間の位置ずれを大きく低減することができるので、レーザ光の光ファイバに対する結合効率を大きく向上させることができる。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る光送受信装置について、図１（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。

第１の実施形態に係る光送受信装置は、光送信機能が搭載されたシリコンよりなる第１のベース１１０と、光受信機能が搭載されたＧａＡｓよりなる第２のベース１２０とが一体化されたものである。

第１のベース１１０における図１の左側部分に設けられた光信号送信領域１１０ａの上は、例えば波長１．３μｍ帯の光を出射する半導体レーザ素子１１１と、該半導体レーザ素子１１１から出射される光の強度をモニターするフォトダイオードよりなるモニター用受光素子１１２とが搭載されている。半導体レーザ素子１１１が出射する光の波長としては、光加入者系の用途を考慮すると、１．３μｍ帯が好ましい。モニター用受光素子１１２としては、側面入射型が好ましく、また、半導体レーザ素子１１１が出射する光の波長帯において受光感度が線形で且つ十分に高いものを用いることが好ましい。

モニター用受光素子１１２の受光面からの反射光が半導体レーザ素子１１１の活性層領域に再入射しないように、図１（ｂ）に示すように、モニター用受光素子１１２は光軸方向に対して傾斜する角度を持って固定されている。

第１のベース１１０における光信号送信領域１１０ａよりも右側に設けられた光ファイバ端部保持領域１１０ｂの上面には、図２（ａ）に示すような断面台形状の第１の凹状溝１１３が光軸方向に延びるように形成されており、該第１の凹状溝１１３には単一モードの光ファイバ１３０の入射部１３０ａが収納されている。

光ファイバ１３０としては、半導体レーザ素子１１１からの反射減衰量を十分に抑制するために、入射端面に無反射処理が施されたものを用いることが好ましい。また、半導体レーザ素子１１１から出射された光が光ファイバ１３０の入射端面で高い結合効率で結合するように、光ファイバ１３０のモードフィールド径と半導体レーザ素子１１１のスポット径（実現可能な範囲は１．５〜４．５μｍ程度である。）とが同程度の大きさになるような光ファイバ１３０のモードフィールド径を選択することが好ましい。

さらに、半導体レーザ素子１１１から出射された光が光ファイバ１３０の入射端面でより高い結合効率で結合するように、半導体レーザ素子１１１の光ファイバ１３０との距離はできるだけ小さい方が好ましい。尚、半導体レーザ素子１１１と光ファイバ１３０との間の光学距離を短くするために、図示はしていないが、半導体レーザ素子１１１と光ファイバ１３０との間に屈折率が整合された樹脂又はオイルを充填してもよい。

第１のベース１１０の中央部の上には、第１の凹状溝１１３に比べて底辺の長さが大きい第２の凹状溝１１４を有するファイバ押さえ部材１１５が固着されており、光ファイバ１３０の入射部１３０ａは、第１の凹状溝１１３の両壁面と第２の凹状溝１１４の底面との３点によって狭持されている。この場合、ファイバ押さえ部材１１５は第１のベース１１０に対して収縮性を有する光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂により固着されているため、光ファイバ１３０の入射部１３０ａは、ファイバ押さえ部材１１５が第１のベース１１０に接近する力を受けて、第１の凹状溝１１３の両壁面と第２の凹状溝１１４の底面との３点によって確実に狭持されている。尚、ファイバ押さえ部材１１５の第２の凹状溝１１４は、エッチングによって形成してもよいし、ダイシングソ―等による機械加工によって形成してもよい。

第１のベース１１０における光信号送信領域１１０ａの右側には光軸と垂直な方向に延びる切欠き部１１６が形成されている。切欠き部１１６の光信号送信領域１１０ａ側の壁面よりなるファイバストッパー１１７に光ファイバ１３０の入射端面が当接しており、これにより、半導体レーザ素子１１１と光ファイバ１３０の入射端面との距離が規制されている。

光ファイバ１３０の入射部１３０ａが３点によって狭持されていることと、光ファイバ１３０の入射端面がファイバストッパー１１７に当接していることによって、パッシブアライメント方式でサブミクロンオーダの光軸調整が可能になっている。

半導体レーザ素子１１１及びモニター用受光素子１１２の第１のベース１１０における固定位置は、第１の凹状溝１１３の中心線及びファイバストッパー１１７に対して高精度に位置決めする必要があるので、第１のベース１１０の光信号送信領域１１０ａにはアライメントマーク１１８が設けられている。

第１のベース１１０における光ファイバ端部保持領域１１０ｂよりも右側に設けられた光信号受信領域１１０ｃの上には第２のベース１２０が固定されており、該第２のベース１２０の上面には、図２（ｂ）に示すように、断面方形状の第３の凹状溝１２１が形成されている。第３の凹状溝１２１の内部には光ファイバ１３０が収納されており、該光ファイバ１３０は第３の凹状溝１２１に充填された樹脂により第３の凹状溝１２１の底面に固定されている。この場合、光ファイバ１３０の入射端面が切欠き部１１６の壁面に当接したときに、第１のベース１１０の光ファイバ端部保持領域１１０ｂと第２のベース１２０との間に間隔ができるような状態で、光ファイバ１３０は第３の凹状溝１２１の底面に固定されている。後述するように、光ファイバ１３０は、光送信機能と光受信機能との両方に用いるため、光ファイバ１３０の光軸高さを正確に制御する必要があるので、光ファイバ１３０は第３の凹状溝１２１の底面に全長に亘って接触するように固定されている。

第２のベース１２０における左側部分には、光軸に対して所定の角度を持ち且つ光軸と垂直な方向に延びる第１の切り込み溝１２２が形成されており、該第１の切り込み溝１２２には、光ファイバ１３０の左方から入射する波長１．３μｍ帯の光を透過させる一方、光ファイバ１３０の右方から入射する波長１．３μｍ帯の光を上方に反射するハーフミラー１２４が狭持されている。また、第２のベース１２０における右側部分には、光軸に対して所定の角度を持ち且つ光軸と垂直な方向に延びる第２の切り込み溝１２３が形成されており、該第２の切り込み溝１２３には、波長１．３μｍ帯の光を透過させる一方、波長１．５５μｍ帯の光を上方に反射するＷＤＭフィルター１２５が狭持されている。

第２のベース１２０の左側部分の上には、ハーフミラー１２４により反射された波長１．３μｍ帯の光を受信するフォトダイオードよりなる面入射型の第１の受信用受光素子１２６が固定されていると共に、第２のベース１２０の右側部分の上には、ＷＤＭフィルター１２５により反射された波長１．５５μｍ帯の光を受信するフォトダイオードよりなる面入射型の第２の受信用受光素子１２７が固定されている。この場合、ハーフミラー１２４により反射された光が第１の受信用受光素子１２６に正確に入射すると共に、ＷＤＭフィルター１２５により反射された光が第２の受信用受光素子１２７に正確に入射するように、光路設計を行なう必要がある。このため、第３の凹状溝１２１の底面に光ファイバ１３０が固定された状態で、第１の切り込み溝１２２及び第２の切り込み溝１２３をダイシングカットにより正確な角度及び位置精度で加工すると共に、ハーフミラー１２４及びＷＤＭフィルター１２５を第１及び第２の切り込み溝１２２、１２３に樹脂により固定する。また、第１及び第２の受信用受光素子１２６、１２７としては、入射光の波長帯に対して十分に感度が高く且つ高周波信号特性に優れたものを用いることが好ましい。

第１の実施形態に係る光送受信装置によると、導波路として機能する光ファイバ１３０は、直線状態であるため、従来例として示した光送受信装置のように曲げる必要がないので、光ファイバの曲率半径の制約がない。また、受信用光信号の光路の変更は、反射型のハーフミラー１２４やＷＤＭフィルター１２５によって行なうため、光送受信装置の光軸方向の長さは、ハーフミラー１２４やＷＤＭフィルター１２５の厚さ及び第１及び第２の受信用受光素子１２６、１２７の底面の大きさにより決まる。従って、光送受信装置の光軸方向の長さとしては、１０〜１２ｍｍで十分であり、ＰＬＣ基板を用いる場合の半分程度に抑制することができる。

また、ＰＬＣ基板を用いる光送受信装置においては、波長１．５５μｍ帯の光信号を受信するための機能は、装置本体の外部に設ける必要があるため、装置全体のサイズの増大化及びファイバ接続工程の増加等の問題があるが、第１の実施形態によると、波長１．５５μｍ帯の光信号の受信機能も装置本体内に収納できるので、装置全体のサイズの縮小化を図ることができる。

また、ＰＬＣ基板を用いる光送受信装置においては、図３７に示したように、光信号入力用のポートと波長１．５５μｍ帯の光信号を出力する光信号出力用のポートとが必要になるため、ＰＬＣ基板と光ファイバとの接続部は２ヶ所になるが、第１の実施形態によると、１本の連続した光ファイバ上に光信号の受信機能及び送信機能が設けられているため、装置内における光ファイバの接続部は存在しないので、光ファイバの接続工程が不要になる。

ところで、ＰＬＣ基板を用いる光送受信装置及び第１の実施形態に係る光送受信装置のいずれにおいても、受信用の光信号から波長１．３μｍ帯の光と１．５５μｍ帯の光とを分離するのにＷＤＭフィルターを用いており、光信号の分離精度は反射光が入射する受信面の大きさに大きく依存している。ＰＬＣ基板を用いる光送受信装置においては、ＷＤＭフィルターからの反射光がＰＬＣ基板に入射する構造であるため、受信面の大きさは４〜８μｍ程度と小さく、反射光の位置ズレが±１〜２μｍ以内になるようにＷＤＭフィルターを実装する必要があるので、ＷＤＭフィルターの角度及び光軸方向への位置に高精度が要求される。これに対して、第１の実施形態においては、受信用受光素子の受光面は直径８０μｍ程度であって大きいので、反射した光の広がり及び受信用受光素子の実装精度（約±５μｍ）を考慮しても、ＷＤＭフィルターの実装精度は、極めて緩いものになる。

また、ＰＬＣ基板を用いる光送受信装置においては、各部品の実装精度としては、ＰＬＣ基板の導波路と半導体レーザ素子との間が±１μｍ以内、半導体レーザ素子とモニター用受光素子との間が±５μｍ以内、ＰＬＣ基板の導波路と受信用受光素子との間が±５μｍ以内、ＰＬＣ基板の導波路と２本の光ファイバとの間が±２μｍ以内であり、また、ＷＤＭフィルターを挿入する切り込み溝の精度としては、±３μｍ以内の溝幅精度、光軸方向に±３μｍ程度の位置精度及び光軸に対して±１度程度の角度精度が要求される。これに対して、第１の実施形態においては、光ファイバと半導体レーザ素子との間が±１μｍ以内、半導体レーザ素子とモニター用受光素子との間が±５μｍ以内、各受信用受光素子の位置精度が±５μｍ以内であり、また、ＷＤＭフィルターを挿入する切り込み溝の精度としては、±３μｍ以内の溝幅精度、光軸方向に±５〜１０μｍ程度の位置精度、光軸に対して±３度程度の角度精度が要求される。

以上説明したように、第１の実施形態に係る光送受信装置は、ＰＬＣ基板を用いる光送受信装置に比べて、高度な位置精度が必要な部品の数が少ないと共に位置精度も緩やかでよいので、量産性の観点からは非常に有利である。

尚、第１の実施形態においては、半導体レーザ素子１１１から出射される光の波長は、１．３μｍ帯であるが、これに代えて、１．５５μｍ帯又はこれ以外の波長帯であってもよい。

また、半導体レーザ素子１１１の構造としては、光ファイバ１３０の入射端面へのより高い結合効率が期待できるように、狭出射角レーザ素子又はスポットサイズ変換機能付きのレーザ素子を使用してもよい。

また、第１のベース１１０としては、シリコンよりなる基板を用いたが、これに代えて、第１の凹状溝１１３の加工が精度良く行なわれるように、ガラス基板やセラミックの基板を用いてもよい。但し、ガラス基板やセラミック基板を用いる場合には、半導体レーザ素子１１１の放熱が効率良く行われるように、ガラス基板やセラミック基板の上に形成される電極配線層の膜厚を大きくすることが好ましい。電極配線層の面積は通常半導体レーザ素子１１１の底面積よりも大きく、電極配線層は半導体レーザ素子１１１の底面から横方向に拡がっているため、電極配線層は放熱機能を有している。このため、電極配線層の膜厚を大きくすると、熱の放熱経路の断面積が増大するので、半導体レーザ素子１１１の放熱が効率良く行われる。

また、第２のベース１２０としては、ＧａＡｓよりなる基板を用いたが、これに代えて、絶縁性に優れているガラス基板やセラミック基板を用いてもよい。

（第１の実施形態の第１の変形例）
以下、第１の実施形態の第１の変形例に係る光送受信装置について、図３（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。図３（ａ）、（ｂ）においては、図１（ａ）、（ｂ）に示す第１の実施形態と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。

第１変形例の特徴として、第１のベース１１０及び第２のベース１２０は、パッケージ１００の底部にそれぞれ固定されている。第１の実施形態と同様に、第１のベース１１０の光信号送信領域１１０ａの上には半導体レーザ素子１１１とモニター用受光素子１１２とが搭載されている。また、第１のベース１１０には切欠き部１１６が形成されており、切欠き部１１６の光信号送信領域１１０ａ側の壁面よりなるファイバストッパー１１７に光ファイバ１３０の入射端面が当接することにより、半導体レーザ素子１１１と光ファイバ１３０の入射端面との距離が規制されている。

第１の実施形態と同様、第２のベース１２０の上面に形成された第３の凹状溝（図示は省略している。）の内部には光ファイバ１３０が収納され、該光ファイバ１３０は第３の凹状溝に充填された樹脂により固定されている。

第１の変形例によると、パッケージ１００に固定された第１のベース１１０に保持された半導体レーザ素子１１１に対する出力検査を行なってから、光ファイバ１３０を保持した第２のベース１２０をパッケージ１００に固定することができるので、不良の半導体レーザ素子１１１に対して光ファイバ１３０を結合することにより発生するロスを低減することができる。

（第１の実施形態の第２の変形例）
以下、第１の実施形態の第２の変形例に係る光送受信装置について、図４を参照しながら説明する。尚、図４においては、図１（ａ）、（ｂ）に示す第１の実施形態と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。

第２の変形例の特徴として、モニター用受光素子１１２は面取り入射型である。すなわち、半導体レーザ素子１１１から出射した光は、モニター用受光素子１１２の下部に設けられた光跳ね上げミラー１１２ａにより上方に反射された後、モニター用受光素子１１２の上部に設けられた受光部１１２ｂに入射する。

第２の変形例によると、半導体レーザ素子１１１の左側側面から出射された後、モニター用受光素子１１２の右側側面で反射される光は、半導体レーザ素子１１１の活性層領域に再入射し難くなる。このため、第１の実施形態のように、モニター用受光素子１１２を光軸方向に対して傾斜させる必要がないので、実装許容度が大きくなって、半導体レーザ素子１１１及びモニター用受光素子１１２の実装が容易になる。

（第１の実施形態の第３の変形例）
以下、第１の実施形態の第３の変形例に係る光送受信装置について、図５を参照しながら説明する。尚、図５においては、図１（ａ）、（ｂ）に示す第１の実施形態と同一の部材については同一の符号を付すことにより説明を省略する。

第３の変形例の特徴として、半導体レーザ素子１１１及びモニター用受光素子１１２は、光軸方向に対して平面的に所定の傾き角度αを持って第１のベース１１０に固定されている。

第３の変形例によると、光ファイバ１３０から光送受信装置の内部に入射された光は、光送受信装置の内部で減衰を受けながら反射され、再び光ファイバ１３０に入射する。この反射光の減衰量（反射減衰量）は、光送受信装置を使用する光ネットワークシステムの雑音量に大きく影響を与える。特に、半導体レーザ素子１１１から出射される光と同一波長帯の光の反射減衰量は、システムに対して最も大きな影響を与える。

また、半導体レーザ素子１１１から出射される光と同一波長帯の光の反射減衰量は、半導体レーザ素子１１１と光ファイバ１３０の光結合部の減衰量に大きく依存している。

第３の変形例によると、半導体レーザ素子１１１に傾き角度αを持たせているので、光ファイバ１３０の端面から出射された後、半導体レーザ素子１１１により反射され、再び光ファイバ１３０に再入射する光の結合効率を低減することができるので、十分な反射減衰量を確保できる。

図３３は、モードフィールド径φが１０μｍである光ファイバ１３０を通して外部から光送受信装置の内部に入射された光の光結合部（半導体レーザ素子１１１と光ファイバ１３０との結合部）での反射減衰量と半導体レーザ素子１１１の傾き角度αとの関係を示している。図３３において、一点鎖線は半導体レーザ素子１１１の出射面に反射防止の手段を講じない場合（半導体レーザ素子１１１の出射面での反射率は３０％である。）の計算値を示し、実線は半導体レーザ素子１１１と光ファイバ１３０との間に反射防止用樹脂を充填した場合（半導体レーザ素子１１１の出射面での反射率は１４％である。）の計算値を示し、破線は半導体レーザ素子１１１の出射面にＡＲコートを施した場合（半導体レーザ素子１１１の出射面での反射率は１０％である。）の計算値を示し、黒丸は半導体レーザ素子１１１と光ファイバ１３０との間に反射防止用樹脂を充填した場合（半導体レーザ素子１１１の出射面での反射率は１４％である。）の５個のサンプルで求めた実験値の平均値を示している。尚、実験は、傾き角度αが０゜、２゜及び２．６゜の各場合について求めた。また、各実験値においては、反射減衰量のばらつきは±１ｄＢ以内であった。図３３において、反射率が共に１４％である実線の場合と黒丸の場合との対比から分かるように、計算値と実験値とは極めて近似している。

図３４は、半導体レーザ素子１１１から出射される光の出射角（広がり角）が１５゜の場合（図面ではＬＤ：１５ｄｅｇと表記する。）と出射角が１２゜の場合（図面ではＬＤ：１２ｄｅｇと表記する。）とにおける、半導体レーザ素子１１１の傾き角度αと過剰損失（光ファイバの入射部における結合効率の低減量）との関係を示している。

図３３から分かるように、傾き角度αを２゜にすると反射減衰量を３．５ｄＢ程度改善することができ、また、傾き角度αを３゜にすると反射減衰量を８．０ｄＢ程度改善することができる。もっとも、このように、半導体レーザ素子１１１を光軸に対して傾けると、半導体レーザ素子１１１から出射された光の光ファイバ１３０の入射部１３０ａでの結合効率は低減する。

しかしながら、図３４から分かるように、半導体レーザ素子１１１の出射角が１５゜である場合において、傾き角度αを２゜にすると過剰損失は０．５ｄＢ程度であり、また、傾き角度αを３゜にすると過剰損失は１．０ｄＢ程度である。従って、傾き角度αが０゜のときの結合効率を十分に大きくしておくことにより、傾き角度αを２〜３゜程度に設定することにより発生する過剰損失を問題がない程度に抑制することができる。以上の理由により、傾き角度αを２〜３゜に設定することにより、反射減衰量の改善と結合効率の低減の防止との両立を図ることが可能になる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る光送受信装置について、図６（ａ）、（ｂ）及び図７を参照しながら説明する。

第２の実施形態に係る光送受信装置は、シリコンよりなるベース２００の上に光送信機能及び光受信機能が搭載されている。すなわち、ベース２００は、ＬＤ／ＰＤ一体型のモノリシック構造を有している。

ベース２００における図６の左側部分には他の部分よりも一段低く形成された光信号送信領域２００ａが設けられており、該光信号送信領域２００ａの上には、例えば波長１．３μｍ帯の光を出射する半導体レーザ素子２１１と、該半導体レーザ素子２１１から出射される光の強度をモニターするフォトダイオードよりなるモニター用受光素子２１２とが搭載されている。半導体レーザ素子２１１が出射する光の波長としては、光加入者系の用途を考慮すると、１．３μｍ帯が好ましい。モニター用受光素子２１２としては、端面入射型が好ましく、また、半導体レーザ素子２１１が出射する光の波長帯において受光感度が線形で且つ十分に高いものを用いることが好ましい。

光ファイバ２３０としては、半導体レーザ素子２１１からの反射減衰量を十分に抑制するために、入射端面に無反射処理が施されたものを用いることが好ましい。また、半導体レーザ素子２１１から出射された光が光ファイバ２３０の入射端面で高い結合効率で結合するように、光ファイバ２３０のモードフィールド径と半導体レーザ素子２１１のスポット径（実現可能な範囲は１．５〜４．５μｍ程度である。）とが同程度の大きさになるような光ファイバ２３０のモードフィールド径を選択することが好ましい。

さらに、半導体レーザ素子２１１から出射された光が光ファイバ２３０の入射端面でより高い結合効率で結合するように、半導体レーザ素子２１１の光ファイバ２３０との距離はできるだけ小さい方が好ましい。尚、半導体レーザ素子２１１と光ファイバ２３０との間の光学距離を短くするために、図示はしていないが、半導体レーザ素子２１１と光ファイバ２３０との間に屈折率が整合された樹脂又はオイルを充填してもよい。

モニター用受光素子２１２の受光面からの反射光が半導体レーザ素子２１１の活性層領域に再入射しないように、図６（ｂ）に示すように、モニター用受光素子２１２は光軸方向に対して傾斜する角度を持って固定されている。

ベース２００における光信号送信領域２００ａよりも右側部分には、光信号送信領域２００ａよりも一段高い光ファイバ端部保持領域２００ｂ及び光信号受信領域２００ｃがそれぞれ設けられている。光ファイバ端部保持領域２００ｂ及び光信号受信領域２００ｃには、図７に示すように、上側の方形状部分と下側の三角形部分とからなる五角形状の断面を有し光軸方向に延びる凹状溝２０１が連続して形成されており、該凹状溝２０１には単一モードの光ファイバ２３０が収納されている。

ベース２００における光信号送信領域２００ａの右側には光軸と垂直な方向に延びる切欠き部２０２が形成されている。切欠き部２０２の光信号送信領域２００ａ側の壁面よりなるファイバストッパー２０３に光ファイバ２３０の入射端面が当接しており、これにより、半導体レーザ素子２１１と光ファイバ２３０の入射端面との距離が規制されている。

ベース２００の光ファイバ端部保持領域２００ｂの上には、図７に示すように、下面に凸状部２０４ａを有するファイバ押さえ部材２０４が、収縮性を有する熱硬化性又は光硬化性の樹脂２０５により固着されており、該ファイバ押さえ部材２０４の凸状部２０４ａの底面により光ファイバ２３０の入射部２３０ａは、凹状溝２０１の三角形部分の両壁面に当接されている。これにより、光ファイバ２３０の入射部２３０ａは、凹状溝２０１の三角形部分の両壁面とファイバ押さえ部材２０４の凸状部２０４ａの底面との３点によって狭持されている。この場合、ファイバ押さえ部材２０４はベース２００に対して収縮性を有する樹脂２０５により固着されているため、光ファイバ２３０の入射部２３０ａは、ファイバ押さえ部材２０４がベース２００に接近する力を受けて、凹状溝２０１の三角形部分の両壁面とファイバ押さえ部材２０４の凸状部２０４ａの底面との３点によって確実に狭持されている。

また、ファイバ押さえ部材２０４の凸状部２０４ａの形成方法としては、シリコン基板をエッチングにより形成したり若しくはダイシングソーにより加工したり、又は、ガラス材を高精度の金型を用いて高熱プレス加工したり若しくはダイシングソーにより加工したりすることができる。

光ファイバ２３０の入射部２３０ａが３点によって狭持されていることと、光ファイバ２３０の入射端面がファイバストッパー２０３に当接していることによって、パッシブアライメント方式でサブミクロンオーダの光軸調整が可能になっている。また、光ファイバ２３０が、光ファイバ端部保持領域２００ｂ及び光信号受信領域２００ｃに連続して延びる凹状溝２０１に固定されているため、光ファイバ２３０の光軸の高さをセルフアラインで正確に制御することができる。

半導体レーザ素子２１１及びモニター用受光素子２１２のベース２００における固定位置は、凹状溝２０１の中心線及びファイバストッパー２０３に対して高精度に位置決めする必要があるので、ベース２００の光信号送信領域２００ａにはアライメントマーク２０６が設けられている。

ベース２００の光信号受信領域２００ｃにおける左側部分には、光軸に対して所定の角度を持ち且つ光軸と垂直な方向に延びる第１の切り込み溝２０７が形成されており、該第１の切り込み溝２０７には、光ファイバ２３０の入射部側からの波長１．３μｍ帯の光を透過させる一方、光ファイバ２３０の出射部側からの波長１．３μｍ帯の光を上方に反射するハーフミラー２２４が狭持されている。また、ベース２００の光信号受信領域２００ｃにおける右側部分には、光軸に対して所定の角度を持ち且つ光軸と垂直な方向に延びる第２の切り込み溝２０８が形成されており、該第２の切り込み溝２０８には、波長１．３μｍ帯の光を透過させる一方、波長１．５５μｍ帯の光を上方に反射するＷＤＭフィルター２２５が狭持されている。

ベース２００の光信号受信領域２００ｃの左側部分の上には、ハーフミラー２２４により反射された波長１．３μｍ帯の光を受信するフォトダイオードよりなる面入射型の第１の受信用受光素子２２６が固定されていると共に、ベース２００の光信号受信領域２００ｃの右側部分の上には、ＷＤＭフィルター２２５により反射された波長１．５５μｍ帯の光を受信するフォトダイオードよりなる面入射型の第２の受信用受光素子２２７が固定されている。この場合、ハーフミラー２２４により反射された光が第１の受信用受光素子２２６に正確に入射すると共に、ＷＤＭフィルター２２５により反射された光が第２の受信用受光素子２２７に正確に入射するように、光路設計を行なう必要がある。このため、凹状溝２０１の内部に光ファイバ２３０が固定された状態で、第１の切り込み溝２０７及び第２の切り込み溝２０８をダイシングカットにより正確な角度及び位置精度で加工すると共に、ハーフミラー２２４及びＷＤＭフィルター２２５を第１及び第２の切り込み溝２０７、２０８に樹脂により固定する。また、第１及び第２の受信用受光素子２２６、２２７としては、入射光の波長帯に対して十分に感度が高く且つ高周波信号特性に優れたものを用いることが好ましい。

第２の実施形態に係る光送受信装置が、ＰＬＣ基板を用いる光送受信装置に比べて、高度な位置精度が必要な部品の数が少ないと共に位置精度も緩やかでよいので、量産性の観点からは非常に有利である点については、第１の実施形態と同様である。

尚、第２の実施形態においては、半導体レーザ素子２１１から出射される光の波長は、１．３μｍ帯であるが、これに代えて、１．５５μｍ帯又はこれ以外の波長帯であってもよい。

また、半導体レーザ素子２１１の構造としては、光ファイバ２３０の入射端面へのより高い結合効率が期待できるように、狭出射角レーザ素子又はスポットサイズ変換機能付きのレーザ素子を使用してもよい。

また、ベース２００としては、シリコンよりなる基板を用いたが、これに代えて、凹状溝２０１の加工が精度良く行なわれるように、ガラス基板やセラミックの基板を用いてもよい。但し、ガラス基板やセラミック基板を用いる場合には、半導体レーザ素子２１１の放熱が効率良く行われるように、ガラス基板やセラミック基板の上に形成される電極配線層の膜厚を大きくすることが好ましい。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態に係る光送受信装置について、図８及び図９（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。

第３の実施形態は、第１の実施形態における光ファイバ１３０を第１のベース１１０及び第２のベース１２０に固定する構造、又は第２の実施形態における光ファイバ２３０をベース２００に固定する構造に関するものである。

図８に示すように、ベース３００の光信号送信領域３００ａには半導体レーザ素子３１１が搭載されていると共に、ベース３００の光ファイバ端部保持領域３００ｂ及び図示を省略した光信号受信領域には、台形状の断面を有し光軸方向に延びる凹状溝３０１が連続して形成されており、該凹状溝３０１には単一モードの光ファイバ３３０が収納されている。また、ベース３００における光信号送信領域３００ａの右側には光軸と垂直な方向に延びる切欠き部３０２が形成されており、該切欠き部３０２の光信号送信領域３００ａ側の壁面よりなるファイバストッパー３０３に光ファイバ３３０の入射端面が当接している。

図８及び図９（ａ）に示すように、ベース３００の光ファイバ端部保持領域３００ｂにおける右側部分には、光軸と垂直方向に延びて凹状溝３０１と連通し且つ凹状溝３０１の底面に比べて上側に位置する底面を有する一対の樹脂供給用溝３０４が形成されており、各樹脂供給用溝３０４の中央部には樹脂供給用溝３０４の底面に比べて上側に位置する底面を有する台形角錐状の樹脂供給用凹部３０５が形成されている。これにより、光ファイバ３３０をベース３００に固定する粘性の低い樹脂を樹脂供給用凹部３０５に供給すると、供給された樹脂は樹脂供給用凹部３０５から樹脂供給用溝３０４を通って凹状溝３０１に導入される。凹状溝３０１に導入された樹脂は毛細管現象により光ファイバ３３０と凹状溝３０１の壁面又は底面との間を光軸方向に流動して、光ファイバ３３０を凹状溝３０１の壁面又は底面に固着する。

図８及び図９（ｂ）、（ｃ）に示すように、ベース３００の光ファイバ端部保持領域３００ｂにおける左側部分には、光軸と垂直方向に延びて凹状溝３０１と連通し且つ凹状溝３０１の底面に比べて上側に位置する底面を有する一対の樹脂排出用溝３０６が形成されている。これにより、光ファイバ３３０を凹状溝３０１の壁面又は底面に固定するのに消費された残りの樹脂は樹脂排出用溝３０６を通って外部に排出される。このため、必要量以上の多量の樹脂を供給しても、樹脂が凹状溝３０１から切欠き部３０２に流入した後、半導体レーザ素子３１１の近傍に流れ込む事態を回避できると共に、一定量の樹脂が光ファイバ３３０を凹状溝３０１の壁面又は底面に固定するのに使用されるため安定した固定を実現できる。

尚、樹脂供給用溝３０４、樹脂供給用凹部３０５及び樹脂排出用溝３０６は、ベースのほかに、ファイバ押さえ部材に設けてもよい。

（第４の実施形態）
以下、第４の実施形態に係る光送受信装置について、図１０（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。第４の実施形態は、第１の実施形態において、光ファイバ１３０のジャケット（又はＭＵフェルール）１３１を第１のベース１１０に固定するものであるから、第１の実施形態と同様の部材については、図１（ａ）と同一の符号を付すことにより説明を省略する。

図１０（ａ）に示すように、第１のベース１１０には、光信号受信領域１１０ｃから半導体レーザ素子１１１と反対側に延び且つ光信号受信領域１１０ｃよりも高いジャケット保持領域１１０ｄが設けられており、該ジャケット保持領域１１０ｄには矩形状の断面を有し且つ光軸方向に延びる第４の凹状溝１４０が設けられている。第４の凹状溝１４０の内部には光ファイバ１３０のジャケット１３１（又はＭＵフェルール）が収納されており、図１０（ｂ）に示すように、ジャケット（又はＭＵフェルール）１３１は光硬化性又は熱硬化性の樹脂１４１により第１のベース１１０に固定されている。

尚、第４の凹状溝１４０の形成方法としては、ダイシングソーを使用して加工してもよいし、エッチングにより加工してもよい。

また、ジャケット保持領域１１０ｄとしては、第１のベース１１０と別体に設けられたジャケット保持部材を第１のベース１１０に固定してもよい。

（第５の実施形態）
以下、第５の実施形態に係る光送受信装置について、図１１（ａ）を参照しながら説明する。第５の実施形態は、第１又は第２の実施形態における第１の受信用受光素子１２６、２２６の取付構造の変形例に関するものである。すなわち、第１の受信用受光素子１２６、２２６の直下で且つ光ファイバ１３０、２３０の直上に、波長１．５５μｍ帯の光を選択的に透過させるか又は波長１．３μｍ帯の光を選択的に反射するフィルター３４０が設けられている。尚、図１１（ａ）において、３４１は第１の受信用受光素子１２６、２２６をベースに固定する屈折率整合樹脂である。

以下、フィルター３４０を設ける理由について説明する。

半導体レーザ素子１１１、２１１から出射される光のうち、光ファイバ１３０２３０のコア層とクラッド層との界面への入射角が大きい成分はコア層を突き抜けてクラッド層に進んだ後に減衰してしまう一方、入射角が小さい成分はコア層を伝搬する。従って、光ファイバにおける光の入射端面から比較的遠い部分においては、コア層からクラッド層に突き抜ける光成分は殆ど存在しない。ところが、光ファイバにおける光の入射端面から比較的近い部分においては、コア層からクラッド層に突き抜ける光成分が存在する。図１１（ａ）において、矢印Ａは半導体レーザ素子１１１、２１１から直接にクラッド層に向かう光成分を示し、矢印Ｂは半導体レーザ素子１１１、２１１から出射された後に、コア層とクラッド層との界面で反射されてクラッド層に向かう光成分を示している。矢印Ａ又は矢印Ｂで示す光成分が、ハーフミラー１２４、２２４を通過して第１の受信用受光素子１２６、２２６に入射するとノイズとなる。ところが、第１の受信用受光素子１２６、２２６の直下にフィルター３４０が設けられていると、半導体レーザ素子１１１、２１１から出射された波長１．３μｍ帯の光のうち矢印Ａ又は矢印Ｂに示す成分はフィルター３４０により除去されるので、第１の受信用受光素子１２６、２２６に入射せず、ノイズにはならない。これにより、波長１．３μｍ帯の光はアイソレーションされる。

図１１（ｂ）は、第５の実施形態の変形例を示しており、第１の受信用受光素子１２６、２２６の直下にフィルター３４０を設ける代わりに、第１の受信用受光素子１２６、２２６の受光面１２６ａ、２２６ａに、波長１．５５μｍ帯の光を選択的に透過させるか又は波長１．３μｍ帯の光を選択的に反射するコーティング層が形成されている。

尚、以上説明した第１〜第５の実施形態においては、２波長帯多重用の光送受信装置を対象としているが、入射する各波長帯の光を選択的に反射するＷＤＭフィルターの数を増やすことにより、３波長帯以上の波長多重用の光送受信装置を実現できる。例えば、３波長帯の波長多重用の光送受信装置について説明すると、光ファイバにおけるセンター局に最も近い位置に、センター局から送信されてくる第１、第２及び第３の波長帯の光のうち、第１の波長帯の光を上方に反射する一方、第２及び第３の波長帯の光を透過させる第１のＷＤＭフィルターを設け、光ファイバにおける第１のＷＤＭフィルターの次にセンター局に近い位置に、第２の波長帯の光を上方に反射する一方、第３の波長帯の光を透過させる第２のＷＤＭフィルターを設け、光ファイバにおけるセンター局から最も遠い位置に、センター局から送信されている第３の波長帯の光を上方に反射する一方、半導体レーザ素子から出射される第３の波長帯の光を透過させるハーフミラーを設ける。この場合、１つの波長帯の受信用光を増加するためには、ベースの長さを１〜２ｍｍ程度大きくして、追加のＷＤＭフィルター及び受信用受光素子を設けると対応できる。

（第１の実施形態に係る光送受信装置の製造方法）
以下、第１の実施形態に係る光送受信装置の製造方法について、図１２〜図１５を参照しながら説明する。

まず、図１２（ａ）の平面図及び図１２（ｂ）の側面図に示すようなシリコン基板１１０Ａの上に、第１の電極配線１５１、第２の電極配線１５２、第１の上部電極用パッド１５３及び第２の上部電極用パッド１５４を形成すると共に、シリコン基板１１０Ａにおける光ファイバ端部保持領域及び光信号受信領域に第１の凹状溝１１３を形成する。その後、図１２（ｃ）に示すように、ダイシングソーにより、シリコン基板１１０Ａにおける光信号受信領域を除去すると共にシリコン基板１１０Ａにおける光信号送信領域の右側に切欠き部１１６を形成する。このようにすると、シリコン基板１１０Ａよりなる第１のベース１１０が得られる。

次に、図１２（ｄ）に示すように、第１の電極配線１５１の上に半導体レーザ素子１１１を搭載すると共に、第２の電極配線１５２の上にモニター用受光素子１１２を搭載する。その後、半導体レーザ素子１１１の上部電極と第１の上部電極用パッド１５３とをワイヤボンデングすると共に、モニター用受光素子１１２の上部電極と第２の上部電極パッド１５４とをワイヤボンデングする。

次に、図１３（ａ）の平面図及び図１３（ｂ）の側面図に示すようなＧａＡｓ基板１２０Ａの上に第１の受信用電極パッド１６１及び第２の受信用電極パッド１６２を形成すると共に、第３の凹状溝１２１、第１の切り込み溝１２２及び第２の切り込み溝１２３の形成領域にマーキング用のラインを形成する。その後、図１３（ｃ）及び図１３（ｄ）に示すように、ダイシングソーにより第３の凹状溝１２１を形成すると、第２のベース１２０が得られる。

次に、図１４（ａ）に示すように、第２のベース１２０の第３の凹状溝１２１の内部に光ファイバ１３０を収納して樹脂で固定した後、図１４（ｂ）に示すように、第２のベース１２０及び光ファイバ１３０にダイシングソーにより第１の切り込み溝１２２及び第２の切り込み溝１２３を形成する。その後、図１４（ｃ）に示すように、第１の切り込み溝１２２にハーフミラー１２４を挿入すると共に、第２の切り込み溝１２３にＷＤＭフィルター１２５を挿入して、それぞれ屈折率マッチングされた樹脂により固定する。

次に、図１４（ｄ）に示すように、第２のベース１２０の上に第１の受信用受光素子１２６及び第２の受信用受光素子１２７をそれぞれ搭載した後、図１４（ｅ）に示すように、第１のベース１１０の上における所定領域に第２のベース１２０を固定する。その後、第１のベース１１０の光ファイバ端部保持領域にファイバ押さえ部材１１５を固定して、光ファイバ１３０の入射部を保持する。

次に、図１５（ａ）に示すように、パッケージ１５５の上に第１のベース１１０を熱伝導性に優れた銀ペースト等により固定した後、光ファイバ１３０のジャケット（又はＭＵフェルール）１３１をパッケージ１５５に樹脂により固定する。その後、図１５（ｂ）に示すように、第１の電極配線１５１、第２の電極配線１５２、第１の上部電極用パッド１５３、第２の上部電極用パッド１５４、第１の受信用電極パッド１６１及び第２の受信用電極パッド１６２をそれぞれパッケージ１５５に形成されている各電極パッドとワイヤボンデングする。

次に、図１５（ｃ）に示すように、パッケージ１５５にキャップ１５６を固定して簡易封止すると、光送受信装置が得られる。

（第６の実施形態）
以下、第６の実施形態に係る光半導体モジュールの構造について、図１６〜図１８を参照しながら説明する。

シリコンよりなるベース４００における図１６の左側部分には、例えば１．３μｍ帯のレーザ光を出射する半導体レーザ素子４１０と、該半導体レーザ素子４１０から出射されるレーザ光の強度をモニターするフォトダイオードよりなるモニター用受光素子４２０とが搭載されている。モニター用受光素子４２０としては、導波型が好ましく、また、半導体レーザ素子４１０が出射するレーザ光の波長帯において受光感度が線形で且つ十分に高いものが好ましい。

ベース４００には、光軸方向に延びる断面台形状のベース凹状溝４０１がエッチングにより形成されていると共に、光軸と垂直な方向に延びる断面矩形状の切り込み溝４０２がエッチング及びダイシングにより形成されており、単一モードの光ファイバ４３０はベース凹状溝４０１に、光ファイバ４３０の端面が切り込み溝４０２のストッパー用壁面４０２ａに当接した状態で収納されている。

尚、光ファイバ４３０としては、半導体レーザ素子４１０から出射されたレーザ光が光ファイバ４３０の入射端面で高い結合効率で結合するように、光ファイバ４３０のモードフィールド径と半導体レーザ素子４１０のスポット径（実現可能な範囲は１．５〜４．５μｍ程度である。）とが同程度の大きさになるような光ファイバ４３０のモードフィールド径を選択することが好ましい。また、光ファイバ４３０の入射端面には、半導体レーザ素子４１０からの反射光による外部共振器の効果を十分に抑制するために無反射処理が施されていることが好ましい。

ベース４００の中央部の上には、ベース凹状溝４０１に収納された光ファイバ４３０をベース４００に押さえ付けるファイバ押さえ部材４４０が設けられている。ファイバ押さえ部材４４０には、ベース凹状溝４０１に比べて底辺の長さが大きい押さえ部材凹状溝４４１がエッチングにより形成されており、光ファイバ４３０は、ベース凹状溝４０１の両壁面と押さえ部材凹状溝４４１の底面との３点によって狭持されている。この場合、ファイバ押さえ部材４４０はベース４００に対して収縮性を有する光硬化性樹脂又は熱硬化性樹脂により固着されており、光ファイバ４３０は、樹脂の収縮力によりファイバ押さえ部材４４０がベース４００に接近する力を受けて、ベース凹状溝４０１の両壁面と押さえ部材凹状溝４４１の底面との３点によって確実に狭持されている。これにより、パッシブアライメント方式で、ベース４００の表面に対して垂直な方向に対する０．５μｍ以下の光軸調整が可能になる。また、光ファイバ４３０の端面が切り込み溝４０２のストッパー用壁面４０２ａに当接しているため、半導体レーザ素子４１０と光ファイバ４３０の入射端面との距離が規制されている。

また、ベース４００における半導体レーザ素子４１０が搭載される領域の近傍にはレーザ素子用配線４０３が金属蒸着法により形成されていると共に、ベース４００におけるモニター用受光素子４２０が搭載される領域の近傍には受光素子用配線４０４が金属蒸着法により形成されている。

第６の実施形態の第１の特徴として、半導体レーザ素子４１０を位置決めするための四角錐状の一対の第１のベースマーク４０５がベース４００における半導体レーザ素子４１０が搭載される領域の両側における光軸に対して対称の位置に、また、モニター用受光素子４２０を位置決めするための四角錐状の一対の第２のベースマーク４０６がベース４００におけるモニター用受光素子４２０が搭載される領域の両側における光軸に対して対称の位置に、ベース凹状溝４０１と同一のフォトマスクを用いて同一のエッチング工程により形成されている。

以下、図１９（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、ベース凹状溝４０１、第１のベースマーク４０５及び第２のベースマーク４０６を同一のフォトマスクを用いて同一のエッチング工程により形成する方法について説明する。尚、実際には、第１のベースマーク４０５及び第２のベースマーク４０６はベース凹状溝４０１の側方には位置しないが、図示の都合上、図１９（ａ）〜（ｄ）においては、第１のベースマーク４０５及び第２のベースマーク４０６のうちのいずれか１つのベースマークがベース凹状溝４０１の近傍に位置すると仮定して、ベース凹状溝４０１及びベースマークの形成方法について説明する。

まず、図１９（ａ）に示すように、シリコンよりなるベース４００の上に全面に亘ってＳｉＯ₂ 膜４５０を堆積した後、図１９（ｂ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜４５０の上に、ベース凹状溝４０１の形成領域及びベースマークの形成領域にそれぞれ開口部を有するレジストパターン４５１を形成する。

次に、レジストパターン４５１をマスクとしてＳｉＯ₂ 膜４５０に対してエッチングを行なって、図１９（ｃ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜４５０よりなりベース凹状溝４０１の形成領域に溝用開口部４５２ａを有すると共にベースマークの形成領域にマーク用開口部４５２ｂを有するマスク４５２を形成した後、レジストパターン４５１を除去する。

次に、図１９（ｄ）に示すように、マスク４５２を用いてベース４００に対してＫＯＨ系のエッチャントにより結晶異方性エッチングを行なう。この場合、断面が台形状のベース凹状溝４０１を正確に形成するため、シリコンよりなるベース４００の（１００）面上にマスク４５２を、マスク４５２の溝用開口部４５２ａの長手方向がベース４００の＜１１０＞方向に対して水平又は垂直になるように位置を調整する。このようにすると、ベース凹状溝４０１及びベースマークの壁面である（１１１）面のエッチングレートは底面である（１００）面のエッチングレートの１／１００程度になるため、エッチングの途中で（１１１）面が露出するとエッチングは実質的に停止する。従って、マスク４５２に形成されている大きさが異なる溝用開口部４５２ａ及びマーク用開口部４５２ｂから、ベース４００に対してベース凹状溝４０１及びベースマークを同時にエッチングしても正確にパターンを形成することができる。すなわち、光軸方向に長く延びるベース凹状溝４０１と四角錐状のベースマークとを同時にエッチングすることができる。この場合、マスク４５２の溝用開口部４５２ａの幅寸法を適当に設定すると共に、ベース凹状溝４０１の所望の深さ寸法が得られたときにエッチングを停止することにより、ベース凹状溝４０１を断面台形状に形成することができる。また、ベース４００におけるマスク４５２の下側部分に若干のオーバーエッチングが生じるが、マスク４５２の溝用開口部４５２ａの幅寸法及びエッチング時間を制御することにより、非常に微細で且つ正確なパターンを形成することができる。

第６の実施形態の第１の特徴によると、半導体レーザ素子４１０を位置決めするための第１のベースマーク４０５及びモニター用受光素子４２０を位置決めするための第２のベースマーク４０６がベース凹状溝４０１と同一のフォトマスクを用いて同一のエッチング工程により形成されているため、第１及び第２のベースマーク４０５、４０６のベース凹状溝４０１に対する位置ずれが生じないので、半導体レーザ素子４１０及びモニター用受光素子４２０は、ベース凹状溝４０１に対して１μｍ以下の光軸ずれで実装することができる。

また、第１及び第２のベースマーク４０５、４０６をエッチングにより形成しているため、金属蒸着法により形成したマークに比べてエッジがシャープであるから、画像認識用のパターンとしては非常に優れている。

さらに、第１及び第２のベースマーク４０５、４０６は、ベース凹状溝４０１と同一のフォトマスクを用いて同一のエッチング工程により形成されているため、マークを形成するための特別な工程が不要であるので、コスト的にも有利である。

ところで、１〜２μｍ程度又は１μｍ以下の幅寸法を有する第１及び第２のベースマーク４０５、４０６を形成する場合には、マスク４５２のマーク用開口部４５２ａの幅寸法を１〜２μｍ程度又は１μｍ以下にするだけでは、エッチングにより所望のパターンを得ることはできない。その理由は、第１及び第２のベースマーク４０５、４０６の線幅を１〜２μｍ程度又は１μｍ以下に設計しても、ベース凹状溝４０１の幅寸法が４００〜２００μｍ程度と大きいため、ベース凹状溝４０１に対するエッチングを行なっている際に第１及び第２のベースマーク４０５、４０６がオーバーエッチングされてしまうので、第１及び第２のベースマーク４０５、４０６の線幅はマスク４５２のマーク用開口部４５２ｂの幅よりも数μｍ程度大きくなってしまう。

また、マスク４５２のマーク用開口部４５２ｂの幅を５μｍ以下にすると、エッチングの際に発生する気泡によりマーク用開口部４５２ｂが塞がれてしまうため、エッチングされる領域とエッチングされない領域とができてしまい、パターンが変形してしまうことがある。このため、５μｍ以下の幅寸法を持つ第１及び第２のベースマーク４０５、４０６をエッチングにより形成することは極めて困難である。

そこで、図２０（ａ）〜（ｃ）に示すように、複数のＶ字状溝４５５又は四角錐状ピット４５６を互いに隣接して形成し、Ｖ字状溝４５５及び四角錐状ピット４５６同士の間の非エッチング領域４５７を利用して第１及び第２のベースマーク４０５、４０６を形成することができる。尚、図２０（ｃ）は図２０（ａ）及び（ｂ）におけるＸＸ−ＸＸ線の断面図である。この場合、図２１に示すように、オーバーエッチングを利用することにより、１〜２μｍ程度の幅：ｗを持つ非エッチング領域４５７よりなるマークパターンを容易に形成できる。また、オーバーエッチング量の条件を正確に制御すると、１μｍ以下の幅を持つマークパターンを形成することも可能となる。

第６の実施形態の第２の特徴として、図２２に示すように、ベース４００における切り込み溝４０２のストッパー用壁面４０２ａ側のエッジ部分に半導体レーザ素子４１０の光軸方向の位置を決めるための第３のベースマーク４０７が形成されていると共に、図２３に示すように、半導体レーザ素子４１０の裏面における活性領域（一点鎖線で示している。）の両側における活性領域に対して対称の位置に一対の十字状の第１のレーザマーク４１１が形成され、且つ半導体レーザ素子４１０の裏面におけレーザ光の出射端面側のエッジ部分に第２のレーザマーク４１２が形成されている。図２３において、４１３は半導体レーザ素子４１０の裏面に形成された金属電極である。

尚、ベース４００における切り込み溝４０２のストッパー用壁面４０２ａ側のエッジ部分に半導体レーザ素子４１０の光軸方向の位置を決めるための第３のベースマーク４０７を形成したため、切り込み溝４０２は半導体レーザ素子４１０の光軸方向の位置に対して高精度にダイシングされる必要がある。そこで、図２４に示すように、ベース４００の切り込み溝４０２の底面におけるストッパー用壁面４０２ａ側のエッジ部分に、溝形成用マーク４０８を形成している。

（第７の実施形態）
以下、第７の実施形態として、第６の実施形態に係る光半導体モジュールの製造方法における半導体レーザ素子４１０をベース４００に実装する工程について図２５〜図２７を参照しながら説明する。

図２５は、半導体レーザ素子４１０をベース４００に実装する実装装置の概略構成図であって、Ｘ軸、Ｚ軸及びθ軸の各方向に移動可能な下側ステージ４６０の上には、ベース４００を保持すると共に保持したベース４００を加熱する基板加熱ヒーター４６１と、同軸落射式白色光源を有する下側ＣＣＤカメラ４６２と、ステージキャリブレーションマーカ４６３とが設けられている。また、下側ステージ４６０の上方には、Ｙ軸方向に移動可能な上側ステージ４７０が配置されており、該上側ステージ４７０には、半導体レーザ素子４１０を保持すると共に保持した半導体レーザ素子４２０をベース４００に固定する固定ツール４７１と、同軸落射式白色光源を有する上側ＣＣＤカメラ４７２とが設けられている。尚、ステージキャリブレーションマーカ４６３は、下側ステージ４６０と上側ステージ４７０との相対位置をキャリブレーション（原点の位置合わせ）するために設けられている。

図２６は、半導体レーザ素子４１０をベース４００に実装する実装工程を示す模式図であって、図２６において、４６４は下側ＣＣＤカメラ４６２が認識した画像を表示する下側モニター、４７４は上側ＣＣＤカメラ４７２が認識した画像を表示する上側モニター、４８０は下側ＣＣＤカメラ４６２が認識した画像及び上側ＣＣＤカメラ４７２が認識した画像の入力を受けて下側ステージ４６０及び上側ステージ４７０を駆動する制御装置である。

まず、ステージキャリブレーションマーカ４６３を下側ＣＣＤカメラ４６２及び上側ＣＣＤカメラ４７２により同時に観測して、下側ステージ４６０と上側ステージ４７０との相対位置を認識する。

次に、下側ＣＣＤカメラ４６２により、半導体レーザ素子４１０の一対の第１のレーザマーク４１１及び第２のレーザマーク４１２を画像認識して、半導体レーザ素子４１０のＸ軸方向の位置、Ｚ軸方向の位置及びＸ軸に対するずれ角θの情報を得て記憶する。

以下、下側ＣＣＤカメラ４６２により半導体レーザ素子４１０の一対の第１のレーザマーク４１１及び第２のレーザマーク４１２を画像認識して、半導体レーザ素子４１０のＸ軸方向の位置、Ｚ軸方向の位置及びＸ軸に対するずれ角θの情報を得る方法について、図２３及び図２５〜図２７を参照しながら説明する。

まず、図２７（ａ）に示すように、一対の第１のレーザマーク４１１のうちの右側のレーザマーク４１１Ｒの中心部を画像認識して記憶した後、下側ステージ４６０を移動して、図２７（ｂ）に示すように、一対の第１のレーザマーク４１１のうちの左側のレーザマーク４１１Ｌの中心部を画像認識して記憶する。

次に、左側のレーザマーク４１１Ｌの中心部の位置と、右側のレーザマーク４１１Ｒの中心部の位置とから、Ｘ軸方向の位置及びＸ軸に対するずれ角θを認識して、半導体レーザ素子４１０のＸ−Ｚ平面におけるＸ軸の座標及びＸ軸に対するずれ角θを記憶しておく。

次に、下側ステージ４６０を移動して、図２７（ｃ）に示すように、第２のレーザマーク４１２の中心部を画像認識して、半導体レーザ素子４１０のＸ−Ｚ平面におけるＺ軸の座標を記憶しておく。

次に、同様にして、上側ＣＣＤカメラ４７２により、ベース４００の一対の第１のベースマーク４０５及び第３のベースマーク４０７を画像認識して、ベース４００のＸ軸方向の位置、Ｚ軸方向の位置及びＸ軸に対するずれ角θの情報を得て記憶しておく。

次に、制御処置４８０は、ベース４００のＸ軸に対するずれ角θが半導体レーザ素子４１０のＸ軸に対するずれ角θと一致するように、下側ステージ４６０を回転する。その後、制御装置４８０は、半導体レーザ素子４１０とベース４００とのＸ軸方向の位置及びＺ軸方向の位置が一致するように、下側ステージ４６０をＸ軸方向及びＺ軸方向に移動させる。

次に、同様にして、制御装置４８０は、半導体レーザ素子４１０とベース４００とのＹ軸方向の位置が一致するように、上側ステージ４７０をＹ軸方向に移動させて、固定用ツール４７１により半導体レーザ素子４１０をベース４００に固定する。

第７の実施形態によると、ステージキャリブレーションマーカ４６３を下側ＣＣＤカメラ４６２及び上側ＣＣＤカメラ４７２により同時に観測して、下側ステージ４６０と上側ステージ４７０との相対位置を認識した後に、下側ＣＣＤカメラ４６２が半導体レーザ素子４１０の各マークを認識すると共に上側ＣＣＤカメラ４７２がベース４００の各マークを認識するため、半導体レーザ素子４１０とベース４００との相対位置は非常に正確である。また、下側ＣＣＤカメラ４６２が半導体レーザ素子４１０の各マークを認識すると共に上側ＣＣＤカメラ４７２がベース４００の各マークを認識するため、つまり、１つのＣＣＤカメラにより距離が離れている半導体レーザ素子４１０及びベース４００の各マークを認識する必要がないので、半導体レーザ素子４１０及びベース４００のいずれか一方のマークがデフォカスされて、画像がぼやける恐れもない。

従って、第７の実施形態によると、半導体レーザ素子４１０をベース４００に、ベース４００の表面と平行な面内における光軸と垂直な方向（Ｘ軸方向）に対して１μｍ以下の精度を持ち、且つ、光軸方向（Ｚ軸方向）にも１〜２μｍ程度の精度を持って実装することができる。また、従来の方法ではばらつきが大きかった、半導体レーザ素子４１０の出射端面と光ファイバ４３０の入射端面との距離を正確に制御できるので、従来の方法では数〜十数μｍあった光軸方向の距離のばらつきを１〜２μｍ程度に抑制することができる。

また、第７の実施形態によると、半導体レーザ素子４１０の出射端面と光ファイバ４３０の入射端面との距離を１〜２μｍ程度にできるので、半導体レーザ素子４１０から出射されたレーザ光を高結合効率で光ファイバ４３０の入射端面に結合させることができる。尚、半導体レーザ素子４１０の出射端面と光ファイバ４３０の入射端面との距離を短くすると、半導体レーザ素子４１０から出射されたレーザ光を高結合効率で光ファイバ４３０の入射端面に結合させることができる理由については後述する。

また、説明は省略したが、モニター用受光素子４２０も半導体レーザ素子４１０と同様の方法によりベース４００に固定する。

（第８の実施形態）
以下、第８の実施形態として、光半導体レーザモジュールの製造方法における光ファイバをベースに実装する工程について図２８〜図２９を参照しながら説明する。

第６の実施形態と同様、ベース４００における図２８の左側部分には、半導体レーザ素子及びモニター用受光素子が搭載されているが、図示は省略している。図２８及び図２９（ａ）、（ｂ）に示すように、ベース４００には、光軸方向に延びる断面台形状のベース凹状溝４０１がエッチングにより形成されていると共に、光軸と垂直な方向に延びる断面矩形状の切り込み溝４０２がエッチング及びダイシングにより形成されており、単一モードの光ファイバ４３０はベース凹状溝４０１に、光ファイバ４３０の端面が切り込み溝４０２のストッパー用壁面４０２ａに当接した状態で収納されている。ベース４００の中央部の上には、ベース凹状溝４０１に収納された光ファイバ４３０をベース４００に押さえ付けるファイバ押さえ部材４４０が設けられている。

第８の実施形態の特徴として、ファイバ押さえ部材４４０には、ベース凹状溝４０１に比べて底辺の長さが大きく且つ断面積が変化しておらず、光ファイバ４３０をベース４００に押し付ける働きをする押圧用凹状溝４４５と、該押圧用凹状溝４４５と連続するように形成されており且つ図２８における右側に向かうにつれて断面積がテーパ状に拡大しており、光ファイバ４３０を導入する働きをする導入用凹状溝４４６とが形成されている。

第８の実施形態によると、光ファイバ４３０におけるレーザ側の端部は、ベース凹状溝４０１とファイバ押さえ部材４４０の導入用凹状溝４４６とから構成される導入部に挿入された後、レーザ側に押圧されてベース凹状溝４０１とファイバ押さえ部材４４０の押圧用凹状溝４４５とから構成される押圧部に至る。これにより、パッシブアライメント方式で１μｍ以下の光軸調整が可能になる。

（第９の実施形態）
以下、第９の実施形態として、光ファイバ同士の接続方法について説明する。

図３０は、単一モードの光ファイバのモードフィールド径をパラメータとして、半導体レーザ素子の出射角に対する単一モードの光ファイバの結合効率の計算結果（線で示す。）及び実験結果（点で示す。）を表わしている。尚、この計算においては、半導体レーザ素子と光ファイバとの間の距離は０μｍとしている。

図３０から分かるように、パラメータである光ファイバのモードフィールド径φが、１５μｍ、１０μｍ、６．３μｍ及び３．０μｍであると、これら全ての光ファイバに共通して、半導体レーザ素子の出射角が０°から３０°の範囲で結合効率が理論的に１００％となる点を必ず持っている。

これは、レンズ系を使用しなくても、半導体レーザ素子の出射角と光ファイバのモードフィールド径とを最適化すると、１００％に近い高い結合効率を得ることが可能になることを示している。

また、実験の結果によっても、半導体レーザ素子の出射角及び光ファイバのモードフィールド径を最適に近い組み合わせで使用すると、７０％超える高い結合効率が得られている。尚、この実験において結合効率が７０〜８０％程度までしか得られていないのは、単一モードの光ファイバのモードフィールドパターンがほぼ完全なガウシアンであるのに対して、半導体レーザ素子の出射角がガウシアンから外れたパターンになっているからであると考えられる。

図３１は、出射角が１５゜の半導体レーザ素子を使用したときにおいて、モードフィールド径φが１０μｍ、６．３μｍ及び３．０μｍである光ファイバの入射端面と半導体レーザ素子の出射端面との距離に対する過剰損失の計算結果を示している。図３１から分かるように、同じ距離であっても、光ファイバのモードフィールド径が小さいほど結合効率の減少する割合が大きい。

しかしながら、ｚ軸方向の距離が０μｍの近辺では、いずれの光ファイバにおいても結合効率の過剰損失は小さいので、半導体レーザ素子と光ファイバとの距離を短くすればするほど、過剰損失を低減できて結合効率を高くできることが分かる。

図３２は、モードフィールド径φが１０μｍ、６．３μｍ及び３．０μｍである単一モードの光ファイバと半導体レーザ素子との光軸の位置ずれと過剰損失との関係を示している。

ところで、第６及び第７の実施形態によると、半導体レーザ素子と光ファイバとの光軸に対して垂直な方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）の位置精度は平均で約０．８μｍであり、半導体レーザ素子と光ファイバとの光軸方向（Ｚ軸方向）の位置精度は平均で約１．５μｍである。従って、光ファイバのモードフィールド径φが６．３μｍの場合には、位置ずれによる結合損失を０．８ｄＢ以下に抑制でき、光ファイバのモードフィールド径φが３．０μｍの場合には、位置ずれによる結合損失を２．０ｄＢ以下に抑制できる。

まず、出射角が１５゜である半導体レーザ素子を使用し、半導体レーザ素子と光ファイバとの間に位置ずれが全くないと仮定したときには、光ファイバのモードフィールド径φが６．３μｍである場合には、半導体レーザ素子と光ファイバとの結合効率は、光ファイバのモードフィールド径φが１０μｍである場合に比べて、約３ｄＢの優位性がある。

従って、結合損失と接続損失との合計が１．５ｄＢ以下であれば、優位性があると考えられる。第６及び第７の実施形態によると、光ファイバのモードフィールド径φが６．３μｍであるときには、位置ずれによる結合損失は０．８ｄＢに抑制できるので、ファイバの接続損失を０．７ｄＢ以内にすれば、優位性があることになる。

次に、出射角が１５゜である半導体レーザ素子を使用し、半導体レーザ素子と光ファイバとの間に位置ずれが全くないと仮定したときには、光ファイバのモードフィールド径φが３．０μｍである場合には、半導体レーザ素子と光ファイバとの結合効率は、光ファイバのモードフィールド径φが１０μｍである場合に比べて、約２．０ｄＢの優位性がある。

従って、結合損失と接続損失との合計が２．５ｄＢ以下であれば、優位性があると考えられる。第６及び第７の実施形態によると、光ファイバのモードフィールド径φが３．０μｍであるときには、位置ずれによる結合損失は２．０ｄＢに抑制できるので、光ファイバの接続損失を０．５ｄＢ以内にすれば、優位性があることになる。

まず、コア径が３．０μｍである光ファイバとコア径が１０μｍである光ファイバとを接続する場合について考える。

ところで、光ファイバ接続の際の接続損失は、１２０％のモードフィールド径の差異ならば、約９５％（−０．２ｄＢ）の結合効率である。

３．０μｍのコア径と１０μｍのコア径との比は約３３０％であるから、単純な接続方法を採用し、コア径の差異が１２０％であるならば、コア径が３．０μｍである光ファイバとコア径が１０μｍである光ファイバとを接続するためには、バッファの光ファイバとして６段の光ファイバが必要になる。この場合には、結合損失は１．４ｄＢにもなってしまう。

そこで、融着により光ファイバ同士を接続することが好ましい。融着により光ファイバを接続する場合、１６０％のコア径の比であれば接続損失は０．５ｄＢ程度に抑制でき、１５０％のコア径の比であれば接続損失は０．３ｄＢ程度に抑制でき、１４０％のコア径の比であれば接続損失は０．２ｄＢ程度に抑制でき、１３０％のコア径の比であれば接続損失は０．１ｄＢ程度に抑制できる。

融着により光ファイバを接続し、コア径の差異を１３０％にすると、コア径が３．０μｍである光ファイバとコア径が１０μｍである光ファイバとを接続する場合、バッファの光ファイバとして４段の光ファイバで済み、この場合には、結合損失は０．６ｄＢに抑制できる。

次に、コア径が６．３μｍである光ファイバとコア径が１０μｍである光ファイバとを接続する場合について考える。

６．３μｍのコア径と１０μｍのコア径との比は約１６０％であるから、単純な接続方法を採用し、コア径の差異が１２０％であるならば、コア径が６．３μｍである光ファイバとコア径が１０μｍである光ファイバとを接続するためには、バッファの光ファイバとして１段の光ファイバで済む。この場合には、結合損失は０．２ｄＢに抑制できる。尚、この場合には、直接接続しても、０．５ｄＢ程度の損失で済む。

（第１０の実施形態）
以下、第１０の実施形態として、ダブルチャネル構造を有する半導体レーザ素子の実装方法について説明する。

図３５及び図３６は、ベース５００の上にダブルチャネル構造を有する半導体レーザ素子５１０が搭載されてなる光レーザモジュールを示している。

図３５に示すように、半導体レーザ素子５１０は半田５２０によってベース５００の表面に固定されている。半導体レーザ装置５１０の本体部には、メサ型のストライプ領域５１１、活性層５１２、及び電流ブロック層５１３が形成されており、半導体レーザ素子５１０の底面における活性層５１２の両側には一対の凹部５１５が形成されている。また、凹部５１５を含む半導体レーザ素子５１０の底面には全面に亘って金属膜５１６が形成されており、該金属膜５１６の上における活性層５１２の下方には電極５１７が設けられていると共に、金属膜５１６と半導体レーザ素子５１０の本体部との間には絶縁膜５１８が形成されている。

一方、ベース５００の上面における、半導体レーザ素子５１０の活性層５１２の両側の位置には、断面Ｖ字状の第１のＶ状溝５０１及び第２のＶ状溝５０２が図１に示したベース凹状溝１０１と同一のマスクを用いて同一のエッチング工程により形成されており、これにより、ベース５００の上面における第１のＶ状溝５０１と第２のＶ状溝５０２との間の被エッチング領域には断面台形状の凸状部５０３が残存している。第１のＶ状溝５０１及び第２のＶ状溝５０２の形成方法としては、図１９び図２０に基づき説明した方法、特にオーバーエッチングを利用する方法を採用することが好ましい。このようにすると、極めて細い幅寸法例えば１μｍ以下の幅寸法を有する凸状部５０３を形成することができる。

第１０の実施形態によると、凸状部５０３はベースの光ファイバ収納用の凹状溝と同一のマスクを用いて同一のエッチング工程により形成されるので、凸状部５０３と光ファイバ収納用の凹状溝との間には位置ずれは生じない。このため、半導体レーザ素子５１０をベース５００に固定する際に、半導体レーザ素子５１０の中心線とベース５００の凸状部５０３とを位置合わせした状態で行なうと、半導体レーザ素子５１０はベース５００に対して光軸に垂直な方向の位置ずれを起こすことなく実装される。半導体レーザ素子５１０の中心線とベース５００の凸状部５０３との位置合わせに際しては、両者を実体顕微鏡等で拡大することにより、容易に位置関係を確認することができる。

（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態に係る光送受信装置を示し、（ａ）は（ｂ）におけるＩａ−Ｉａ線の断面図であり、（ｂ）は平面図である。（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態に係る光送受信装置を示し、（ａ）は図１（ａ）におけるIIａ−IIａ線の断面図であり、（ｂ）は図１（ａ）におけるIIｂ−IIｂ線の断面図である。（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態の第１の変形例に係る光送受信装置を示し、（ａ）は（ｂ）におけるIIIａ−IIIａ線の断面図であり、（ｂ）は平面図である。第１の実施形態の第２の変形例に係る光送受信装置の部分断面図である。第１の実施形態の第３の変形例に係る光送受信装置の部分平面図である。（ａ）、（ｂ）は第２の実施形態に係る光送受信装置を示し、（ａ）は（ｂ）におけるVIａ−VIａ線の断面図であり、（ｂ）は平面図である。第２の実施形態に係る光送受信装置を示し、図６（ａ）におけるVII−VII線の断面図である。第３の実施形態に係る光送受信装置の平面図である。（ａ）〜（ｃ）は第３の実施形態に係る光送受信装置を示し、（ａ）は図８におけるIXａ−IXａ線の断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は第３の実施形態に係る光送受信装置の樹脂排出用溝を示し、（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は斜視図である。（ａ）、（ｂ）は第４の実施形態に係る光送受信装置を示し、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸｂ−Ｘｂ線の断面図である。（ａ）は第５の実施形態に係る光送受信装置の部分断面図であり、（ｂ）は第５の実施形態に係る光送受信装置の第１の受信用受光素子の受光面を示す平面図である。（ａ）〜（ｅ）は第１の実施形態に係る光送受信装置の製造方法の各工程を示し、（ａ）及び（ｅ）は平面図であり、（ｂ）〜（ｄ）は側面図である。（ａ）〜（ｄ）は第１の実施形態に係る光送受信装置の製造方法の各工程を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）及び（ｃ）は側面図であり、（ｄ）は断面図である。（ａ）〜（ｅ）は第１の実施形態に係る光送受信装置の製造方法の各工程を示す側面図である。（ａ）〜（ｃ）は第１の実施形態に係る光送受信装置の製造方法の各工程を示し、（ａ）及び（ｃ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。第６の実施形態に係る光半導体モジュールの平面図である。第６の実施形態に係る光半導体モジュールの正面図である。第６の実施形態に係る光半導体モジュールの右側面図である。（ａ）〜（ｃ）は第６の実施形態に係る光半導体モジュールの製造方法における、ベース凹状溝及び第１〜第３のベースマークの形成工程を説明する断面図であり、（ｄ）は第６の実施形態に係る光半導体モジュールの製造方法における、ベース凹状溝及び第１〜第３のベースマークの形成工程を説明する斜視図である。（ａ）〜（ｃ）は第６の実施形態に係る光半導体モジュールにおける第１〜第３のベースマークとなるＶ字状溝及び四角錐状ピットを示し、（ａ）及び（ｂ）は平面図であり、（ｃ）は（ａ）及び（ｂ）におけるＸＸ−ＸＸ線の断面図である。第６の実施形態に係る光半導体モジュールにおける第１〜第３のベースマークとなるＶ字状溝及び四角錐状ピットの形成方法を示す断面図である。第６の実施形態に係る光半導体モジュールの一部分を示す平面図である。第６の実施形態に係る光半導体モジュールの半導体レーザ素子の底面図である。第６の実施形態に係る光半導体モジュールのベースの平面図である。第７の実施形態である光半導体モジュールの製造方法に用いる実装装置の概略構成図である。第７の実施形態である光半導体モジュールの製造方法における半導体レーザ素子をベースに実装する工程を説明する模式図である。（ａ）〜（ｃ）は、第７の実施形態である光半導体レーザモジュールの製造方法における半導体レーザ素子とベースとの位置合わせを説明するための半導体レーザ素子の部分平面図である。第８の実施形態である光半導体モジュールの製造方法における光ファイバをベースに実装する工程を説明する平面図である。（ａ）は第８の実施形態である光半導体モジュールの製造方法における光ファイバをベースに実装する工程を説明する正面図であり、（ｂ）は第８の実施形態である光半導体モジュールの製造方法における光ファイバをベースに実装する工程を説明する斜視図である。第９の実施形態である光ファイバ同士の接続方法を説明するための図であって、光ファイバのモードフィールド径をパラメータとする半導体レーザ素子の出射角と光ファイバの結合効率との関係を示す特性図である。第９の実施形態である光ファイバ同士の接続方法を説明するための図であって、光ファイバのモードフィールド径をパラメータとする、半導体レーザ素子及び光ファイバ間の距離と過剰損失との関係を示す特性図である。第９の実施形態である光ファイバ同士の接続方法を説明するための図であって、光ファイバのモードフィールド径をパラメータとする、半導体レーザ素子及び光ファイバ間の光軸位置ずれ量と過剰損失との関係を示す特性図である。第１の実施形態の第３の変形例に係る光送受信装置において、半導体レーザ素子と光ファイバとの結合部における、半導体レーザ素子の傾き角度αと反射減衰量との関係を示す図である。第１の実施形態の第３の変形例に係る光送受信装置において、半導体レーザ素子の傾き角度と過剰損失との関係を示す図である。第１０の実施形態に係る光半導体モジュールの一部分を示す断面図である。第１０の実施形態に係る光半導体モジュールの一部分を示す斜視図である。（ａ）、（ｂ）は従来の光送受信装置を示し、（ａ）は平面模式図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線の断面図である。従来の光半導体モジュールの製造方法における位置合わせ工程を説明する斜視図である。

符号の説明

１１０第１のベース
１１０ａ光信号送信領域
１１０ｂ光ファイバ端部保持領域
１１０ｃ光信号受信領域
１１０ｄジャケット保持領域
１１０Ａシリコン基板
１１１半導体レーザ素子
１１２モニター用受光素子
１１３第１の凹状溝
１１４第２の凹状溝
１１５ファイバ押さえ部材
１１６切欠き部
１１７ファイバストッパー
１１８アライメントマーク
１２０第２のベース
１２０ＡＧａＡｓ基板
１２１第３の凹状溝
１２２第１の切り込み溝
１２３第２の切り込み溝
１２４ハーフミラー
１２５ＷＤＭフィルター
１２６第１の受信用受光素子
１２６ａ受光面
１２７第２の受信用受光素子
１３０光ファイバ
１３０ａ入射部
１３１ジャケット（又はＭＵフェルール）
１４０第４の凹状溝
１４１樹脂
１５１第１の電極配線
１５２第２の電極配線
１５３第１の上部電極用パッド
１５４第２の上部電極用パッド
１５５パッケージ
１５６キャップ
１６１第１の受信用電極パッド
１６２第２の受信用電極パッド
１６３
２００ベース
２００ａ光信号送信領域
２００ｂ光ファイバ端部保持領域
２００ｃ光信号受信領域
２０１凹状溝
２０２切欠き部
２０３ファイバストッパー
２０４ファイバ押さえ部材
２０４ａ凸状部
２０５樹脂
２０６アライメントマーク
２０７第１の切り込み溝
２０８第２の切り込み溝
２１１半導体レーザ素子
２１２モニター用受光素子
２２４ハーフミラー
２２５ＷＤＭフィルター
２２６第１の受信用受光素子
２２６ａ受光面
２２７第２の受信用受光素子
２３０光ファイバ
２３０ａ入射部
３００ベース
３００ａ光信号送信領域
３００ｃ光信号受信領域
３０１凹状溝
３０２切欠き部
３０３ファイバストッパー
３０４樹脂供給用溝
３０５樹脂供給用凹部
３０６樹脂排出用溝
３１１半導体レーザ素子
３３０光ファイバ
３４０フィルター
３４１屈折率整合樹脂
４００ベース
４０１ベース凹状溝
４０２切り込み溝
４０２ａストッパー用壁面
４０３レーザ素子用配線
４０４受光素子用配線
４０５第１のベースマーク
４０６第２のベースマーク
４０７第３のベースマーク
４０８溝形成用マーク
４１０半導体レーザ素子
４１１第１のレーザマーク
４１２第２のレーザマーク
４１３金属電極
４２０モニター用受光素子
４３０光ファイバ
４４０ファイバ押さえ部材
４４１押さえ部材凹状溝
４５０ＳｉＯ₂ 膜
４５１レジストパターン
４５２マスク
４５２ａ溝用開口部
４５２ｂマーク用開口部
４５５Ｖ字状溝
４５６四角錐状ピット
４５７非エッチング領域
４６０下側ステージ
４６１基板加熱ヒーター
４６２下側ＣＣＤカメラ
４６３ステージキャリブレーションマーカ
４６４下側モニター
４７０上側ステージ
４７１固定用ツール
４７２上側ＣＣＤカメラ
４８０制御装置
５００ベース
５０１第１のＶ状溝
５０２第２のＶ状溝
５０３凸状部
５１０半導体レーザ素子
５１１ストライプ領域
５１２活性層
５１３電流ブロック層
５１５凹状溝
５１６金属膜
５１７電極
５２０半田

Claims

光軸方向に延びる凹状溝及び垂直な方向に延びる切り欠き溝を有するベースと、
前記ベースに固定されており半導体レーザ光を出射する半導体レーザ素子と、
入射端面が前記切り欠き溝の半導体レーザ側の壁面に当接した状態で前記ベースの凹状溝に収納されており、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を伝送する光ファイバと、
前記ベースに形成されており、前記半導体レーザ素子と前記ベースとの位置合わせをするためのアライメントマークとを備え、
前記アライメントマークは、前記凹状溝と同一のフォトリソグラフィ及び同一のエッチングにより形成されていることを特徴とする光半導体モジュール。
前記アライメントマークは、前記ベースにおける前記半導体レーザ素子が固定される領域の両側における光軸に対して対称な位置に形成された一対の側方アライメントマークを含むことを特徴とする請求項１に記載の光半導体モジュール。
前記アライメントマークは、前記ベースにおける前記切り込み溝の半導体レーザ側の壁面とのエッジ部に形成されたベースエッジアライメントマークを含むことを特徴とする請求項１に記載の光半導体モジュール。
前記アライメントマークは、前記ベースにおける前記半導体レーザ素子が固定される領域の両側における光軸に対して対称な位置に形成された一対の側方アライメントマークと、前記ベースにおける前記切り込み溝の半導体レーザ側の壁面とのエッジ部に形成されたベースエッジアライメントマークとを含むことを特徴とする請求項１に記載の光半導体モジュール。
前記半導体レーザ素子の底面における前記光ファイバ側のエッジ部に形成され、前記半導体レーザ素子と前記ベースとの位置合わせをするためのレーザエッジアライメントマークをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体モジュール。
前記アライメントマークは、前記ベースにおける前記切り込み溝の半導体レーザ側の壁面とのエッジ部に形成されたベースエッジアライメントマークを含むことを特徴とする請求項５に記載の光半導体モジュール。
光軸方向に延びる凹状溝及び垂直な方向に延びる切り欠き溝を有するベースと、
前記ベースに固定されており半導体レーザ光を出射するダブルチャネル構造の半導体レーザ素子と、
前記ベースの凹状溝に収納されており、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を伝送する光ファイバと、
前記ベースに形成されており、前記半導体レーザ素子と前記ベースとの位置合わせをするためのアライメントマークとを備え、
前記アライメントマークは、前記ベースの前記半導体レーザ素子が固定される領域における光軸に対して対称な位置に形成された断面Ｖ字状の一対の溝同士の間に存在する凸状部よりなる凸状アライメントマークを含むことを特徴とする光半導体モジュール。
前記一対の溝は、前記凹状溝と同一のフォトリソグラフィ及び同一のエッチングにより形成されていることを特徴とする請求項７に記載の光半導体モジュール。