JP2008090129A - 光モジュールの製造方法、及び、光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の光素子から出射した光を集光レンズで集光し、第２の光素子の光導波路に容易に且つ正確に位置合わせ出来る光モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】光モジュールの製造方法は、第２の光素子６を集光レンズを通過した光の光軸方向に移動させて、集光レンズを通過した光を第２の光素子６を位置合わせする第１ステップと、第２の光素子６を光軸と直交する面内で移動させて、集光レンズを通過した光の出射方向側から観察したときに集光レンズを通過した光の焦点のスポットが、第２の光素子６の頂面上に第２の光素子６の光導波路と整列して形成された突起部３５ａと、光軸と直交し且つ基台の主面に平行な方向で整列するように位置合わせする第２ステップと、第２の光素子６を基台の主面に垂直な方向に移動させて、集光レンズを通過した光が第２の光素子６の光導波路に光結合するように第２の光素子６を位置合わせする第３ステップと、第２の光素子６の位置を固定する第４ステップと、を順次に有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光モジュールの製造方法、及び、光素子に関し、更に詳しくは、第１の光素子から出射され集光レンズで集光された光を、第２の光素子の光導波路に位置合わせする光モジュールの製造方法、及び、そのような光モジュールの製造方法に好適な光素子に関する。

近年、インターネットの普及により、光通信システムの小型化が要請されている。光通信システムの小型化を実現する手段の一つとして、複数の光素子を集積した光モジュールが検討されている。光モジュールでは、例えばレーザダイオードなどの能動光素子と、光変調器、光スイッチ、波長変換器といった受動光素子とが一体的に集積され、複合的な機能が実現される。

複数の光素子を集積化する方法として、モノリシック型とハイブリッド型とがある。モノリシック型は、同一の半導体基板上に複数の導波路型光素子を一体的に形成したものであって、小型化の究極の姿であるものの、製造プロセスに制限が多く、個々の光素子の機能最適化が容易ではない。このため、製造工程の複雑化による、歩留まりの低下の問題がある。

一方、ハイブリッド型は、複数の光素子を別個に構成すると共に、集光レンズなどの光学素子を用いて複数の光素子を光結合するものである。ハイブリッド型は、部品点数が多くなるものの、個々の光素子の機能最適化が容易である。また、デザイン変更が容易であると共に、異なる材料で製造された光素子同士を集積できる等の利点を有する。

ところで、ハイブリッド型の光モジュールでは、充分な信号強度を得るためには、光素子同士を高い結合効率で光結合させることが重要である。光結合のためには、例えば能動光素子から出射され集光レンズで集光された光の焦点を、受動光素子の光導波路に正確に位置合わせし、光結合させることが必須である。

特許文献１、２は、従来の光結合方法を記載している。特許文献１は、レーザダイオードを保持する保持部材の形状を工夫することによって、レーザダイオードと光ファイバとの光結合を容易に行う旨を記載している。また、特許文献２は、端面発光型のレーザダイオードにおいて、レーザ発光部の近傍に、発光部の相対位置がわかるように溝を形成する旨を記載している。
特開２００３−４６１８４号公報 特開平７−５０４４９号公報

しかし、特許文献１には、能動光素子と受動光素子との光結合方法については記載がない。導波路型の受動光素子では一般に、端面において光導波路の位置を見分けることは困難であり、保持部材の工夫だけでは、集光レンズで集光された光の焦点を光素子の光導波路に正確に位置合わせすることは困難である。また、特許文献２に記載の溝は、１０μｍ程度の比較的大きなコア径を有するシングルモード光ファイバの端部を、上記レーザ発光部に直接に位置合わせするためのものであって、同文献には、能動光素子から出射され集光レンズで集光された光の焦点を、導波路型の受動光素子の、シングルモード光ファイバよりもサイズの小さい光導波路に位置合わせする方法については記載がない。

本発明は、上記に鑑み、第１の光素子から出射され集光レンズで集光された光を、第２の光素子の光導波路に容易に且つ正確に位置合わせ出来る光モジュールの製造方法、及び、そのような光モジュールの製造方法に好適な光素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る光モジュールの製造方法は、基台の主面上に第１の光素子を固定し、該第１の光素子が出射する光を集光する集光レンズに合わせて第２の光素子を位置決めし、第１の光素子が出射する光を第２の光素子の光導波路に入射させる、光モジュールの製造方法において、
前記第２の光素子を前記集光レンズを通過した光の光軸方向に移動させて、前記集光レンズを通過した光を前記第２の光素子の入射側端面に位置合わせする第１ステップと、
前記第２の光素子を光軸と直交する面内で移動させて、前記集光レンズを通過した光の出射方向側から観察したときに前記集光レンズを通過した光の焦点のスポットが、前記第２の光素子の頂面上に前記第２の光素子の光導波路と整列して形成された突起又は切欠きと、前記光軸と直交し且つ前記基台の主面に平行な方向で整列するように位置合わせする第２ステップと、
前記第２の光素子を前記基台の前記主面に垂直な方向に移動させて、前記集光レンズを通過した光が前記第２の光素子の光導波路に光結合するように前記第２の光素子を位置合わせする第３ステップと、
前記第２の光素子の位置を固定する第４ステップと、
を順次に有することを特徴とする。

また、本発明の光素子は、上記記載の方法に使用する光素子であって、
光軸と直交方向に光導波路と整列すると共に、頂面上に形成された突起又は切欠きを有することを特徴とする。

本発明に係る光モジュールの製造方法によれば、第１ステップから第３ステップまでの各ステップでは、第１の光素子から出射され集光レンズで集光された光を、第２の光素子の光導波路と整列して形成された突起又は溝に整列させ、その後前記光導波路に光結合するよう位置合せを行うので、集光レンズを経由する第１の光素子からの出射光を第２の光素子の光導波路に容易に且つ正確に位置合わせ出来る。

本発明に係る光モジュールの製造方法の好適な態様では、前記第１ステップでは、前記第２の光素子の入射側端面で散乱され、前記第２の光素子の入射側端面に沿う視軸を有するカメラに入射する散乱光の光量が最大になるように、前記第２の光素子を位置合わせする。これにより、集光レンズで集光された光の焦点を、第２の光素子の入射側端面に容易に位置合わせ出来る。

本発明に係る光モジュールの製造方法の好適な態様では、前記第３ステップにおいて、前記第２の光素子の光導波路に結合する光の光量が最大になるように、前記第２の光素子を位置合わせする。集光レンズで集光された光の焦点を、第２の光素子の光導波路に容易に位置合わせ出来る。

本発明に係る光モジュールの製造方法では、前記突起又は切欠きが、第２の光素子の頂面上で光軸方向に連続して形成されてもよく、或いは、第２の光素子の頂面上に、光入射側端面及び光出射側端面に近接してそれぞれ形成されてもよい。

本発明に係る光モジュールの製造方法では、第２の光素子が、マッハツェンダ（ＭＺ）型変調器や、ＬｉＮｂＯ_３（ＬＮ）変調器、など、半導体基板やガラス基板上に形成されるシングルモード受動光導波路を有する受動光導波路素子であってもよい。例えば、第１の光素子が発光素子であり、第２の光素子が光変調器であってもよい。これらの第２の光素子では、光導波路のサイズが小さく、また、入射側端面において光導波路の位置を見分けることが困難であるため、本発明の方法を用いることによって、第１の光素子と第２の光素子との集光レンズを介した光結合を容易に行うことが出来る。

本発明の光素子の好適な態様では、前記突起又は切欠きは、前記光導波路を透過する光の電界が到達しない位置に形成される。光導波路を伝搬する光が、光素子上の空気の屈折率の影響を受けないようにすることが出来る。

他の光素子から出射され集光レンズで集光された光を、光素子のシングルモード光導波路に容易に且つ正確に位置合わせ出来る方法については従来知られていなかった。従って、本発明の光素子は、そのような光素子に好適に適用できる。

以下に、添付図面を参照し、本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明方法が適用される光モジュールの構成を示す断面図である。光モジュール１００は、複数の光素子５，６、光素子５，６を光結合する光学部品７〜９、及び、光素子６と光ファイバ１２とを光結合する光学部品１０，１１とを備える。光素子５，６、及び、光学部品７〜１０は、パッケージ１の内部に収容されると共に、基台３上に配置されている。基台３は、温度調整器を構成するペルチェモジュール２上に搭載され、ペルチェモジュール２により、光素子５，６等から発生する熱が除去される。

光素子５，６には、レーザダイオード５、及び、マッハツェンダ（ＭＺ）型変調器６が含まれる。レーザダイオード５は、例えば分布帰還型レーザであり、所定波長のレーザ光を発生する能動導波路を有する。ＭＺ型変調器６は、マッハツェンダ（ＭＺ）型干渉導波路を有する受動光素子であり、レーザダイオード５と光ファイバ１２との間に配設されると共に、レーザダイオード５から入射したレーザ光を変調して光ファイバ１２に出射する。また、光モジュール１００は、レーザダイオード５の後端面から出射したレーザ光を受光し、その強度をモニタするフォトダイオード４を有している。

フォトダイオード４、レーザダイオード５、ＭＺ型変調器６、コリメートレンズ７、アイソレータ８、集光レンズ９、及び、コリメートレンズ１０は、それぞれ固定部材２１〜２６を介して基台３上に固定されている。ＭＺ型変調器６は、固定部材２５上にサブマウント部材２７を介して固定されている。光学部品１１は、集光レンズを構成し、光ファイバ１２と共にパッケージ１の外表面に固定されている。

図２は、図１のＭＺ型変調器６の形状を示す斜視図であり、図３は、ＭＺ型変調器内部の素子構成を示す透視図である。光はｚ方向に進行し、入射側端面及び出射側端面はそれぞれｘ−ｙ平面に平行である。ＭＺ型変調器６のＭＺ型干渉導波路（以下、単に光導波路と呼ぶ）は、半導体基板３０上に形成されている。光導波路は、入射側から、入射側導波路３４ａ、入射側のＭＭＩ（マルチモード干渉器）カプラ３１、一対のアーム３２、出射側のＭＭＩカプラ３１、及び、出射側導波路３４ｂを含み、一対のアーム３２は、入射側及び出射側のＭＭＩカプラ３１にそれぞれ接続している。一対のアーム３２のそれぞれに対応して駆動電極３３が形成されており、半導体基板３０の裏面には共通電極が形成されている。

光導波路は、上下のクラッド層及び両脇の埋込み層に囲まれ、それらの間の屈折率の違いによって光を導波し、光はそれらの間の界面で全反射しながら光導波路内部を透過するシングルモード光導波路である。入射側導波路３４ａから入射した光は、入射側のＭＭＩカプラ３１で分波され一対のアーム３２に導かれる。それぞれのアーム３２を透過した光は、出射側のＭＭＩカプラ３１で合波され出射側導波路３４ｂから出射する。一対の駆動電極３３を介して各アーム３２に印加する電界や電流の大きさを制御して、各アーム３２の光路長を変化させることにより、変調を行うことが出来る。

ＭＺ型変調器６には、その上面であって入射側端面及び出射側端面の近傍に、突起部３５ａ，３５ｂがそれぞれ形成されている。突起部３５ａ，３５ｂは、ｚ方向に細長い直方体形状を有し、対応する入射側導波路３４ａ又は出射側導波路３４ｂとｘ方向の位置が揃っている。また、その端面が、入射側端面又は出射側端面と連続している。なお、出射側端面の突起部３５ｂは形成しなくてもよいが、ＭＺ型変調器６では双方の側を入射側又は出射側として用いることが出来るようにするため、本実施形態では、双方の側に突起部３５ａ，３５ｂを形成している。また、突起部３５ａ，３５ｂは、入射側端面から出射側端面まで連続して形成されてもよい。

ＭＺ型変調器６は、全長が約２０００μｍ、全幅が約２５０μｍで、半導体基板３０の厚みは約１００μｍである。ｚ方向に沿ったアーム３２の長さは約１０００μｍ、ＭＭＩカプラ３１の長さは約１００μｍである。入射側導波路３４ａ及び出射側導波路３４ｂの幅は約２μｍで、厚みは約０．４μｍである。

突起部３５ａ，３５ｂの幅は約２μｍで、高さは約１〜２μｍである。突起部３５ａ，３５ｂの幅及び高さには制約は無いが、幅については、入射側導波路３４ａの幅と同程度とすると、入射光の位置合わせを容易に行うことが出来る。光導波路の上面から、突起部３５ａ，３５ｂを除くＭＺ型変調器６の上面までの距離は、２μｍである。この距離は、光導波路を伝搬する光が、ＭＺ型変調器６上の空気の屈折率の影響を受けない値に設定される。

図４は、図１のＭＺ型変調器６付近を拡大して示す斜視図である。固定部材２５は、基台３上に固定された基部４１と、基部４１の両端からｙ方向に起立する一対の起立壁４２とで構成されている。サブマウント部材２７は、金属製サブマウント４３と金属製サブマウント４３上の非金属製サブマウント４４とで構成され、金属製サブマウント４３は、一対の起立壁４２の間に挟持されている。金属製サブマウント４３及び固定部材２５は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などレーザ溶接に適した材料で構成されており、金属製サブマウント４３と起立壁４２との間、及び、基部４１と基台３との間は、符号４５，４６に示す部位で、ＹＡＧ溶接によってそれぞれ固定されている。

図５、６は、図１の光モジュール１００を製造する手順を示すフローチャートである。レーザダイオード５をはんだを用いて固定部材２２上に固定した後、この固定部材２２を、はんだを用いて、ＣｕＷなどの材料から成る基台３上に固定する（ステップＳ１１）。レーザダイオード５の固定には、Ａｕ−Ｓｎなどのはんだを、固定部材２２の固定には、レーザダイオード５の固定に用いたはんだと同じはんだか、それよりも融点が低いはんだを用いる。

引き続き、フォトダイオード４をはんだを用いて固定部材２１上に固定した後、この固定部材２１をはんだを用いて基台３上に固定する（ステップＳ１２）。フォトダイオード４の固定には、Ａｕ−Ｓｎなどのはんだを、固定部材２１の固定には、フォトダイオード４の固定に用いたはんだと同じはんだか、それよりも融点が低いはんだを用いる。

次いで、レーザダイオード５の出射側にコリメートレンズ７を配置し、レーザダイオード５を駆動した状態で、コリメートレンズ７の透過光が平行光となるようにカメラで観察しながらコリメートレンズ７を位置合わせする。引き続き、コリメートレンズ７を保持する固定部材２３をＹＡＧ溶接で固定する（ステップＳ１３）。固定部材２３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などレーザ溶接に適した材料から構成されている。

次いで、コリメートレンズ７の出射側にアイソレータ８を配置し、レーザダイオード５を駆動した状態で、コリメートレンズ７の透過光がアイソレータ８を透過するようにカメラで観察しながら位置合わせする。引き続き、アイソレータ８をＹＡＧ溶接で基台３上に固定する（ステップＳ１４）。

次いで、アイソレータ８の出射側に集光レンズ９を配置し、レーザダイオード５を駆動した状態で、集光レンズ９を位置合わせする。引き続き、集光レンズ９を保持する固定部材２４をＹＡＧ溶接で基台３上に固定する（ステップＳ１５）。固定部材２４は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などレーザ溶接に適した材料から構成されている。

非金属製サブマウント４４にＭＺ型変調器６を固定した後、これを金属製サブマウント４３に固定する。次いで、金属製サブマウント４３を固定部材の起立壁４２間に配置する。引き続き、図７に示す位置決めアーム４７でサブマウント部材２７を把持する。

位置決めアーム４７は、サブマウント部材２７を把持した状態で、ｘ方向、ｙ方向、及び、ｚ方向にそれぞれ移動することが出来る。位置決めアーム４７のｘ方向の移動に際しては、サブマウント部材２７及び固定部材２５が一体的に移動し、ｙ方向及びｚ方向の移動に際しては、固定部材２５を移動させずにサブマウント部材２７のみが起立壁４２間で移動する。ＭＺ型変調器６脇のサブマウント部材２７上には、サーミスタ４８が配設されている。

更に、レーザダイオード５を駆動した状態で、位置決めアーム４７を用いてＭＺ型変調器６をｘ方向、ｙ方向、及び、ｚ方向にそれぞれ移動させ、集光レンズ９で集光された光の焦点を、ＭＺ型変調器６の光導波路に位置合わせする（ステップＳ１６）。その後、ＭＺ型変調器６をＹＡＧ溶接で固定する（ステップＳ１７）。

ＭＺ型変調器６の出射側端面に、コリメートレンズ１０を配置した後、レーザダイオード５を駆動した状態で、コリメートレンズ１０を透過した光が平行光となるように位置合わせする。引き続き、コリメートレンズ１０を保持する固定部材２６をＹＡＧレーザ溶接で固定する（ステップＳ１８）。

Ｓｎ−Ｐｂなどのはんだを用いて、パッケージ１上にペルチェモジュール２を固定した後（ステップＳ１９）、ＩｎＰｂＡｇなどのはんだを用いて、ペルチェモジュール２上に基台３を固定する（ステップＳ２０）。ペルチェモジュール２をパッケージ１と配線した後（ステップＳ２１）、フォトダイオード４やレーザダイオード５などを、ワイヤボンディングによってパッケージ１と配線する（ステップＳ２２）。

ＭＺ型変調器６をパッケージ１と配線した後（ステップＳ２３）、蓋１４のシーム溶接によって、パッケージ１を封止する（ステップＳ２４）。パッケージ１のリードピンを介してレーザダイオード５を駆動した状態で、パッケージ１の窓１５に、集光レンズ１１及びフェルール１３によって支持された光ファイバ１２を、光結合効率が最大になるように位置合わせした後、これらを固定する（ステップＳ２５）

図８は、図５のステップＳ１６、Ｓ１７の手順を詳しく示すフローチャートである。図９（ａ）に示す光モジュール１００について、カメラを用いてＭＺ型変調器６の入射側端面Ａをｙ方向から観察する。レーザダイオード５を駆動させた状態で、位置決めアーム４７を用いてＭＺ型変調器６をｚ方向に移動させて、ＭＺ型変調器６の入射側端面Ａで散乱される光の強度が最大になる位置で、ＭＺ型変調器６を停止する（ステップＳ３１）。これによって、図９（ｂ）に示すように、集光レンズ９で集光されたレーザ光の焦点３６をＭＺ型変調器６の入射側端面Ａに位置合わせし、ＭＺ型変調器６のｚ方向の位置を粗調整する。

次いで、図１０に示すように、ｚ方向から入射側端面Ａを観察し、カメラ３９の焦点をＭＺ型変調器６の入射側端面Ａに合せる。

引き続き、ＭＺ型変調器６をｙ軸の負方向に移動させ、カメラ３９に表示される焦点３６の像（スポット）が明瞭になり光量が増加する位置、即ち、図１１（ａ）に示すように、焦点３６がＭＺ型変調器６上に僅かに移動した位置でＭＺ型変調器６を停止する（ステップＳ３２）。引き続き、ＭＺ型変調器６をｘ軸方向に移動させ、カメラ３９に表示される焦点３６のスポットが突起部３５ａと重なり光量が減少する位置、即ち、図１１（ｂ）に示すように、焦点３６が突起部３５ａと整合する位置でＭＺ型変調器６を停止する（ステップＳ３３）。これによって、集光レンズ９を通過した光が、光軸に垂直で且つ基台３の主面に平行な方向において整列される。即ち、ＭＺ型変調器６のｘ方向の位置が粗調整される。

次いで、図１０に示した配置のままで、カメラ３９の焦点をＭＺ型変調器６の出射側端面Ｂに合せる。引き続き、ＭＺ型変調器６をｙ軸方向に移動し、出射側端面Ｂの光導波路から光導波路の導波モードに対応した形状のレーザ光が観察される位置でＭＺ型変調器６を停止する（ステップＳ３４）。これによって、図１２に示すように、焦点３６を入射側端面における入射側導波路３４ａに合わせ、ＭＺ型変調器６のｙ方向の位置を粗調整することが出来る。

次いで、出射側端面Ｂの光導波路から出射されるレーザ光の強度が最大になるように、ＭＺ型変調器６のｘ方向及びｙ方向の位置を微調整する（ステップＳ３５）。更に、出射側端面Ｂの光導波路から出射される、光導波路の導波モードに対応した形状のレーザ光の強度が最大になるように、ＭＺ型変調器６のｚ方向の位置を微調整する（ステップＳ３６）。しかる後、図４に示したように、金属製サブマウント部材４３をＹＡＧ溶接で起立壁４２に固定し（ステップＳ３７）、固定部材２５をＹＡＧ溶接で基台３に固定する（ステップＳ３８）。ＹＡＧ溶接が可能な金属製サブマウント部材４３及び固定部材２５を用いることによって、ＭＺ型変調器６を正確に位置決め出来る。なお、ＹＡＧ溶接の部位及び回数に限定はない。

本実施形態によれば、ステップＳ３１〜Ｓ３４の各ステップにより、レーザダイオード５から出射され集光レンズ９で集光されたレーザ光の焦点３６を、ＭＺ型変調器６の光導波路の上部に形成された突起部３５ａに位置合わせした後、ＭＺ型変調器６を一次元的に（ｙ方向に）移動することにより、レーザダイオード５から出射され集光レンズ９で集光されたレーザ光をＭＺ型変調器６の光導波路に光結合させることが出来る。従って、レーザダイオード（第１の光素子）５とＭＺ型変調器（第２の光素子）６との光結合を容易に且つ正確に行うことが出来る。ステップＳ３２、Ｓ３３に際しては、ＭＺ型変調器６の入射側端面にカメラ３９の焦点を合せて焦点３６のスポットを観察することによって、焦点３６を正確に且つ容易に突起部３５ａに位置合わせすることが出来る。

図１３〜１７は、本発明に係る光モジュールの製造方法に使用する、図２のＭＺ型変調器６の製造方法の一例について、その手順を順次に示す平面図及び断面図である。図１３（ａ）〜図１７（ｊ）の各図において、左側の図はｙ方向から見た平面図であり、中央の図は、左側の図のＣ−Ｃ線に沿った断面図で、右側の図は、左側の図の入射側端面Ａ又は出射側端面Ｂの正面図である。

先ず、ＭＯＣＶＤ結晶成長装置を用い、ＩｎＰ半導体基板５１上に、ＩｎＰ下部クラッド層５２、ＩｎＧａＡｓＰ導波路形成層５３ａ、ＩｎＰ上部クラッド層５４、ＩｎＧａＡｓＰエッチングストップ層５５、及び、ＩｎＰ突起部形成層５６ａを順次に成長する（図１３（ａ））。全面にＳｉＮｘ膜を蒸着した後、フォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＮｘ膜上に、突起部に対応した平面形状を有するレジストパターンを形成する。更に、レジストパターンをＳｉＮｘ膜に転写し、ＳｉＮｘマスク５７を形成する（図１３（ｂ））。

引き続き、ＳｉＮｘマスク５７を用いたエッチングにより、突起部形成層５６ａをパターニングし、エッチングストップ層５５でエッチングを停止させる（図１４（ｃ））。全面にＩｎＧａＡｓコンタクト形成層５８ａを成長した後（図１４（ｄ））、全面にＳｉＮｘ膜５９ａを蒸着する（図１５（ｅ））。

フォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＮｘ膜５９ａ上に、光導波路に対応した平面形状を有するレジストパターンを形成した後、レジストパターンをＳｉＮｘ膜５９ａに転写し、ＳｉＮｘマスク５９を形成する。引き続き、ＳｉＮｘマスク５９を用いたドライエッチングにより、導波路形成層５３ａ下までパターニングし、光導波路５３及び突起部５６を形成する（図１５（ｆ））。ドライエッチングには、例えばＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチング装置を用いる。

光導波路５３脇をポリイミドなどの絶縁物質で埋め込んで埋込み層６０を形成した後、ＳｉＮｘマスク５９を除去する（図１６（ｇ））。埋込み層６０は、ポリイミド以外のポリマー、又は、Ｆｅ−ＩｎＰなどの絶縁性材料で構成してもよい。埋込み層６０には、光導波路５３よりも屈折率が低い材料を用いる。

全面にＳｉＮｘ膜を蒸着した後、フォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＮｘ膜上に、コンタクト層が必要なアーム上の部分に対応した平面形状を有するレジストパターンを形成する。レジストパターンをＳｉＮｘ膜に転写してＳｉＮｘマスク６１を形成した後、ＳｉＮｘマスク６１を用いたエッチングによって、コンタクト層が不要な部分のコンタクト形成層５８ａを除去する（図１６（ｈ））。

ＳｉＮｘマスク６１を除去した後、全面にＳｉＮｘ膜６２を蒸着する。引き続き、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＮｘ膜６２上にレジストパターンを形成する。更に、レジストパターンをＳｉＮｘ膜６２に転写し、駆動電極が必要な部分のＳｉＮｘ膜６２を除去する。全面に導電材料を貼付した後、リフトオフ法によって、レジストパターン上に塗布された導電材料を選択的に除去して、駆動電極６３を形成する（図１７（ｉ））。

半導体基板５１の裏面を研磨した後、半導体基板５１の裏面に共通電極６４を形成する（図１７（ｊ））ことによって、突起部５６を有するＭＺ型変調器を製造できる。フォトリソグラフィ技術を用いることによって、突起部５６を光導波路５３に対応した位置に正確に形成できる。

図１８は、本発明の第２実施形態に係る光モジュールの製造方法に使用されるＭＺ型変調器の構成を示す斜視図である。ＭＺ型変調器３７には、図２に示したＭＺ型変調器６におけるような突起部３５ａ，３５ｂが形成されておらず、入射側端面及び出射側端面のそれぞれの付近に、ｚ方向に細長く切り欠いた溝部３８ａ，３８ｂがそれぞれ形成されている。溝部３８ａ，３８ｂは、ｚ方向に細長い直方体形状に切り欠かれた部分であって、対応する入射側導波路３４ａ又は出射側導波路３４ｂとｘ方向の位置が揃っている。

溝部３８ａ，３８ｂの幅は約２μｍで、深さは約１〜２μｍである。溝部３８ａ，３８ｂの幅及び深さには制約は無いが、幅については、入射側導波路３４ａの幅と同程度とすると、入射光の位置合わせを容易に行うことが出来る。また、光導波路を伝搬する光が、ＭＺ型変調器３７上の空気の屈折率の影響を受けないように、光導波路の上面から溝部３８ａ，３８ｂの底面までの距離は２μｍに設定されている。

図１９は、第２実施形態に係る光モジュールの製造方法について、図８に対応する手順を示すフローチャートである。ステップＳ３２に際して、ＭＺ型変調器３７をｙ軸の負方向に移動させ、カメラ３９に表示される焦点３６のスポットが明瞭になり光量が増加する位置の手前、即ち、図２０（ａ）に示すように、焦点３６がＭＺ型変調器３７の上面から僅かに下方となる位置でＭＺ型変調器３７を停止する。ステップＳ３３に際して、ＭＺ型変調器３７をｘ軸方向に移動し、ＭＺ型変調器３７の中央付近でカメラ３９に表示される焦点３６のスポットが明瞭になり光量が増加する位置、即ち、図２０（ｂ）に示すように、レーザ光の焦点３６と溝部３８ａとが整合する位置でＭＺ型変調器３７を停止する。これによって、集光レンズ９を通過した光が、光軸に垂直で且つ基台３の主面に平行な方向において整列される。即ち、ＭＺ型変調器３７のｘ方向の位置が粗調整される。

ステップＳ３４に際して、第１実施形態と同様に、ＭＺ型変調器３７をｙ軸方向に移動し、出射側端面の光導波路から導波モードに対応した形状のレーザ光が観察される位置でＭＺ型変調器３７を停止する。これによって、図２１に示すように、レーザ光の焦点３６を入射側端面における入射側導波路３４ａに合わせ、ＭＺ型変調器３７のｙ方向の位置を粗調整することが出来る。

本実施形態に係る光モジュールの製造方法によれば、レーザダイオード５から出射され集光レンズ９で集光されたレーザ光の焦点３６を溝部３８ａに位置合わせした後、ＭＺ型変調器３７を１次元的に（ｙ方向に）移動するだけでＭＺ型変調器３７の光導波路に位置合わせ出来る。従って、レーザダイオード（第１の光素子）５とＭＺ型変調器（第２の光素子）３７との光結合を容易に且つ正確に行うことが出来る。

なお、図１８では、直方体形状に切り欠かれた溝部３８ａ，３８ｂについて示したが、溝部３８ａ，３８ｂの形状はこれに限定されず、例えばＶ字状の断面を有しても構わない。

図２２〜２６は、断面が略Ｖ字状の溝部を有するＭＺ型変調器３７の製造方法の一例について、その手順を順次に示す平面図及び断面図である。図２２（ａ）〜図２６（ｊ）の各図において、左側の図はｙ方向から見た平面図であり、中央の図は、左側の図のＣ−Ｃ線に沿った断面図で、右側の図は、左側の図の入射側端面Ａ又は出射側端面Ｂの正面図である。

先ず、ＭＯＣＶＤ結晶成長装置を用い、ＩｎＰ半導体基板５１上に、ＩｎＰ下部クラッド層５２、ＩｎＧａＡｓＰ導波路形成層５３ａ、ＩｎＰ上部クラッド層５４、ＩｎＧａＡｓＰエッチングストップ層５５、及び、ＩｎＰ溝部形成層７１ａを順次に成長する（図２２（ａ））。全面にＳｉＮｘ膜を蒸着した後、フォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＮｘ膜上に、溝部付近を露出させる平面形状を有するレジストパターンを形成する。更に、レジストパターンをＳｉＮｘ膜に転写し、ＳｉＮｘマスク７２を形成する（図２２（ｂ））。

引き続き、ＳｉＮｘマスク７２を用いたエッチングにより、溝部形成層７１ａをパターニングし、エッチングストップ層５５でエッチングを停止させる。ＳｉＮｘマスク７２を除去した後（図２３（ｃ））、全面にＩｎＧａＡｓコンタクト形成層５８ａを成長する（図２３（ｄ））。

全面にＳｉＮｘ膜を蒸着した後、フォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＮｘ膜上に、コンタクト層が必要なアーム上の部分に対応した平面形状を有するレジストパターンを形成する。レジストパターンをＳｉＮｘ膜に転写してＳｉＮｘマスク７３を形成した後、ＳｉＮｘマスク７３を用いたエッチングによって、コンタクト層が不要な部分のコンタクト形成層５８ａを除去する（図２４（ｅ））。更に、ＳｉＮｘマスク７３を除去する。

全面にＳｉＮｘ膜７４ａを蒸着した後（図２４（ｆ））、フォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＮｘ膜７４ａ上に、光導波路に対応した平面形状を有するレジストパターンを形成する。レジストパターンをＳｉＮｘ膜７４ａに転写し、ＳｉＮｘマスク７４を形成する。引き続き、ＳｉＮｘマスク７４を用いたドライエッチングにより、導波路形成層５３ａ下までパターニングし、光導波路５３を形成する（図２５（ｇ））。ドライエッチングには、例えばＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）ドライエッチング装置を用いる。

引き続き、光導波路５３脇をポリイミドなどの絶縁物質で埋め込んで埋込み層６０を形成する（図２５（ｈ））。埋込み層６０の形成に際しては、入射側端面Ａ又は出射側端面Ｂの近傍では、ｘ方向の中央部と周縁部との間の段差によって、ｘ方向の中央付近に向かって窪んだ形状に形成される。

ＳｉＮｘマスク７４を除去した後、全面にＳｉＮｘ膜６２を蒸着する。入射側端面Ａ及び出射側端面Ｂの近傍では、ｘ方向の中央付近に向かって窪む溝部７１が形成される。引き続き、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＮｘ膜６２上にレジストパターンを形成する。更に、レジストパターンをＳｉＮｘ膜６２に転写し、駆動電極が必要な部分のＳｉＮｘ膜６２を除去する。全面に導電材料を貼付した後、リフトオフ法によって、レジストパターン上に塗布された導電材料を選択的に除去して、駆動電極６３を形成する（図２６（ｉ））。

半導体基板５１の裏面を研磨した後、半導体基板５１の裏面に共通電極６４を形成する（図２６（ｊ））ことによって、溝部７１を有するＭＺ型変調器を製造できる。フォトリソグラフィ技術を用いることによって、溝部７１を光導波路５３に対応した位置に正確に形成できる。

なお、上記第１、第２実施形態において、ＭＺ型変調器６、３７が光増幅器、波長変換器、光スイッチ、ＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）、又は、リング共振器などの他の導波路型光素子に置き換わっても、上記第１、第２実施形態に係る光モジュールの製造方法を用いることによって、光結合を容易で且つ正確に行うことが出来る。レーザダイオード５も、分布帰還型レーザ以外のレーザであっても構わない。

また、図１３〜１７、２２〜２６では、突起部５６、又は、溝部形成層７１ａには、半導体基板５１と同じ材料を用いたが、異なる材料を用いても構わない。この場合、厚膜化が容易で、且つ、レーザ光を透過しない材料が好ましい。そのような材料として、例えばＡｕを蒸着した後、不要な部分を除去することで、突起部５６や溝部７１を形成してもよい。更に、メサ構造と埋込み層６０とを反射率や透過率が大きく異なる材料で構成することによって、焦点３６の位置合わせに際して、突起部５６や溝部７１に代えて、メサ構造に位置合わせしてもよい。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明に係る光モジュールの製造方法、及び、光素子は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。

本発明方法が適用される光モジュールの構成を示す断面図である。 図１のＭＺ型変調器の構成を示す斜視図である。 図１のＭＺ型変調器内部の素子構成を示す透視図である。 図１のＭＺ型変調器付近を拡大して示す斜視図である。 図１の光モジュールを製造する手順を示すフローチャートである。 図５に後続する手順を示すフローチャートである。 図１のサブマウント部材を位置決めアームで保持した状態を示す斜視図である。 図５のステップＳ１６，Ｓ１７の手順を詳細に示すフローチャートである。 図９（ａ）は、図１の光モジュールをｙ方向から見た平面図であり、図９（ｂ）は、図８のステップＳ３１における図９（ａ）の部分ｂを拡大して示す平面図である。 図８のステップＳ３２〜３６における光モジュールとカメラとの位置関係を示す断面図である。 図１１（ａ）は、図８のステップＳ３２におけるＭＺ型変調器の入射側端面の上部付近を拡大して示す正面図であり、図１１（ｂ）は、図８のステップＳ３３におけるＭＺ型変調器の入射側端面の上部付近を拡大して示す正面図である。 図８のステップＳ３４におけるＭＺ型変調器の入射側端面の上部付近を拡大して示す正面図である。 図１３（ａ）、（ｂ）は、図２のＭＺ型変調器を製造する手順を順次に示す平面図及び断面図である。 図１４（ｃ）、（ｄ）は、図１３に後続する手順を順次に示す平面図及び断面図である。 図１５（ｅ）、（ｆ）は、図１４に後続する手順を順次に示す平面図及び断面図である。 図１６（ｇ）、（ｈ）は、図１５に後続する手順を順次に示す平面図及び断面図である。 図１７（ｉ）、（ｊ）は、図１６に後続する手順を順次に示す平面図及び断面図である。 本発明の第２実施形態に係る光モジュールの製造方法に使用される光モジュールについて、ＭＺ型変調器の構成を示す斜視図である。 第２実施形態の光モジュールの製造方法について、図８に対応する手順を示すフローチャートである。 図２０（ａ）は、図１９のステップＳ３２におけるＭＺ型変調器の入射側端面の上部付近を拡大して示す正面図であり、図２０（ｂ）は、図１９のステップＳ３３におけるＭＺ型変調器の入射側端面の上部付近を拡大して示す正面図である。 図１９のステップＳ３４におけるＭＺ型変調器の入射側端面の上部付近を拡大して示す正面図である。 図２２（ａ）、（ｂ）は、断面が略Ｖ字状の溝部を有するＭＺ型変調器を製造する手順を順次に示す平面図及び断面図である。 図２３（ｃ）、（ｄ）は、図２２に後続する手順を順次に示す平面図及び断面図である。 図２４（ｅ）、（ｆ）は、図２３に後続する手順を順次に示す平面図及び断面図である。 図２５（ｇ）、（ｈ）は、図２４に後続する手順を順次に示す平面図及び断面図である。 図２６（ｉ）、（ｊ）は、図２５に後続する手順を順次に示す平面図及び断面図である。

符号の説明

１：パッケージ
２：ペルチェモジュール
３：基台
４：フォトダイオード
５：レーザダイオード
６：ＭＺ型変調器
７：コリメートレンズ
８：アイソレータ
９：集光レンズ
１０：コリメートレンズ
１１：集光レンズ
１２：光ファイバ
１３：フェルール
１４：蓋
１５：窓
２１：固定部材
２２：固定部材
２３：固定部材
２４：固定部材
２５：固定部材
２６：固定部材
２７：サブマウント部材
３０：半導体基板
３１：ＭＭＩカプラ
３２：アーム
３３：駆動電極
３４ａ：入射側導波路
３４ｂ：出射側導波路
３５：突起部
３５ａ：（入射側の）突起部
３５ｂ：（出射側の）突起部
３６：焦点
３７：ＭＺ型変調器
３８：溝部
３８ａ：（入射側の）溝部
３８ｂ：（出射側の）溝部
３９：カメラ
４１：基部
４２：起立壁
４３：金属製サブマウント
４４：非金属製サブマウント
４５：溶接部位
４６：溶接部位
４７：位置決めアーム
４８：サーミスタ
５１：半導体基板
５２：下部クラッド層
５３：光導波路
５３ａ：導波路形成層
５４：上部クラッド層
５５：エッチングストップ層
５６：突起部
５６ａ：突起部形成層
５７：ＳｉＮｘマスク
５８：コンタクト層
５８ａ：コンタクト形成層
５９：ＳｉＮｘマスク
６０：埋込み層
６１：ＳｉＮｘマスク
６２：ＳｉＮｘ膜
６３：駆動電極
６４：共通電極
７１：溝部
７１ａ：溝部形成層
７２：ＳｉＮｘマスク
７３：ＳｉＮｘマスク
７４：ＳｉＮｘマスク
７４ａ：ＳｉＮｘ膜
１００：光モジュール

Claims (10)

1. 基台の主面上に第１の光素子を固定し、該第１の光素子が出射する光を集光する集光レンズに合わせて第２の光素子を位置決めし、第１の光素子が出射する光を第２の光素子の光導波路に入射させる、光モジュールの製造方法において、
   前記第２の光素子を前記集光レンズを通過した光の光軸方向に移動させて、前記集光レンズを通過した光を前記第２の光素子の入射側端面に位置合わせする第１ステップと、
   前記第２の光素子を光軸と直交する面内で移動させて、前記集光レンズを通過した光の出射方向側から観察したときに前記集光レンズを通過した光の焦点のスポットが、前記第２の光素子の頂面上に前記第２の光素子の光導波路と整列して形成された突起又は切欠きと、前記光軸と直交し且つ前記基台の主面に平行な方向で整列するように位置合わせする第２ステップと、
   前記第２の光素子を前記基台の前記主面に垂直な方向に移動させて、前記集光レンズを通過した光が前記第２の光素子の光導波路に光結合するように前記第２の光素子を位置合わせする第３ステップと、
   前記第２の光素子の位置を固定する第４ステップと、
   を順次に有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
2. 前記第１ステップでは、前記第２の光素子の入射側端面で散乱され、前記第２の光素子の入射側端面に沿う視軸を有するカメラに入射する散乱光の光量が最大になるように、前記第２の光素子を位置合わせする、請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
3. 前記第３ステップでは、前記第２の光素子の光導波路に結合する光の光量が最大になるように、前記第２の光素子を位置合わせする、請求項１又は２に記載の光モジュールの製造方法。
4. 前記突起又は切欠きが、前記第２の光素子の頂面上で光軸方向に連続して形成される、請求項１〜３の何れか一に記載の光モジュールの製造方法。
5. 前記突起又は切欠きが、前記第２の光素子の頂面上に、光入射側端面及び光出射側端面に近接してそれぞれ形成される、請求項１〜３の何れか一に記載の光モジュールの製造方法。
6. 前記第２の光素子が受動光導波路素子である、請求項１〜５の何れか一に記載の光モジュールの製造方法。
7. 前記第１の光素子が発光素子であり、前記第２の光素子が光変調器である、請求項１〜５の何れか一に記載の光モジュールの製造方法。
8. 請求項１に記載の方法に使用する光素子であって、
   光軸と直交方向に光導波路と整列すると共に、頂面上に形成された突起又は切欠きを有することを特徴とする光素子。
9. 前記突起又は切欠きは、前記光導波路を透過する光の電界が到達しない位置に形成される、請求項８に記載の光素子。
10. 前記光導波路は、シングルモード光導波路である、請求項８又は９に記載の光素子。

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