JP2006133811A - 光ファイバ送受信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子又は受光素子と光ファイバとを光学的に高精度に接続することができ、簡単にかつ低コストで製造することができる光ファイバ送受信モジュール、光ファイバ送受信モジュールの製造方法及び電子機器を提供する。
【解決手段】光導波路１２が設けられているとともに、光導波路１２の一方端面側に光ファイバ２０用の凹形状のガイド１３が設けられているブロック１１と、ブロック１１に貼り付けられているものであって発光素子又は受光素子を有する微小タイル状素子１と、を有し、微小タイル状素子１は、発光素子又は受光素子の発光部又は受光部が光導波路１２の他方端面に対向するように、配置されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子又は受光素子と光ファイバとを光学的に接続する光ファイバ送受信モジュール、光ファイバ送受信モジュールの製造方法及び電子機器に関する。

従来、光ファイバを用いてレーザ光を伝送させて通信する光通信が行われている。その光ファイバの末端には、発光素子又は受光素子を備えるモジュールと呼ばれる部品が取り付けられている。この光通信用モジュールでは、例えば発光素子から出射された光が効率よく光ファイバのコアへ導入されるように、発光素子、レンズ及光ファイバのコア端面などが相互に３次元において精密に位置合わせして組み付けられている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２４３６８８号公報

しかしながら、上記従来の光通信用モジュールでは、発光素子又は受光素子、レンズ及び光ファイバのコア端面の相互間を、高い精度で位置合わせしなければならず、しかも上記各要素の取り付けが３次元の自由度を持つため、その調整に手間がかかり、高いコストを要するという問題点があった。例えば、従来の光通信用モジュールでは、発光素子、レンズ及び光ファイバについて大まかな配置を行う。その後、発光素子から光を放射させ、その光がレンズで集光されて、光ファイバの端面に入射すように、発光素子、レンズ及び光ファイバ端面それぞれを３次元に微調整する必要があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発光素子又は受光素子と光ファイバとを光学的に高精度に接続することができ、簡単にかつ低コストで製造することができる光ファイバ送受信モジュール、光ファイバ送受信モジュールの製造方法及び電子機器の提供を目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、光導波路が設けられているとともに、前記光導波路の一方端面側に光ファイバ挿入用の凹形状のガイドが設けられているブロックと、前記ブロックに貼り付けられ、発光素子を有する複数の微小タイル状素子と、を有し、前記光導波路は複数の分岐路を有し、前記複数の微小タイル状素子の各々が、前記光導波路の前記複数の分岐路の各々の端面に対向するように配置されていることを特徴とする。
また、前記複数の微小タイル状素子の発光素子はそれぞれ発光波長が異なることが望ましい。
また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、光導波路が設けられているとともに、該光導波路の一方端面側に光ファイバ挿入用の凹形状のガイドが設けられているブロックと、前記ブロックに貼り付けられているものであって発光素子又は受光素子を有する微小タイル状素子と、を有し、前記微小タイル状素子は、前記発光素子又は受光素子の発光部又は受光部が前記光導波路の他方端面に対向するように、配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、ブロックに設けられているガイドに光ファイバの一端を挿入するだけで、その光ファイバの一端をブロックの所定位置に設定（固定）することができる。そして、ガイドの側面又は底面などには、ブロックに設けられている光導波路の一方端面が位置するので、その光導波路の一方端面とガイドに挿入された光ファイバ一端のコア面とを対向させることができる。これにより、ガイドに光ファイバの一端を挿入するだけで、光ファイバのコアとブロックの光導波路とを光学的に接続することができる。また、ブロックに貼り付けられた微小タイル状素子の発光素子又は受光素子と光導波路の他方端面とは対向しているので、その発光素子又は受光素子と光導波路とは光学的に接続されている。したがって、本発明によれば、ガイドに光ファイバの一端を挿入するだけで、発光素子又は受光素子とその光ファイバとを光学的に接続することができる。また、本発明によれば、光ファイバにはスリーブ又はフェルールなどの光ファイバ支持部品を取り付ける必要がないので、従来よりもコンパクトで安価な光ファイバ送受信モジュールを提供することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記ガイド及び前記光導波路が該ガイドに挿入された光ファイバのコア端面が該光導波路の一方端面に対向するように、配置されていることが好ましい。
本発明によれば、ブロックのガイドに光ファイバの一端を挿入するだけで、光導波路の一方端面と光ファイバのコア面とを高精度に位置合わせすることができる。また、発光素子又は受光素子を有する微小タイル状素子は、例えば光導波路の一端面が存在するブロックの表面に貼り付けられるので、その貼り付けのとき２次元の自由度で、発光素子又は受光素子の発光部又は受光部を光導波路の一方面に、容易に位置合わせすることができる。この位置合わせは、従来３次元の自由度で光ファイバと発光素子及びレンズなどとを相互に位置合わせしなければならないことに比較して、非常に簡易にかつ高精度に行うことができる。したがって、本発明によれば、光ファイバと発光素子又は受光素子とを簡易にかつ高精度に光結合することができる。また、本発明によれば、発光素子又は受光素子を微小タイル状素子に設けているので、極めてコンパクトな光ファイバ送受信モジュールを低コストで提供することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記光導波路が、前記微小タイル状素子の発光素子の発光部又は受光素子の受光部と、前記ガイドに挿入された光ファイバとを光学的に接続するように形成されていることが好ましい。
本発明によれば、ブロックのガイドに光ファイバの一端を挿入するだけで、光ファイバと発光素子又は受光素子とを高効率に光結合することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記光導波路がテーパ形状になっていることが好ましい。
本発明によれば、テーパ形状の光導波路における広い方の端面に対向するように、発光素子又は光ファイバのコアなどを配置することで、その発光素子又は光ファイバの位置合わせの要求精度を低減しながら、その発光素子又は光ファイバからの放射光を高精度に所望の位置に伝播させることができ、発光素子又は受光素子と光ファイバとを、簡易にかつ高効率に光結合することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記微小タイル状素子が発光素子を有するものであり、前記光導波路は、該微小タイル状素子側から前記ガイド側にいくにしたがって徐々に細くなるように、テーパ形状になっていることが好ましい。
本発明によれば、光導波路の端面における広い方の面が発光素子に対向するのでブロックにおける発光素子の位置合わせ精度の要求を低減しながら、発光素子と光ファイバとを高効率に光結合することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記微小タイル状素子が、受光素子を有するものであり、前記光導波路は、該微小タイル状素子側から前記ガイド側にいくにしたがって徐々に太くなるように、テーパ形状になっていることが好ましい。
本発明によれば、光導波路の端面における広い方の面が光ファイバのコア面に対向するので、ブロックに対する光ファイバコア面の位置合わせ精度の要求を低減しながら、受光素子と光ファイバとを高効率に光結合することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記光導波路は分岐しており、それぞれの分岐端に異なる発光波長の発光素子を有する微小タイル状素子が貼り付けられていることが好ましい。
本発明によれば、複数の発光素子それぞれから放射された波長が異なる光を、光導波路の各分岐路に入射させ、その光導波路内において集合させて１つの出射端から出射させ、光ファイバのコアに入射させることができる。したがって、本発明によれば、波長多重伝送装置の出力部となる光ファイバ送受信モジュールを簡易にかつ高精度に構成することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記ブロックに、発光波長の異なる発光素子をそれぞれ有する複数の前記微小タイル状素子が貼り付けられており、該複数の微小タイル状素子の発光部すべてが前記光導波路の端面に対向する領域内に位置するように、配置されていることが好ましい。
本発明によれば、テーパ形状の光導波路における広い方の端面内に対向するように、複数の微小タイル状素子の発光部すべてが配置されているので、複数の発光素子それぞれから放射された波長が異なる光を、光導波路内において集合させて光ファイバのコアに入射させることができる。したがって、本発明によれば、波長多重伝送装置の出力部となる光ファイバ送受信モジュールを、より簡易にかつ高精度に構成することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記光導波路が、棒形状の低屈折率部材と、該低屈折率部材の端面以外の周囲を覆う高屈折率部材とからなることが好ましい。
本発明によれば、既存技術である光ファイバの製造方法を用いて上記ブロック及び光導波路を製造することができるので、より簡易にかつ低コストで高精度な光ファイバ送受信モジュールを提供することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記光導波路における端面以外の境界面が金属反射膜で覆われていることが好ましい。
本発明によれば、上記ブロック及び光導波路などを製造するときの材料及び製法の自由度を高めることができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記光導波路が屈曲していることが好ましい。
本発明によれば、発光素子又は受光素子あるいはガイドなどの配置の自由度を高めることができる。したがって、各種装置に適合する光ファイバ送受信モジュールを容易に提供することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記ブロックに、少なくとも受光手段を含む集積回路チップが設けられており、前記受光手段は、前記微小タイル状素子の発光素子に対向するように配置されていることが好ましい。
本発明によれば、例えば発光素子として面発光レーザを用いると、その発光素子からは光導波路に向かう光と集積回路チップの受光手段に向かう光とが放射されるので、発光素子の発光量を受光手段でモニタリングすることができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記受光手段が、前記発光素子の発光量を検出し、該検出値に基づいて該発光量を制御する自動出力制御回路の検出部として機能することが好ましい。
本発明によれば、発光素子の発光量を自動制御（ＡＰＣ）できる光ファイバ送受信モジュールを、極めてコンパクトにかつ簡便に形成することができる。したがって、温度変化、経年変化及び製造品位などに影響されずに、所望発光量の光信号を長年に渡って安定に出力するコンパクトな光ファイバ送受信モジュールを安価に提供することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記集積回路チップが、前記受光手段が検出した受光量に基づいて、前記発光素子の発光量を制御する自動出力制御回路を有することが好ましい。
本発明によれば、所望発光量の光信号を長年に渡って安定に出力するコンパクトな光ファイバ送受信モジュールを安価に提供することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記集積回路チップが、前記自動出力制御回路の出力に基づいて、前記発光素子を駆動するドライバ回路を有することが好ましい。
本発明によれば、所望発光量の光信号を長年に渡って安定に出力するコンパクトな光ファイバ送受信モジュールをより安価に提供することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記受光手段がフォトダイオード又はフォトトランジスタであることが好ましい。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記フォトダイオードがＭＳＭ型フォトダイオードであることが好ましい。
本発明によれば、ＭＳＭ型フォトダイオードが構造が単純で増幅用トランジスタとともに集積化しやすいので、よりコンパクトで高機能な光ファイバ送受信モジュールを安価に提供することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記集積回路チップが前記ブロックにフリップチップ実装されていることが好ましい。
本発明によれば、発光素子と受光手段（集積回路チップ）との間に隙間を設けることができ、発光素子と受光手段が接触することによる発光素子（微小タイル状素子）などが損傷することを回避することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記光導波路が３次元に分岐していることが好ましい。
本発明によれば、光導波路の構成要素である複数の分岐路を高密度に配置することができ、各分岐路の端面に微小タイル素子からなる発光素子又は受光素子を配置できるので、高度に多重化（数十波長以上）できる光ファイバ送受信モジュールを極めてコンパクトに構成することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールは、前記ガイドに、光ファイバ、又は光ファイバに取り付けられたフェルールあるいはスリーブが挿入されることが好ましい。
本発明によれば、光ファイバのみ、又は、光ファイバに取り付けられたスリーブあるいはフェルールをガイドに挿入するだけで、簡易にかつ高精度に、光ファイバと発光素子又は受光素子とを光結合することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールの製造方法は、光導波路と、該光導波路の一方端面側に位置する光ファイバ用のガイドとを備えるブロックを形成し、前記ブロックの表面における前記光導波路の他方端面に対向する位置に、発光素子又は受光素子を有する微小タイル状素子を貼り付けることを特徴とする。
本発明によれば、ブロックに設けられているガイドに光ファイバの一端を挿入するだけで、その光ファイバの一端をブロックの所定位置に正確に固定できる光ファイバ送受信モジュールを、簡単に製造することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールの製造方法は、前記ブロックが複数の板状部材を積層したものであり、前記光導波路は、前記複数の板状部材のうちの少なくとも一つに溝を設け、該溝に透明部材を埋め込んで形成されたものであることが好ましい。
本発明によれば、複数の板状部材を組み合わせることなどにより、穴開け工程などを必要とせずに、上記光ファイバ送受信モジュールを高精度にかつ簡易に製造することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールの製造方法は、前記透明部材が樹脂からなることが好ましい。
本発明によれば、例えば上記板状部材に設けた溝に、液状体の透明部材を塗布して埋め込むことなどにより、上記光導波路を簡易に製造することができる。

また、本発明の光ファイバ送受信モジュールの製造方法は、前記ガイドが、前記複数の板状部材のうちの少なくとも２つであって、前記溝が設けられた板状部材を少なくとも含む板状部材に設けられた切り欠きからなることが好ましい。
本発明によれば、１枚又は複数枚の板状部材に切り欠きを設け、それらの板状部材を重ね合わせる又は組み合わせることで、上記ガイドを備える光ファイバ送受信モジュールを簡易に製造することができる。

本発明の電子機器は、前記光ファイバ送受信モジュールを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、発光素子又は受光素子と光ファイバとを光学的に正確に接続できるコンパクトな光ファイバ送受信モジュールを備えた電子機器を提供することができる。そこで、本発明によれば、光信号を送受信できるコンパクトな電子機器を安価に提供することができる。

以下、本発明に係る光ファイバ送受信モジュールについて、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る光ファイバ送受信モジュールとこれに接続される光ファイバを示す概略断面図である。本実施形態の光ファイバ送受信モジュール１０は、光導波路１２及びガイド１３を備えるブロック１１と、ブロック１１に直接貼り付けられた微小タイル状素子１とを有する。

微小タイル状素子１は、例えば発光素子又は受光素子を備える。そして、微小タイル状素子１は、微小なタイル形状（板形状）の半導体デバイスであり、例えば厚さ１μｍから２０μｍ、縦横の大きさ数十μｍから数百μｍの四角形板状部材である。この微小タイル状素子の製造方法及び貼り付け方法については後で詳細に説明する。なお、微小タイル状素子の形状は四角形に限定されず、他の形状であってもよい。

微小タイル状素子１が備える発光素子としては、例えば面発光レーザ、端面レーザＬＥＤなどを適用することができる。微小タイル状素子１が備える受光素子としては、例えばフォトダイオード、フォトトランジスタなどを適用することができる。ここで、フォトダイオードとしては、ＰＩＮ型フォトダイオード、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）、ＭＳＭ（Metal-Semiconductor-Metal）型フォトダイオードを用途に応じて選ぶことができる。ＡＰＤは、光感度、応答周波数ともに高い。ＭＳＭ型フォトダイオードは、構造が単純で増幅用トランジスタとともに集積化しやすい。光導波路１２は、ブロック１１を貫くように設けられているものであって、光が伝播する部材（固体、液体又は気体を含む）からなるものである。

そして、ガイド１３は、ブロック１１における光導波路１２の一方端面側に設けられている。微小タイル状素子１は、その微小タイル状素子１における発光部又は受光部が光導波路１２の他方端面（ブロック１１の側面１４と平行な面）に対向するように、配置されている。その発光部又は受光部の中心と、光導波路１２の他方端面の中心とが一致するように、配置されることが好ましい。ただし、微小タイル状素子１が発光素子を備えている場合は、光導波路１２の他方端面領域内に、その発光素子の発光部が入っていれば、発光素子と光ファイバのコア２２とを高い光結合効率で接続することができる。微小タイル状素子１が受光素子を備えている場合は、受光素子の受光部領域内に、光導波路１２の他方端面のすべてが入っていれば、受光素子と光ファイバのコア２２とを高い光結合効率で接続することができる。

微小タイル状素子１と光導波路１２の他方端面との位置合わせは、微小タイル状素子１をブロック１１の側面１４上で、Ｘ軸とＹ軸の２次元について位置決めすることで行えばよい。したがって、本実施形態によれば、従来の光通信用モジュールのように、発光素子又は受光素子をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３次元について位置決めする必要がなく、また発光素子又は受光素子を駆動させながら位置決めする必要もない。そこで、本実施形態によれば、従来よりも発光素子又は受光素子の位置決めを簡単にかつ迅速に実行することができる。

また、ブロック１１においてガイド１３及び光導波路１２は、ガイド１３に挿入された光ファイバのコア２２の端面に対向するように配置されている。ここで、ガイド１３の凹形状は、断面が円形であり、その直径が光ファイバ２０のクラッド２１を含む端部の直径と略同一か又は若干大きめであることが好ましい。そして、ガイド１３に挿入された光ファイバのコア２２の中心が光導波路１２の一方端面の中心に位置することが好ましい。このようにすると、ガイド１３に光ファイバ２０の一端を挿入するだけで、光導波路１２と光ファイバ２０のコア２２とを高い光結合効率で接続することができる。したがって、ガイド１３に光ファイバ２０の一端を挿入するだけで、光ファイバ２０のコア２２と微小タイル状素子１の発光素子又は受光素子とを高い光結合効率で接続することができる。

ただし、微小タイル状素子１が発光素子を備えている場合は、光ファイバのコア２２の端面領域内に、光導波路１２の一方端面が入っていれば、発光素子とコア２２とを高い光結合効率で接続することができる。微小タイル状素子１が受光素子の場合は、光導波路１２の一方端面領域に、光ファイバのコア２２の端面が入っていれば、受光素子とコア２２とを高い光結合効率で接続することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図２及び図３を参照して説明する。図２は本発明の第２実施形態に係る光ファイバ送受信モジュールを示す概略断面図である。図３は本実施形態の他の例を示す概略断面図である。本実施形態の光ファイバ送受信モジュール１０は、光導波路１２ａ，１２ｂがテーパ形状になっている点が、上記第１実施形態と異なる。光導波路１２ａ，１２ｂをテーパ形状とすることで、微小タイル状素子１の貼り付け位置精度及びガイド１３の形成精度についての要求を低減しながら、発光素子又は受光素子と光ファイバ２０とを高効率に光結合することができる。

図２に示す光ファイバ送受信モジュール１０では、微小タイル状素子１が発光素子を備えることが好ましい。そして、光導波路１２ａは、微小タイル状素子１側からガイド１３側にいくにつれて徐々に細くなるように、テーパ形状になっている。このようにすると、光導波路１２ａの端面における広い方の面が微小タイル状素子１の発光素子に対向するので、光導波路１２ａは発光素子の放射光を所望位置（光ファイバ２０におけるコア２２の端面）に集光することができる。すなわち光導波路１２ａはレンズと同じ作用を奏することができる。したがって、本実施形態によれば、発光素子の位置合わせ精度の要求を低減しながら、またガイド１３の形成精度及びガイド１３への光ファイバ２０の取り付け位置精度の要求を低減しながら、発光素子と光ファイバ２０のコア２２とを高効率に光結合することができる。

図３に示す光ファイバ送受信モジュール１０では、微小タイル状素子１が受光素子を備えることが好ましい。そして、光導波路１２ｂは、微小タイル状素子１側からガイド１３側にいくにつれて徐々に太くなるように、テーパ形状になっている。このようにすると、光導波路１２ａの端面における広い方の面が光ファイバ２０におけるコア２２の端面に対向するので、光導波路１２ａはコア２２からの放射光を所望位置（微小タイル状素子１における受光部）に集光することができる。すなわち光導波路１２ｂはレンズと同じ作用を奏することができる。したがって、本実施形態によれば、ブロック１１に対する光ファイバ２０におけるコア２２端面の位置合わせ精度の要求を低減しながら、受光素子と光ファイバ２０とを高効率に光結合することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図４及び図５を参照して説明する。図４は本発明の第３実施形態に係る光ファイバ送受信モジュールを示す概略断面図である。図５は本実施形態の他の例を示す概略断面図である。本実施形態の光ファイバ送受信モジュール１０は、波長多重をすることができる。

図４に示す光ファイバ送受信モジュール１０では、光導波路１２ｃが３本の分岐路を備えている。そして、各分岐路の端面に対向するように、微小タイル状素子１ａ，１ｂ，１ｃがブロック１１の側面１４に貼り付けられている。微小タイル状素子１ａには波長λ１の光を放射する発光素子が設けられており、微小タイル状素子１ｂには波長λ２の光を放射する発光素子が設けられており、微小タイル状素子１ｃには波長λ３の光を放射する発光素子が設けられている。

各微小タイル状素子１ａ，１ｂ，１ｃから放射された波長λ１，λ２，λ３の光は、光導波路１２ｃ内で合波され、ガイド１３に挿入された光ファイバ２０のコア２２に入射する。したがって、本実施形態によれば、波長多重伝送装置の出力部となる光ファイバ送受信モジュール１０を簡易にかつ高精度に構成することができる。なお、光導波路１２ｃにおける分岐路の本数は３本に限定されるものではなく、光導波路１２ｃに数十本の分岐路を設けてもよい。また、図４に示すように各分岐路を仮想平面状に配置するのではなく、各分岐路を３次元に配置してもよい。そして、各分岐路の端面に微小タイル状素子１を貼り付けることで、高度に波長多重できるコンパクトな光ファイバ送受信モジュール１０を簡易にかつ高精度に構成することができる。

図５に示す光ファイバ送受信モジュール１０では、ブロック１１の側面１４に複数の微小タイル状素子１ａ，１ｂ，１ｃが貼り付けられている。微小タイル状素子１ａには波長λ１の光を放射する発光素子が設けられており、微小タイル状素子１ｂには波長λ２の光を放射する発光素子が設けられており、微小タイル状素子１ｃには波長λ３の光を放射する発光素子が設けられている。光導波路１２ｄは、テーパ形状となっており、太い方の端面が各微小タイル状素子１ａ，１ｂ，１ｃ側に配置されている。そして、各微小タイル状素子１ａ，１ｂ，１ｃの発光部すべてが光導波路１２ｄの太い方の端面に対向する領域内に位置するように、配置されている。

各微小タイル状素子１ａ，１ｂ，１ｃから放射された波長λ１，λ２，λ３の光は、光導波路１２ｄ内で合波され、ガイド１３に挿入された光ファイバ２０のコア２２に入射する。したがって、本実施形態によれば、波長多重伝送装置の出力部となる光ファイバ送受信モジュール１０を簡易にかつ高精度に構成することができる。なお、光導波路１２ｃの太い方の端面に対向する領域内に配置する微小タイル状素子１の数は３個に限定されるものではなく、数十個の発光波長の異なる微小タイル状素子１を光導波路１２ｃの太い方の端面に対向する領域内に配置してもよい。このようにすると、高度に波長多重できるコンパクトな光ファイバ送受信モジュール１０を簡易にかつ高精度に構成することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１及び図６を参照して説明する。図６は本発明の第４実施形態に係る光ファイバ送受信モジュールを示す概略断面図である。図１に示す光導波路１２は、例えば高屈折率をもつ部材からなるものとしてその光導波路１２を覆うブロック１１は低屈折率の部材とする。このようにすると光ファイバのコアとそれを覆うクラッドとの関係のように、光導波路１２（高屈折率部材）に入射した光は、高屈折率部材と低屈折率部材との間で全反射するので、光導波路１２の中をほとんど減衰せずに伝播する。

図６に示す光ファイバ送受信モジュール１０では、光導波路１２における端面以外の境界面が金属反射膜１５で覆われている。この金属反射膜１５は金属蒸着処理などで形成する。金属反射膜１５の内側は、空洞でもよく、透明部材が充填されていてもよく、その透明部材の屈折率は問わない。このようにすると、ブロック１１の構成部材及び光導波路１２の構成部材の選択自由度を向上させることができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図７を参照して説明する。図７は本発明の第５実施形態に係る光ファイバ送受信モジュールを示す概略断面図である。図７に示す光ファイバ送受信モジュール１０における光導波路１２ｅは、約９０度屈曲している。そして、微小タイル状素子１は、屈曲した光導波路１２ｅの他方端面（ブロック１１の底面と平行な面）に対向するように、配置されている。

本実施形態によれば、微小タイル状素子１の貼り付け位置及びガイド１３の配置の自由度を高めることができる。したがって、本実施形態によれば、各種装置に適合する光ファイバ送受信モジュール１０を容易に製造することができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態について図８を参照して説明する。図８は本発明の第６実施形態に係る光ファイバ送受信モジュールを示す概略断面図である。本実施形態の光ファイバ送受信モジュール１０は、ブロック１１に集積回路チップ３０がフリップチップ実装されている点が、上記実施形態と異なる。集積回路チップ３０は、バンプ３１を介してブロック１１の側面１４に対向するようにフリップリップ実装されている。したがって、集積回路チップ３０とブロック１１の側面１４との間には隙間がある。

集積回路チップ３０は、フォトダイオード又はフォトトランジスタなどからなる受光手段３２を備えている。ブロックの側面１４に貼り付けられている微小タイル状素子１は、発光素子を備えているものとする。この発光素子は面発光レーザであることが好ましい。そして、集積回路チップ３０の受光手段３２が微小タイル状素子の発光部に対向するように、集積回路チップ３０は上記フリップチップ実装されている。

微小タイル状素子１に設けられた発光素子（例えば面発光レーザ）は、光導波路１２にレーザ光を放射するとともに、集積回路チップ３０の受光手段３２に対してもレーザ光を放射する。これにより、微小タイル状素子１に設けられた発光素子の発光量を受光手段３２でモニタリングすることができる。また、集積回路チップ３０は、受光手段３２の検出値に基づいて、微小タイル状素子１の発光素子の発光量を制御する自動出力制御回路（ＡＰＣ：Auto Power Control）と、その自動出力制御回路の出力信号を増幅して微小タイル状素子１の発光素子を駆動する電力を出力するドライバ回路とを備えることが好ましい。そのドライバ回路の出力はバンプ３１を介して微小タイル状素子１の発光素子に送られる。

本実施形態によれば、微小タイル状素子１に設けられた発光素子（例えば面発光レーザ）の発光量を自動制御（ＡＰＣ）できる光ファイバ送受信モジュール１０を、極めてコンパクトにかつ簡便に形成することができる。したがって、温度変化、経年変化及び製造品位などに影響されずに、所望発光量の光信号を長年に渡って安定に出力するコンパクトな光ファイバ送受信モジュール１０を安価に提供することができる。また、本実施形態によれば、集積回路チップ３０がブロック１１にフリップチップ実装されているので、微小タイル状素子１と受光手段３２との間に隙間を設けることができ、微小タイル状素子１と受光手段３２が接触することによる微小タイル状素子１の損傷などを回避することができる。

（製造方法）
次に、上記実施形態の光ファイバ送受信モジュールの製造方法について、図９から図１６を参照して説明する。図９は、上記実施形態の光ファイバ送受信モジュール１０におけるブロック１１を複数の板状部材１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを積層して形成した状態を示す斜視図である。図１０は、図９に示す光ファイバ送受信モジュール１０の分解斜視図である。図１１（ａ）は図９に示す光ファイバ送受信モジュール１０の平面図であり、図１１（ｂ）は同モジュールの中央断面図であり、図１１（ｃ）は同モジュールの正面図である。

これらの図に示されているように、光ファイバ送受信モジュール１０のガイド１３は、板状部材１１ｂ，１１ｃに設けられた切り欠きで構成される。また、板状部材１１ｂには、光導波路１２が設けられている。この光導波路１２は、四角柱形状であり、その四角柱形状の上面が板状部材１１ｂの上面と面一となるように、板状部材１１ｂに埋め込まれている。なお、光導波路１２の形状は四角柱形状に限定されるものではなく、四角柱以外の多角柱形状、円柱形状又は楕円柱形状であってもよい。また、光導波路１２の上面が板状部材１１ｂの上面と面一となるように、その光導波路１２を設けることが好ましいが、板状部材１１ｂなどの内部を貫くように光導波路１２を設けてもよい。ただし、光導波路１２の上面が板状部材１１ｂの上面と面一となるように設けることで、光導波路１２をより簡易に製造することができる。
もちろん光導波路１２は、板状部材１１ｃに設けてもよい。また光導波路１２が板状部材１１ｂ，１１ｃに半分ずつ埋め込まれるように形成してもよい。このようにすると、円筒形状の光導波路１２も簡易に形成することができる。

次に、図９から図１１に示す光ファイバ送受信モジュール１０の詳細な製造方法について図１２から図１６を参照して説明する。図１２は、光ファイバ送受信モジュール１０の第１製造工程を示す斜視図である。先ず図１２に示すように、平板１１ｂ’に対してエッチング処理又は切削を施して溝ｍを形成する。またスタンパあるいは射出成形などで、溝ｍを備える平板１１ｂ’を形成してもよい。
平板１１ｂ’は、上記板状部材１１ｂの原材料となるものである。

図１３は、光ファイバ送受信モジュール１０の第２製造工程を示す斜視図である。本工程では、溝ｍを樹脂で埋める。例えば、紫外線硬化性の液状体樹脂を溝ｍに埋め込み、次いで、その液状体樹脂に紫外線を照射することで硬化させる。
この樹脂は、透明であり、高屈折率を有することが好ましい。平板１１ｂ’は低屈接率材料からなることが好ましい。溝ｍに埋め込まれた樹脂は、上記光導波路１２となるものである。

図１４は、光ファイバ送受信モジュール１０の第３製造工程を示す斜視図である。本工程では、上記第２製造工程まで加工を施された平板１１ｂ’の上面に平板１１ｃ’を張り合わせる。この平板１１ｃ’は、上記板状部材１１ｃの原材料となるものである。平板１１ｃ’は低屈接率材料からなることが好ましい。

平板１１ｂ’と平板１１ｃ’の厚さは以下の条件を満たすようにしておく。第１に、平板１１ｂ’の厚さと平板１１ｃ’の厚さの合計値は、この光ファイバ送受信モジュール１０へ接続する光ファイバ２０又は光ファイバ２０の端部に取り付けられたフェルール（光ファイバを支持する部品）の先端直径にほぼ等しいか、少し大きいこと。第２に、溝ｍを有する平板１１ｂ’に平板１１ｃ’を張り合わせることで光導波路１２が形成されるので、この光導波路１２の中心Ｏが張り合わせられた平板１１ｂ’と平板１１ｃ’の厚みｄの中心に位置することが望ましい。

図１５は、光ファイバ送受信モジュール１０の第４製造工程を示す斜視図である。本工程では、図１５に示すように平板１１ｂ’及び平板１１ｃ’に切り欠きｋを設け、板状部材１１ｂ及び板状部材１１ｃを作る。切り欠きｋは、切削又はレーザ加工などで作ることができる。切り欠きｋの幅ｄは、この光ファイバ送受信モジュール１０へ接続する光ファイバ２０又はフェルールの先端直径にほぼ等しいか、少し大きくする。

すなわち、切り欠きｋの幅ｄは、張り合わせられた平板１１ｂ’（板状部材１１ｂ）と平板１１ｃ’（板状部材１１ｃ）の厚みｄとほぼ同一とする。ここで、切り欠きｋの開放端側の幅を少し広げてテーパ形状にするのが好ましい。または切り欠きｋの開放端を面取りしてもよい。このようにすると、切り欠きｋなどがなすガイド１３に、光ファイバ２０などが差し込み易くなる。また、切り欠きｋの中心Ｏと図１４に示す光導波路１２の中心Ｏとが一致するように、切り欠きｋを作製する。そして、切り欠きｋの底面は平坦にする。

図１６は、光ファイバ送受信モジュール１０の第５製造工程を示す斜視図である。本工程では、図１６に示すように、板状部材１１ｂの底面に平板からなる板状部材１１ａを貼り付け、板状部材１１ｃの上面に平板からなる板状部材１１ｄを貼り付ける。ここで、板状部材１１ａの右側側面は、板状部材１１ｂ，１１ｃにおける切り欠きｋの端面よりも飛び出している方が好ましい。板状部材１１ｄの右側端面は、板状部材１１ｂ，１１ｃにおける切り欠きｋの端面よりも引っ込んでいる方が好ましい。また、板状部材１１ｄにおける切り欠きｋに接する辺は面取りすることが好ましい。このようにすると、切り欠きｋなどがなすガイド１３に、光ファイバ２０などがさらに差し込み易くなる。

以上の製造工程により、光ファイバ送受信モジュール１０における光導波路１２を備えるブロック１０が完成する。その後、ブロック１０の所定位置に微小タイル状素子１を貼り付けることにより、図１などに示す光ファイバ送受信モジュール１０が完成する。

本製造方法によれば、複数の板状部材１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを組み合わせることなどにより、穴開け工程などを必要とせずに、上記光ファイバ送受信モジュール１０を高精度にかつ簡易に製造することができる。すなわち、本製造方法によれば、ブロック１１に設けられているガイド１３に光ファイバ２０の一端を挿入するだけで、その光ファイバ２０と、ブロック１１の所定位置に貼り付けられている微小タイルタイル状素子１の発光素子又は受光素子とを高効率に光結合する光ファイバ送受信モジュール１０を、簡単に製造することができる。
上記製造方法では平板１１ｂ’，１１ｃ’に後で切り欠きｋを設けて板状部材１１ｂ，１１ｃを形成したが、射出成形などにより光導波路１２及び切り欠きｋ付きの板状部材１１ｂ，１１ｃを一度の工程で形成することもできる。

（微小タイル状素子の製造方法）
次に、発光素子又は受光素子を備える微小タイル状素子１の製造方法と、その微小タイル状素子１をブロック１１（最終基板）に貼り付ける方法とについて、図１７乃至図２６を参照して説明する。本製造方法は、エピタキシャルリフトオフ法をベースにしている。また本製造方法では、微小タイル状素子としての化合物半導体デバイス（化合物半導体素子）を最終基板となるブロック１１上に接着する場合について説明するが、ブロック１１の種類及び形態に関係なく本発明を適用することができる。なお、本実施形態における「半導体基板」とは、半導体物資から成る物体をいうが、板形状の基板に限らず、どのような形状であっても半導体物資であれば「半導体基板」に含まれる。

＜第１工程＞
図１７は本微小タイル状素子の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。
図１７において、基板１１０は、半導体基板であり、例えばガリウム・ヒ素化合物半導体基板とする。基板１１０における最下位層には、犠牲層１１１を設けておく。犠牲層１１１は、アルミニウム・ヒ素（ＡｌＡｓ）からなり、厚さが例えば数百ｎｍの層である。
例えば、犠牲層１１１の上層には機能層１１２を設ける。機能層１１２の厚さは、例えば１μｍから１０（２０）μｍ程度とする。そして、機能層１１２において半導体デバイス（例えば面発光レーザ）１１３を作成する。半導体デバイス１１３としては、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）のほかに他の機能素子、例えばフォトトランジスタ（ＰＤ）、あるいは高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロバイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）などからなるドライバ回路又はＡＰＣ回路などを形成してもよい。これらの半導体デバイス１１３は、何れも基板１１０上に多層のエピタキシャル層を積層して素子が形成されたものである。また、各半導体デバイス１１３には、電極も形成し、動作テストも行う。

＜第２工程＞
図１８は本微小タイル状素子の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。
本工程においては、各半導体デバイス１１３を分割するように分離溝１２１を形成する。分離溝１２１は、少なくとも犠牲層１１１に到達する深さをもつ溝とする。例えば、分離溝の幅及び深さともに、１０μｍから数百μｍとする。また、分離溝１２１は、後述するところの選択エッチング液が当該分離溝１２１を流れるように、行き止まりなく繋がっている溝とする。さらに、分離溝１２１は、碁盤のごとく格子状に形成することが好ましい。
また、分離溝１２１相互の間隔を数十μｍから数百μｍとすることで、分離溝１２１によって分割・形成される各半導体デバイス１１３のサイズを、数十μｍから数百μｍ四方の面積をもつものとする。分離溝１２１の形成方法としては、フォトリソグラフィとウェットエッチングによる方法、またはドライエッチングによる方法を用いる。また、クラックが基板に生じない範囲でＵ字形溝のダイシングで分離溝１２１を形成してもよい。

＜第３工程＞
図１９は本微小タイル状素子の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。
本工程においては、中間転写フィルム１３１を基板１１０の表面（半導体デバイス１１３側）に貼り付ける。中間転写フィルム１３１は、表面に粘着剤が塗られたフレキシブルなフィルムである。

＜第４工程＞
図２０は本微小タイル状素子の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。
本工程においては、分離溝１２１に選択エッチング液１４１を注入する。本工程では、犠牲層１１１のみを選択的にエッチングするために、選択エッチング液１４１として、アルミニウム・ヒ素に対して選択性が高い低濃度の塩酸を用いる。

＜第５工程＞
図２１は本微小タイル状素子の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。
本工程においては、第４工程での分離溝１２１への選択エッチング液１４１の注入後、所定時間の経過により、犠牲層１１１のすべてを選択的にエッチングして基板１１０から取り除く。

＜第６工程＞
図２２は本微小タイル状素子の製造方法の第６工程を示す概略断面図である。
第５工程で犠牲層１１１が全てエッチングされると、基板１１０から機能層１１２が切り離される。そして、本工程において、中間転写フィルム１３１を基板１１０から引き離すことにより、中間転写フィルム１３１に貼り付けられている機能層１１２を基板１１０から引き離す。
これらにより、半導体デバイス１１３が形成された機能層１１２は、分離溝１２１の形成及び犠牲層１１１のエッチングによって分割されて、所定の形状（例えば、微小タイル形状）の微小タイル状素子１６１（上記実施形態の「微小タイル状素子１」）とされ、中間転写フィルム１３１に貼り付け保持されることとなる。ここで、機能層の厚さが例えば１μｍから１０μｍ程度、大きさ（縦横）が例えば数十μｍから数百μｍであるのが好ましい。

＜第７工程＞
図２３は本微小タイル状素子の製造方法の第７工程を示す概略断面図である。
本工程においては、（微小タイル状素子１６１が貼り付けられた）中間転写フィルム１３１を移動させることで、最終基板となるブロック１１の所望位置に微小タイル状素子１６１をアライメントする。ここで、ブロック１１の所望の位置には、微小タイル状素子１６１を接着するための接着剤１７３を塗布しておく。接着剤は微小タイル状素子１６１に塗布してもかまわない。

＜第８工程＞
図２４は本微小タイル状素子の製造方法の第８工程を示す概略断面図である。
本工程においては、ブロック１１の所望の位置にアライメントされた微小タイル状素子１６１を、中間転写フィルム１３１越しにコレット１８１で押しつけてブロック１１に接合する。ここで、所望の位置には接着剤１７３が塗布されているので、そのブロック１１の所望の位置に微小タイル状素子１６１が接着される。

＜第９工程＞
図２５は本光ファイバ送受信モジュールの製造方法の第９工程を示す概略断面図である。本工程においては、中間転写フィルム１３１の粘着力を消失させて、微小タイル状素子１６１から中間転写フィルム１３１を剥がす。
中間転写フィルム１３１の粘着剤は、ＵＶ硬化性又は熱硬化性のものにしておく。ＵＶ硬化性の粘着剤とした場合は、コレット１８１を透明な材質にしておき、コレット１８１の先端から紫外線（ＵＶ）を照射することで中間転写フィルム１３１の粘着力を消失させる。熱硬化性の接着剤とした場合は、コレット１８１を加熱すればよい。あるいは第６工程の後で、中間転写フィルム１３１を全面紫外線照射するなどして粘着力を全面消失させておいてもよい。粘着力が消失したとはいえ実際には僅かに粘着性が残っており、微小タイル状素子１６１は非常に薄く軽いので中間転写フィルム１３１に保持される。

＜第１０工程＞
本工程は、図示していない。本工程においては、加熱処理などを施して、微小タイル状素子１６１をブロック１１に本接合する。

＜第１１工程＞
図２６は本微小タイル状素子の製造方法の第１１工程を示す概略断面図である。本工程においては、微小タイル状素子１６１（発光素子又は受光素子）の電極とブロック１１（又は図８に示す集積回路チップ３０）上の回路とを配線１９１により電気的に繋ぎ、一つの光ファイバ送受信モジュール１０を完成させる。ブロック１１又は集積回路チップ３０としては、シリコン半導体のみならず、ガラス基板、石英基板又はプラスチックフィルムを適用してもよい。

これらにより、最終基板１７１であるブロック１１が例えばプラスチックであっても、そのブロック１１上の所望位置にガリウム・ヒ素製の面発光レーザなどを備える微小タイル状素子１６１形成するというように、面発光レーザなどをなす半導体素子を当該半導体素子とは材質の異なる基板上に形成することが可能となる。また、半導体基板上で面発光レーザなどを完成させてから微小タイル形状に切り離すので、光ファイバ送受信モジュールを作成する前に、予め面発光レーザなどをテストして選別することが可能となる。

また、上記製造方法によれば、半導体素子（発光素子又は受光素子）を含む機能層のみを、微小タイル状素子として半導体基板から切り取り、フィルムにマウントしてハンドリングすることができるので、発光素子又は受光素子を個別に選択してブロック１１に接合することができ、ハンドリングできる発光素子又は受光素子のサイズを従来の実装技術のものよりも小さくすることができる。したがって、上記製造方法によれば、所望発光量及び所望状態のレーザ光を入出力するコンパクトな光ファイバ送受信モジュール１０を、簡便に低コストで提供することができる。

（電子機器）
上記実施形態の光ファイバ送受信モジュールを備えた電子機器の例について説明する。
図２７は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図２７において、符号１０００は上記の光ファイバ送受信モジュールを用いた携帯電話本体を示し、符号１００１は表示部を示している。

図２８は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図２８において、符号１１００は上記の光ファイバ送受信モジュールを用いた時計本体を示し、符号１１０１は表示部を示している。

図２９は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図２９において、符号１２００は情報処理装置、符号１２０２はキーボードなどの入力部、符号１２０４は上記の光ファイバ送受信モジュールを用いた情報処理装置本体、符号１２０６は表示部を示している。

図２７から図２９に示す電子機器は、上記実施形態の光ファイバ送受信モジュールを備えているので、光信号を用いて高速に動作することができ、低コストで製造することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば上記実施形態では、発光素子又は受光素子を微小タイル状素子１で構成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、微小タイル状素子１の代わりにフリップチップ素子を用いてもよい。

以上、ガイド１３にフェルール付き光ファイバを直接挿入する形態について説明したが、ガイド１３の寸法を適切に選ぶことで裸の光ファイバを直接挿入することも、もちろん可能である。
あるいは、ファイバコネクタの仕様によっては一般的なスリーブを使うことが望ましい場合も考えられる。その場合は、スリーブが直接部分的に挿入できて中心軸が機械的に決まるようガイド１３の寸法を選んで、スリーブを接合してもかまわない。もちろんガイド１３のかわりに、一般的に使用されているスリーブを接合することもできる。この場合はスリーブ中心軸と導波路１２の端部とを一致させるように調整することが望ましい。

本発明の第１実施形態に係る光ファイバ送受信モジュールの概略断面図である。 本発明の第２実施形態を示す概略断面図である。 同上実施形態の他の例を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態を示す概略断面図である。 同上実施形態の他の例を示す概略断面図である。 本発明の第４実施形態を示す概略断面図である。 本発明の第５実施形態を示す概略断面図である。 本発明の第６実施形態を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係る光ファイバ送受信モジュールの製造方法を示す概略斜視図である。 同上の光ファイバ送受信モジュールの分解斜視図である。 同上の光ファイバ送受信モジュールの３面図である。 同上の製造方法における第１製造工程を示す斜視図である。 同上の製造方法における第２製造工程を示す斜視図である。 同上の製造方法における第３製造工程を示す斜視図である。 同上の製造方法における第４製造工程を示す斜視図である。 同上の製造方法における第５製造工程を示す斜視図である。 上記実施形態における微小タイル状素子の製造方法の第１工程を示す概略断面図である。 同上の製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 同上の製造方法の第３工程を示す概略断面図である。 同上の製造方法の第４工程を示す概略断面図である。 同上の製造方法の第５工程を示す概略断面図である。 同上の製造方法の第６工程を示す概略断面図である。 同上の製造方法の第７工程を示す概略断面図である。 同上の製造方法の第８工程を示す概略断面図である。 同上の製造方法の第９工程を示す概略断面図である。 同上の製造方法の第１１工程を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係る電子機器の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電子機器の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る電子機器の一例を示す図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…微小タイル状素子、１０…光ファイバ送受信モジュール、１１…ブロック、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…板状部材、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ…光導波路、１３…ガイド、１４…側面、２０…光ファイバ、２１…クラッド、３０…集積回路チップ、３１…バンプ、３２…受光手段

Claims (2)

1. 光導波路が設けられているとともに、前記光導波路の一方端面側に光ファイバ挿入用の凹形状のガイドが設けられているブロックと、
   前記ブロックに貼り付けられ、発光素子を有する複数の微小タイル状素子と、を有し、
   前記光導波路は複数の分岐路を有し、
   前記複数の微小タイル状素子の各々が、前記光導波路の前記複数の分岐路の各々の端面に対向するように配置されていることを特徴とする光ファイバ送受信モジュール。
2. 前記複数の微小タイル状素子の発光素子はそれぞれ発光波長が異なることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ送受信モジュール。
   

Images