JP2008102283A - Optical waveguide, optical module and method of manufacturing optical waveguide - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コアとクラッドを有した導波路部の端面を傾斜させて、コアに対して垂直方向から光の入出射が行われる反射面を備えた光導波路、この光導波路を備えた光モジュール及びこの光導波路の製造方法に関する。詳しくは、導波路部を支持する支持基板を備え、支持基板は、反射面に露出したコア端面と対向する位置を開口して実装凹部を備えることで、反射面を介してコアと光学的に結合される光素子を実装するための空間を、光導波路側に形成できるようにしたものである。 The present invention relates to an optical waveguide having a reflection surface on which light is incident / exited in a direction perpendicular to the core by tilting an end face of a waveguide portion having a core and a clad, and an optical module including the optical waveguide And a method of manufacturing the optical waveguide. Specifically, a support substrate for supporting the waveguide portion is provided, and the support substrate is provided with a mounting recess by opening a position opposite to the core end surface exposed to the reflection surface, so that it optically communicates with the core via the reflection surface. A space for mounting the optical elements to be coupled can be formed on the optical waveguide side.
従来より、電子機器内のボード間、チップ間等の情報伝達は電気信号により行われてきたが、更に超高速、大容量の情報伝送を実現するために、光配線技術が注目されており、光導波路を利用した光モジュールが提案されている。 Conventionally, information transmission between boards in electronic devices, between chips, etc. has been performed by electrical signals, but optical wiring technology has attracted attention in order to realize ultra high speed, large capacity information transmission, An optical module using an optical waveguide has been proposed.
導波路型の光モジュールでは、電気信号を光信号に変換して出力する発光素子や、受光した光信号を電気信号に変換する受光素子が備えられ、光導波路と光素子が光学的に結合されている。 A waveguide-type optical module includes a light-emitting element that converts an electrical signal into an optical signal and outputs it, and a light-receiving element that converts a received optical signal into an electrical signal, and the optical waveguide and the optical element are optically coupled. ing.
光素子の中で、面型の光素子は製作プロセスが端面型のものに比較して容易であることや表面実装に向いていること等から、端面型のものに比較して低コスト化に対して有利である。特に面発光型半導体レーザ素子(VCSEL)は、高速で直接変調が可能であるというメリットもあり、低コストな光モジュール用のデバイスとして非常に有望であり、面型の光素子を使用した低コストな光モジュールが求められている。 Among the optical elements, the surface type optical element is easier to manufacture than the end face type and suitable for surface mounting. This is advantageous. In particular, a surface emitting semiconductor laser element (VCSEL) has a merit of being capable of direct modulation at high speed, and is very promising as a device for a low-cost optical module. Optical modules are demanded.
従来、光導波路と面型光素子の結合構造としては、基板表面に面型の発光素子を実装し、同じ基板のガイド溝に光導波路を実装すると共に、発光素子から基板に対して略垂直方向に出射した光を、基板に対して水平方向に光を導波する光導波路に入射するため、発光素子の上部に光路変換部を実装した形態の光モジュールが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a coupling structure of an optical waveguide and a planar optical element, a planar light emitting element is mounted on a substrate surface, an optical waveguide is mounted on a guide groove of the same substrate, and the light emitting element is substantially perpendicular to the substrate. In order to make the light emitted to the light incident on the optical waveguide that guides the light in the horizontal direction with respect to the substrate, an optical module in which an optical path conversion unit is mounted on the top of the light emitting element has been proposed (for example, Patent Documents) 1).
また、光導波路の端面に45度の反射面を形成して、導波路内で光路変換を行うことで、光路変換部を不用とした光モジュールも提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In addition, an optical module that does not use an optical path conversion unit by forming a reflection surface of 45 degrees on the end surface of the optical waveguide and performing optical path conversion in the waveguide has been proposed (see, for example, Patent Document 2). .
光路変換部を別部品とした光モジュールでは、位置合わせが必要な部品点数が多くなることから、結合効率が低下する。また、位置合わせが必要な部品点数が多いことで、組み立て工程が複雑になる。 In an optical module in which the optical path conversion unit is a separate component, the number of components that need to be aligned increases, so the coupling efficiency decreases. In addition, the assembly process is complicated due to the large number of parts that need to be aligned.
これに対して、導波路端面に45度の反射面を形成して、導波路内で光路変換を行う光導波路を用いることで、別部品での光路変換部は不要となる。但し、光導波路に対して略垂直方向から光を入出射するため、光導波路の上面側または下面側に光素子を配置する構成とする必要がある。 On the other hand, by using a light guide that forms a reflection surface of 45 degrees on the end face of the waveguide and performs optical path conversion in the waveguide, an optical path conversion unit as a separate component becomes unnecessary. However, since light enters and exits from a direction substantially perpendicular to the optical waveguide, it is necessary to have a configuration in which an optical element is disposed on the upper surface side or the lower surface side of the optical waveguide.
光導波路の上面側に光素子を配置する構成では、例えば、光素子を所定の高さを有するはんだバンプを介して基板に実装している。しかし、このような実装形態では、光素子と光導波路の精密な位置合わせが困難で、結合効率が低下する。また、光素子から発生した熱が主に空間に伝達され、基板に熱を伝達する構成に比べると、十分な放熱が行えなくなる。 In the configuration in which the optical element is disposed on the upper surface side of the optical waveguide, for example, the optical element is mounted on the substrate via solder bumps having a predetermined height. However, in such a mounting form, it is difficult to precisely position the optical element and the optical waveguide, and the coupling efficiency is lowered. Further, heat generated from the optical element is mainly transmitted to the space, and sufficient heat dissipation cannot be performed as compared with a configuration in which heat is transmitted to the substrate.
これに対して、光導波路の下面に光素子を配置する構成では、光素子を基板に実装できるため、放熱に関しては有利になるが、光導波路の下面の基板に、光素子が入る凹部を形成する必要があり、通常の電気回路基板を使用することができないので、コストが高くなる。 On the other hand, in the configuration in which the optical element is arranged on the lower surface of the optical waveguide, the optical element can be mounted on the substrate, which is advantageous in terms of heat dissipation. It is necessary to do this, and a normal electric circuit board cannot be used, which increases the cost.
また、光導波路と別体のサブマウントで光導波路を支持する構成とすると、光素子を実装する基板に凹部は不用となるが、部品点数が増加するので、各部品の寸法精度の誤差分が加算され、結合効率が低下する。 If the optical waveguide is supported by a submount that is separate from the optical waveguide, the concave portion is unnecessary on the substrate on which the optical element is mounted, but the number of parts increases, so the error in dimensional accuracy of each part is reduced. Addition reduces the coupling efficiency.
更に、光導波路を厚くして、光素子が入る凹部を一体に形成する構成とすると、光導波路の高さ方向の寸法のコントロールが困難になり、光素子と入出射面とのギャップが一定に制御できず、結合効率が低下する。 Furthermore, if the optical waveguide is made thick and the concave portion into which the optical element is inserted is formed integrally, it becomes difficult to control the height dimension of the optical waveguide, and the gap between the optical element and the incident / exit surface is made constant. It cannot be controlled and the coupling efficiency decreases.
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、簡単な構成で面型の光素子と光結合が可能な光導波路、この光導波路を備えた光モジュール及び光導波路の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an optical waveguide that can be optically coupled to a planar optical element with a simple configuration, an optical module including the optical waveguide, and a method of manufacturing the optical waveguide The purpose is to provide.
上述した課題を解決するため、本発明の光導波路は、コアとクラッドを有する導波路部と、導波路部を支持する支持基板とを備えた光導波路において、導波路部は、コアの伸びる方向に沿った一方の端面を所定の角度に傾斜させて、コアのコア端面を露出させた反射面を備えると共に、支持基板は、反射面に露出したコア端面と対向する位置を開口して実装凹部を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an optical waveguide according to the present invention is an optical waveguide that includes a waveguide portion having a core and a cladding, and a support substrate that supports the waveguide portion. In addition, the support substrate is provided with a reflective surface in which one end surface along the surface is inclined at a predetermined angle so as to expose the core end surface of the core, and the support substrate is opened at a position facing the core end surface exposed on the reflective surface. It is provided with.
本発明の光導波路では、コア端面を露出させた反射面で光を所定の方向に反射することで、光路が変換されてコアの伸びる方向に対して略垂直方向から光が入出射される。 In the optical waveguide of the present invention, the light is reflected in a predetermined direction by the reflecting surface with the end face of the core exposed, so that the light path is converted and light enters and exits from a direction substantially perpendicular to the direction in which the core extends.
これにより、光導波路の導波路部は、反射面に対向した面が光の入出射面となり、導波路部を支持する支持基板に形成された実装凹部に、コア端面と対向した位置の入出射面が露出する。 As a result, the waveguide portion of the optical waveguide is a light incident / exit surface that faces the reflecting surface, and the mounting recess formed on the support substrate that supports the waveguide portion enters / exits the position facing the core end surface. The surface is exposed.
従って、光路を変換するための反射面を介してコアと光学的に結合される光素子を、実装凹部に実装することで、光導波路と光素子の光結合が可能となる。 Therefore, the optical waveguide and the optical element can be optically coupled by mounting the optical element optically coupled to the core via the reflecting surface for converting the optical path in the mounting recess.
本発明の光モジュールは、コアとクラッドを有した導波路部が支持基板に支持された光導波路と、コアと結合する光素子と、光導波路及び光素子が実装される実装基板とを備え、光導波路は、コアの伸びる方向に沿った導波路部の一方の端面を所定の角度に傾斜させて、コアのコア端面を露出させた反射面を備えると共に、反射面に露出したコア端面と対向する位置の支持基板を開口して、実装基板に実装された光素子が入る実装凹部を備えたことを特徴とする。 An optical module of the present invention includes an optical waveguide in which a waveguide portion having a core and a cladding is supported by a support substrate, an optical element coupled to the core, and a mounting substrate on which the optical waveguide and the optical element are mounted, The optical waveguide includes a reflection surface in which one end surface of the waveguide portion along the direction in which the core extends is inclined at a predetermined angle to expose the core end surface of the core, and is opposed to the core end surface exposed on the reflection surface. The mounting substrate is provided with a mounting recess into which an optical element mounted on the mounting substrate is inserted.
本発明の光モジュールでは、光導波路は、コア端面を露出させた反射面で光を所定の方向に反射することで、光路が変換されてコアの伸びる方向に対して略垂直方向から光が入出射される。 In the optical module of the present invention, the optical waveguide reflects light in a predetermined direction on the reflection surface with the end surface of the core exposed, so that light enters the optical path from a direction substantially perpendicular to the direction in which the core extends. Emitted.
これにより、光導波路の導波路部は、反射面に対向した面が光の入出射面となり、導波路部を支持する支持基板に形成された実装凹部に、コア端面と対向した位置の入出射面が露出する。 As a result, the waveguide portion of the optical waveguide is a light incident / exit surface that faces the reflecting surface, and the mounting recess formed on the support substrate that supports the waveguide portion enters / exits the position facing the core end surface. The surface is exposed.
従って、平板状の実装基板に面型の光素子を実装し、光素子に実装凹部の位置を合わせて実装基板に光導波路を実装することで、光導波路の実装凹部内に光素子が実装されて、光素子は、光路を変換するための反射面を介してコアと光学的に結合される。 Therefore, an optical element is mounted in the mounting recess of the optical waveguide by mounting the surface type optical element on the flat mounting substrate, aligning the mounting recess with the optical element, and mounting the optical waveguide on the mounting substrate. Thus, the optical element is optically coupled to the core through a reflecting surface for converting the optical path.
本発明の光導波路の製造方法は、支持基板の所定の位置をエッチングにより開口して実装凹部を形成する工程と、支持基板の一の面に、光が伝搬されるコアを構成するコア層とコアを覆うクラッドを構成するクラッド層を積層して、支持基板と一体に導波路部を形成する工程と、実装凹部上の導波路部に、実装凹部と対向してコアのコア端面が露出し、所定の角度に傾斜した反射面を形成する工程とを行うことを特徴とする。 The optical waveguide manufacturing method of the present invention includes a step of opening a predetermined position of a support substrate by etching to form a mounting recess, and a core layer constituting a core through which light is propagated on one surface of the support substrate; A step of forming a waveguide part integrally with the support substrate by laminating a clad layer that constitutes a clad covering the core, and a core end face of the core is exposed to the waveguide part on the mounting concave part facing the mounting concave part. And a step of forming a reflecting surface inclined at a predetermined angle.
本発明の光導波路の製造方法では、支持基板の所定の位置をエッチングにより開口して実装凹部を形成した後、支持基板の一の面に、光が伝搬されるコアを構成するコア層とコアを覆うクラッドを構成するクラッド層を積層して、支持基板と一体に導波路部を形成する。または、支持基板の一の面に、光が伝搬されるコアを構成するコア層とコアを覆うクラッドを構成するクラッド層を積層して、支持基板と一体に導波路部を形成した後、支持基板の他の面の所定の位置を、エッチングにより開口して実装凹部を形成する。 In the method of manufacturing an optical waveguide according to the present invention, a core layer and a core constituting a core through which light is propagated are formed on one surface of the support substrate after opening a predetermined portion of the support substrate by etching to form a mounting recess. A clad layer constituting a clad covering the substrate is laminated, and a waveguide portion is formed integrally with the support substrate. Alternatively, the waveguide layer is formed integrally with the support substrate by laminating the core layer that constitutes the core through which light is propagated and the clad layer that constitutes the cladding that covers the core on one surface of the support substrate, and then supports A mounting recess is formed by opening a predetermined position on the other surface of the substrate by etching.
そして、支持基板に支持された導波路部に、実装凹部と対向してコアのコア端面が露出し、所定の角度に傾斜した反射面を形成する。 Then, the core end surface of the core is exposed in the waveguide portion supported by the support substrate so as to face the mounting recess, and a reflection surface inclined at a predetermined angle is formed.
本発明の光導波路によれば、光路を変換するための反射面と、反射面を介してコアと光学的に結合される光素子を実装するための実装凹部を備えることができ、面型の光素子との光結合が簡単な構成で実現できる。 According to the optical waveguide of the present invention, a reflection surface for converting the optical path and a mounting recess for mounting an optical element optically coupled to the core through the reflection surface can be provided. Optical coupling with the optical element can be realized with a simple configuration.
本発明の光モジュールによれば、このような光導波路を備えることで、平板状の基板に面型の光素子と光導波路を実装して、光素子と光導波路を光結合することができる。これにより、光素子と光導波路の実装に一般的な電気回路基板を用いることができ、低コスト化が可能である。 According to the optical module of the present invention, by providing such an optical waveguide, a planar optical element and an optical waveguide can be mounted on a flat substrate, and the optical element and the optical waveguide can be optically coupled. Accordingly, a general electric circuit board can be used for mounting the optical element and the optical waveguide, and the cost can be reduced.
本発明の光導波路の製造方法によれば、導波路部を支持基板で支持すると共に、光路を変換するための反射面を導波路部に形成し、反射面を介してコアと光学的に結合される光素子を実装するための実装凹部を支持基板に形成することができ、高精度な光導波路を提供できる。 According to the optical waveguide manufacturing method of the present invention, the waveguide portion is supported by the support substrate, and the reflection surface for converting the optical path is formed on the waveguide portion, and optically coupled to the core via the reflection surface. A mounting recess for mounting the optical element to be mounted can be formed on the support substrate, and a highly accurate optical waveguide can be provided.
従って、本発明によれば、高精度でかつ低コストな光モジュールを実現可能となる。 Therefore, according to the present invention, an optical module with high accuracy and low cost can be realized.
以下、図面を参照して本発明の光導波路、光モジュール及び光導波路の製造方法の実施の形態について説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an optical waveguide, an optical module, and an optical waveguide manufacturing method of the present invention will be described with reference to the drawings.
<第1の実施の形態の光導波路及び光モジュールの構成例>
図1及び図2は、第1の実施の形態の光導波路を備えた光モジュールの一例を示す構成図で、図1は、第1の実施の形態の光モジュール1Aの平面図、図2(a)は、図1に示す光モジュール1AのA−A断面図、図2(b)は、図1に示す光モジュール1AのB−B断面図である。
<Configuration Example of Optical Waveguide and Optical Module of First Embodiment>
1 and 2 are configuration diagrams illustrating an example of an optical module including the optical waveguide according to the first embodiment. FIG. 1 is a plan view of the optical module 1A according to the first embodiment, and FIG. a) is an AA cross-sectional view of the optical module 1A shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a BB cross-sectional view of the optical module 1A shown in FIG.
第1の実施の形態の光モジュール1Aは、第1の実施の形態の光導波路2Aと、光導波路2Aと光学的に結合される面発光型半導体レーザ3A及びフォトダイオード4と、光導波路2Aと面発光型半導体レーザ3A及びフォトダイオード4が実装される実装基板5とを備える。
The optical module 1A of the first embodiment includes an optical waveguide 2A of the first embodiment, a surface emitting semiconductor laser 3A and a photodiode 4 optically coupled to the optical waveguide 2A, and an optical waveguide 2A. And a
光導波路2Aは、コア20とクラッド21を有して光が伝搬される導波路部22Aと、導波路部22Aを支持する支持基板23Aとを備え、導波路部22Aと支持基板23Aの製造プロセスで、導波路部22Aと支持基板23Aが一体に形成される。
The optical waveguide 2A includes a waveguide portion 22A having a
導波路部22Aは、1本または複数本のコア20が、クラッド21を構成するアンダークラッド21a上に所定のパターンで配置され、アンダークラッド21a上のコア20が、クラッド21を構成するオーバークラッド21bで覆われた埋め込み型の導波路である。
In the
導波路部22Aは、例えば石英系材料で構成され、コア20の屈折率がアンダークラッド21a及びオーバークラッド21bの屈折率より若干大きくなるように構成されて、コア20に結合された光が、コア20に閉じ込められて伝搬される。
The waveguide portion 22A is made of, for example, a quartz-based material, and is configured so that the refractive index of the
導波路部22Aは、本例では、2本の直線状のコア20が平行に配置され、コア20の伸びる方向に沿った一方の端面を傾斜させて反射面24を備える。反射面24は、導波路部22Aに対して約45度の傾斜を有し、各コア20のコア端面20aが同一面に露出する。
In this example, the
これにより、導波路部22Aは、反射面24に対向した下面が光の入出射面25Aとなり、コア20のコア端面20aと対向して、略垂直方向から入出射面25Aに入射した光は、空気との境界となる反射面24で全反射して光路が略90度曲がり、コア20に入射する。また、反射面24へ向けてコア20を伝搬される光は、反射面24で全反射して光路が略90度曲がり、入出射面25Aから略垂直方向に出射する。
Thereby, in the waveguide portion 22A, the lower surface facing the
なお、導波路部22Aの反射面24と反対側の他方の端面には、例えば図示しない光ファイバが接続される。光ファイバは、導波路部22Aの端面に突き当てて接続する構成でも良いし、導波路部22Aにファイバガイド溝を形成して、ファイバガイド溝に光ファイバが挿入されて接着固定されると、位置合わせされて光学的に結合するようにしても良い。
For example, an optical fiber (not shown) is connected to the other end surface of the waveguide portion 22A opposite to the reflecting
支持基板23Aは、導波路部22Aの下面全体を支持する大きさを有し、導波路部22Aの反射面24に露出した各コア端面20aと対向する位置のそれぞれに実装凹部26Aを備える。各実装凹部26Aは、支持基板23Aの端部を凹状に開口して構成され、反射面24の下側で、各コア端面20aと対向する位置には、図2(a)に示すように空間が形成される。
The
これに対して、支持基板23Aは、実装凹部26Aの両端に導波路支持部27を備える。導波路支持部27は、実装凹部26Aの両側の支持基板23Aを残すことで構成され、実装凹部26Aが形成された位置以外の反射面24の下側は、図2(b)に示すように支持基板23Aで支持される。
On the other hand, the
支持基板23Aは、例えばシリコンで構成され、実装凹部26Aが異方性エッチングで製作される。また、導波路部22Aは、ウェハ状態の支持基板23Aに所定のプロセスで製作され、実装凹部26Aを有した支持基板23Aと、反射面24を有した導波路部22Aは一体に構成される。更に、支持基板23Aの上面に位置合わせマーカ28が形成され、導波路部22Aを透過して視認できるようになっている。
The
面発光型半導体レーザ(VCSEL)3Aは光素子の一例で、入力された電気信号を光信号に変換して、基板に対して垂直方向へ出射する。フォトダイオード4は光素子の一例で、入力された光信号を電気信号に変換する。 A surface-emitting type semiconductor laser (VCSEL) 3A is an example of an optical element, converts an input electric signal into an optical signal, and emits it in a direction perpendicular to the substrate. The photodiode 4 is an example of an optical element, and converts an input optical signal into an electric signal.
実装基板5は、面発光型半導体レーザ3Aが実装される図示しないパッドを有した電気配線50aと、面発光型半導体レーザ3Aの上面に形成されたボンディングパッド30と導電性のワイヤ52を介して接続される電気配線50bと、フォトダイオード4が実装される図示しないパッドを有した電気配線51aと、フォトダイオード4の上面に形成されたボンディングパッド40と導電性のワイヤ52を介して接続される電気配線51b等を備える。
The mounting
実装基板5は、FR4(Flame Retardant Type 4:ガラス繊維とエポキシ樹脂の複合材料からなるプリント基板材料)やセラミック等で構成される一般的な電気回路基板で、電気配線50a,50bと電気配線51a,51bは、マイクロストリップラインで構成することが可能である。
The mounting
実装基板5は、電気配線50aの図示しないパッドに、面発光型半導体レーザ3Aが位置合わせされて、ハンダ等により実装される。また、電気配線51aの図示しないパッドに、フォトダイオード4が位置合わせされて、ハンダ等により実装される。
The mounting
更に、実装基板5は、面発光型半導体レーザ3A及びフォトダイオード4に位置合わせされて、光導波路2Aが接着等により実装される。
Further, the mounting
すなわち、面発光型半導体レーザ3A及びフォトダイオード4が実装された実装基板5の所定の位置に、光導波路2Aを載置すると、支持基板23Aに形成された一方の実装凹部26Aに面発光型半導体レーザ3Aが入ると共に、他方の実装凹部26Aにフォトダイオード4が入る。
That is, when the optical waveguide 2A is placed at a predetermined position of the mounting
そして、導波路部22Aの反射面24に露出した一方のコア端面20aが、面発光型半導体レーザ3Aの発光部31に位置合わせされると共に、反射面24に露出した他方のコア端面20bが、フォトダイオード4の受光部41に位置合わせされる。
Then, one core end surface 20a exposed on the reflecting
<第1の実施の形態の光モジュールの動作例>
次に、図1及び図2を参照して、第1の実施の形態の光モジュール1Aの動作例について説明する。
<Operation Example of Optical Module of First Embodiment>
Next, an operation example of the optical module 1A according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
光モジュール1Aは、電気配線50a,50bを通って電気信号が面発光型半導体レーザ3Aに入力され、面発光型半導体レーザ3Aは、入力された電気信号を光信号に変換して出射する。 In the optical module 1A, an electric signal is input to the surface emitting semiconductor laser 3A through the electric wirings 50a and 50b, and the surface emitting semiconductor laser 3A converts the input electric signal into an optical signal and emits it.
面発光型半導体レーザ3Aから出射された出力光信号は、導波路部22Aの入出射面25Aに略垂直方向から入射し、反射面24に露出したコア端面20aで全反射することで光路が略90度曲がり、一方のコア20に入射して、コア20を伝搬される。コア20を伝搬された光は、例えば図示しない光ファイバを伝搬されて対向機器で受信される。
The output optical signal emitted from the surface emitting semiconductor laser 3A enters the incident / exit surface 25A of the waveguide portion 22A from a substantially vertical direction and is totally reflected by the core end surface 20a exposed to the reflecting
図示しない対向機器から送信され、光ファイバを伝搬された入力光信号は、他方のコア20に入射して、コア20を反射面24に向けて伝搬される。コア20を伝搬される光は、反射面24に露出したコア端面20aで全反射して光路が略90度曲がり、入出射面25Aから略垂直方向に出射して、フォトダイオード4で受光される。フォトダイオード4で受光された入力光信号は電気信号に変換され、電気配線51a,51bを通って出力される。
An input optical signal transmitted from a counter device (not shown) and propagated through the optical fiber is incident on the
<第1の実施の形態の光導波路の製造工程例>
図3及び図4は、第1の実施の形態の光導波路2Aの製造方法の一例を示す工程説明図で、次に、第1の実施の形態の光導波路2Aの製造工程について説明する。
<Example of Manufacturing Process of Optical Waveguide of First Embodiment>
3 and 4 are process explanatory views showing an example of a method of manufacturing the optical waveguide 2A according to the first embodiment. Next, a manufacturing process of the optical waveguide 2A according to the first embodiment will be described.
支持基板23Aを構成する材料として、表裏両面に熱酸化膜60aのあるウェハ状態のシリコン基板60(結晶方位<100>)を用いる。まず、図1及び図2で説明した実装凹部26Aを製作する位置が開口するように、図3(a)に示す工程1では、シリコン基板60の表面に所定の開口部61aを有するフォトレジスト61をパターニングする。
As a material constituting the
その後、フッ素系ガスを用いたイオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)により、フォトレジスト61の開口部分の熱酸化膜60aを除去する。マスクとして使用したフォトレジスト61は、酸素プラズマによるアッシングにより除去する。
Thereafter, the thermal oxide film 60a in the opening portion of the
次に、図3(b)に示す工程2では、実装凹部の形成位置の熱酸化膜60aを除去したシリコン基板60を、例えば、温度70℃、濃度20wt%のKOH(水酸化カリウム)水溶液70に入れて、実装凹部の形成位置のシリコン基板60を、裏面側の熱酸化膜60aが露出するまでエッチングを行い、実装凹部形成部62を形成する。
Next, in
次に、図3(c)に示す工程3では、支持基板23Aの上面となる実装凹部形成部62と反対側の面の所定の位置に、位置合わせマーカ28を形成する。本例では、位置合わせマーカ28としてAl(アルミニウム)膜を使用し、パターン形成にはフォトレジストを使用したリフトオフ工程により、金属膜による所定の形状の位置合わせマーカ28を形成した。金属膜形成の方法としては、メッキやスパッタ等でもよい。また、パターン形成もエッチングによる方法を用いても良い。
Next, in
次に、図4(a)に示す工程4では、導波路部22Aのアンダークラッド21aとなるアンダークラッド層63を形成する。本例では、プラズマCVD(chemical vapor deposition:化学気相成長法)でSiO2(石英)膜を成膜することで、アンダークラッド層63とした。
Next, in step 4 shown in FIG. 4A, an under-
次に、図4(b)に示す工程5では、導波路部22Aのコア20となるコア層64を形成する。本例では、Ge(ゲルマニウム)をドーピングして、アンダークラッド層63より屈折率を高くしたSiO2膜を、プラズマCVDで成膜することでコア層64した。その後、所望のコアパターンをエッチングによって形成した。エッチングマスクとしてはメタルパターンを使用し、フッ素系のRIEによってエッチングした。
Next, in
次に、図4(c)に示す工程6では、導波路部22Aのオーバークラッド21bとなるオーバークラッド層65を形成する。本例では、アンダークラッド層63と屈折率が等しいSiO2膜をプラズマCVDで成膜することで、オーバークラッド層65とした。
Next, in
最後に、図4(d)に示す工程7では、切断面が45度になる刃先が90度の角度を持つダイシングブレード71で、実装凹部形成部62の中央をダイシングして、角度が45度の反射面24を形成すると共に、実装凹部形成部62の形成位置を切断することで実装凹部26Aを形成した。更に、反射面24を形成する辺以外の辺も、切断面が90度となる図示しないダイシングブレードでダイシングして、支持基板23Aと導波路部22Aが一体に形成された光導波路2Aを、所望の実装形態の大きさでチップ化した。
Finally, in
<第1の実施の形態の光モジュールの製造工程例>
次に、上述した光導波路2Aを備えた第1の実施の形態の光モジュール1Aの製造工程について、各図を参照して説明する。
<Example of Manufacturing Process of Optical Module of First Embodiment>
Next, a manufacturing process of the optical module 1A according to the first embodiment including the optical waveguide 2A described above will be described with reference to each drawing.
まず、実装基板5上に形成された図示しない位置合わせマーカと、面発光型半導体レーザ3Aの上面及びフォトダイオード4の上面に形成された図示しない位置合わせマーカの位置を画像認識によって特定し、それぞれの位置合わせマーカの相対位置が決められた値になるように、面発光型半導体レーザ3Aとフォトダイオード4の位置を調整する。
First, the position of an alignment marker (not shown) formed on the mounting
そして、位置合わせされた面発光型半導体レーザ3Aを、実装基板5上の電気配線50aの図示しないパッド上にボンディングすると共に、位置合わせされたフォトダイオード4を、実装基板5上の電気配線51aの図示しないパッド上にボンディングする。
Then, the aligned surface emitting semiconductor laser 3A is bonded to a pad (not shown) of the electric wiring 50a on the mounting
次に、面発光型半導体レーザ3Aのボンディングパッド30と実装基板5の電気配線50bを、導電性のワイヤ52によりワイヤボンディングを行って接続すると共に、フォトダイオード4のボンディングパッド40と実装基板5の電気配線51bを、導電性のワイヤ52によりワイヤボンディングを行って接続する。
Next, the
次に、光導波路2Aの位置合わせマーカ28と、面発光型半導体レーザ3Aの上面に形成された図示しない位置合わせマーカの位置を画像認識によって特定し、それぞれの位置合わせマーカの相対位置が決められた値になるように、光導波路2Aの位置を調整して、光導波路2Aを実装基板5上に接着固定する。
Next, the positions of the
光モジュール1Aでは、面発光型半導体レーザ3Aと光導波路2Aの位置を最も良く合わせるために、面発光型半導体レーザ3Aの位置を基準にするため、面発光型半導体レーザ3Aに形成された図示しない位置合わせマーカを、光導波路2Aの実装時に使用している。これに対して、フォトダイオード4に形成された図示しない位置合わせマーカや、実装基板5に形成された図示しない位置合わせマーカを、光導波路2Aの位置合わせに用いても良い。
In the optical module 1A, in order to best align the positions of the surface emitting semiconductor laser 3A and the optical waveguide 2A, the position of the surface emitting semiconductor laser 3A is used as a reference. The alignment marker is used when mounting the optical waveguide 2A. On the other hand, an alignment marker (not shown) formed on the photodiode 4 or an alignment marker (not shown) formed on the mounting
また、本例では、光導波路2Aの位置合わせにマーカを用いたが、面発光型半導体レーザ3Aの発光部31のパターンを、実装基板5側の位置合わせマーカの代わりとして使用したり、反射面24に露出したコア20のコア端面20aと、反射面24のエッジ部分を、光導波路2A側の位置合わせマーカとして使用しても良い。
In this example, the marker is used for the alignment of the optical waveguide 2A. However, the pattern of the
更に、面発光型半導体レーザ3A及びフォトダイオード4を実際に動作させて、アクティブアライメントによって位置合わせを行っても良い。 Furthermore, the surface emitting semiconductor laser 3A and the photodiode 4 may be actually operated, and alignment may be performed by active alignment.
<第2の実施の形態の光導波路及び光モジュールの構成例>
図5及び図6は、第2の実施の形態の光導波路を備えた光モジュールの一例を示す構成図で、図5は、第2の実施の形態の光モジュール1Bの平面図、図6(a)は、図5に示す光モジュール1BのC−C断面図、図6(b)は、図5に示す光モジュール1BのD−D断面図である。
<Configuration example of optical waveguide and optical module according to second embodiment>
5 and 6 are configuration diagrams showing an example of an optical module including the optical waveguide according to the second embodiment. FIG. 5 is a plan view of the optical module 1B according to the second embodiment, and FIG. FIG. 6A is a cross-sectional view of the optical module 1B shown in FIG. 5 taken along the line CC, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the optical module 1B shown in FIG.
第2の実施の形態の光モジュール1Bは、第2の実施の形態の光導波路2Bと、光導波路2Bと光学的に結合される面発光型半導体レーザアレイ3Bと、光導波路2Bと面発光型半導体レーザアレイ3Bが実装される実装基板5とを備える。
The optical module 1B according to the second embodiment includes an optical waveguide 2B according to the second embodiment, a surface emitting semiconductor laser array 3B optically coupled to the optical waveguide 2B, an optical waveguide 2B, and a surface emitting type. And a mounting
光導波路2Bは、コア20とクラッド21を有して光が伝搬される導波路部22Bと、導波路部22Bを支持する支持基板23Bとを備え、導波路部22Bと支持基板23Bの製造プロセスで、導波路部22Bと支持基板23Bが一体に形成される。
The optical waveguide 2B includes a
導波路部22Bは、本例では4本の直線状のコア20が、クラッド21を構成するアンダークラッド21a上に平行なパターンで配置され、アンダークラッド21a上のコア20が、クラッド21を構成するオーバークラッド21bで覆われた埋め込み型の導波路である。
In this example, in the
導波路部22Bは、例えば高分子導波路材料で構成され、コア20の屈折率がアンダークラッド21a及びオーバークラッド21bの屈折率より若干大きくなるように構成されて、コア20に結合された光が、コア20に閉じ込められて伝搬される。
The
導波路部22Bは、コア20の伸びる方向に沿った一方の端面を傾斜させて反射面24を備える。反射面24は、導波路部22Bに対して約45度の傾斜を有し、各コア20のコア端面20aが同一面に露出する。
The
これにより、導波路部22Bは、反射面24に対向した下面が光の入射面25Bとなり、コア20のコア端面20aと対向して、略垂直方向から入射面25Bに入射した光は、空気との境界となる反射面24で全反射して光路が略90度曲がり、コア20に入射する。
As a result, in the
導波路部22Bは、入射面25Bに反射防止膜29を備える。反射防止膜29は、入射面25Bから導波路部22Bに入射する光の入射面25Bでの反射を防ぎ、クロストークを低減する。
The
なお、導波路部22Bの反射面24と反対側の他方の端面には、例えば図示しない光ファイバが接続される。光ファイバは、導波路部22Bの端面に突き当てて接続する構成でも良いし、導波路部22Bにファイバガイド溝を形成して、ファイバガイド溝に光ファイバが挿入されて接着固定されると、位置合わせされて光学的に結合するようにしても良い。
For example, an optical fiber (not shown) is connected to the other end surface of the
支持基板23Bは、導波路部22Bの下面全体を支持する大きさを有し、導波路部22Bの反射面24に露出した各コア端面20aと対向する位置の全体に実装凹部26Bを備える。実装凹部26Bは、支持基板23Bの端部を凹状に開口して構成され、反射面24の下側で、各コア端面20aと対向する位置には、図6(a)に示すように空間が形成される。
The support substrate 23B has a size that supports the entire lower surface of the
これに対して、支持基板23Bは、実装凹部26Bの両端に導波路支持部27を備える。導波路支持部27は、実装凹部26Bの両側の支持基板23Bを残すことで構成され、実装凹部26Bが形成された位置以外の反射面24の下側は、図6(b)に示すように支持基板23Bで支持される。
On the other hand, the support substrate 23B includes the
支持基板23Bは、例えばシリコンで構成され、実装凹部26Bが異方性エッチングで製作される。また、導波路部22Bは、ウェハ状態の支持基板23Bに所定のプロセスで製作され、実装凹部26Bを有した支持基板23Bと、反射面24及び反射防止膜29を有した導波路部22Bは一体に構成される。
The support substrate 23B is made of, for example, silicon, and the mounting recess 26B is manufactured by anisotropic etching. The
面発光型半導体レーザアレイ3Bは光素子の一例で、本例では例えば4個の面発光型半導体レーザ素子が所定のピッチで等間隔に配置された4チャンネルのVCSELアレイであり、入力された電気信号を光信号に変換して、基板に対して垂直方向へ出射する。 The surface emitting semiconductor laser array 3B is an example of an optical element. In this example, the surface emitting semiconductor laser array 3B is a four-channel VCSEL array in which, for example, four surface emitting semiconductor laser elements are arranged at equal intervals at a predetermined pitch. The signal is converted into an optical signal and emitted in a direction perpendicular to the substrate.
実装基板5は、FR4やセラミック等で構成される一般的な電気回路基板で、面発光型半導体レーザアレイ3Bの上面に形成された各レーザ素子のボンディングパッド30と導電性のワイヤ52を介して接続される電気配線53を備える。
The mounting
実装基板5は、面発光型半導体レーザアレイ3Bが所定の位置に合わせられて実装される。また、実装基板5は、面発光型半導体レーザアレイ3Bに位置合わせされて、光導波路2Bが接着等により実装される。
The surface-emitting type semiconductor laser array 3B is mounted on the mounting
すなわち、面発光型半導体レーザアレイ3Bが実装された実装基板5の所定の位置に、光導波路2Bを載置すると、支持基板23Bに形成された実装凹部26Bに面発光型半導体レーザアレイ3Bが入る。
That is, when the optical waveguide 2B is placed at a predetermined position of the mounting
そして、導波路部22Bの反射面24に露出した各コア端面20aが、面発光型半導体レーザアレイ3Bの各発光部31に位置合わせされる。
Then, each core end surface 20a exposed on the
<第2の実施の形態の光モジュールの動作例>
次に、図5及び図6を参照して、第2の実施の形態の光モジュール1Bの動作例について説明する。
<Operation Example of Optical Module of Second Embodiment>
Next, an operation example of the optical module 1B according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
光モジュール1Bは、電気配線53を通って電気信号が面発光型半導体レーザアレイ3Bの各レーザ素子に入力され、面発光型半導体レーザアレイ3Bは、入力された電気信号を光信号に変換して出射する。 In the optical module 1B, an electrical signal is input to each laser element of the surface emitting semiconductor laser array 3B through the electrical wiring 53, and the surface emitting semiconductor laser array 3B converts the input electrical signal into an optical signal. Exit.
面発光型半導体レーザアレイ3Bから出射された出力光信号は、導波路部22Bの入射面25Bに略垂直方向から入射し、反射面24に露出したコア端面20aで全反射することで光路が略90度曲がり、コア20に入射して、コア20を伝搬される。コア20を伝搬された光は、例えば図示しない光ファイバを伝搬されて対向機器で受信される。
The output optical signal emitted from the surface emitting semiconductor laser array 3B is incident on the incident surface 25B of the
面発光型半導体レーザアレイ3Bから出射された光が入射する光導波路2Bの入射面25Bには、反射防止膜29が形成されているため、面発光型半導体レーザアレイ3Bへの戻り光が抑制され、出力が非常に安定する。
Since an
<第2の実施の形態の光導波路の製造工程例>
図7及び図8は、第2の実施の形態の光導波路2Bの製造方法の一例を示す工程説明図で、次に、第2の実施の形態の光導波路2Bの製造工程について説明する。
<Example of Manufacturing Process of Optical Waveguide of Second Embodiment>
7 and 8 are process explanatory views showing an example of a method of manufacturing the optical waveguide 2B according to the second embodiment. Next, a manufacturing process of the optical waveguide 2B according to the second embodiment will be described.
支持基板23Bを構成する材料として、表裏両面に熱酸化膜60aのあるウェハ状態のシリコン基板60(結晶方位<100>)を用いる。まず、図7(a)に示す工程1では、図5及び図6で説明した導波路部22Bのアンダークラッド21aとなるアンダークラッド層63をシリコン基板60の一方の面に形成する。本例では、アクリル系の高分子樹脂材料をスピンコートによってシリコン基板60上に塗布し、その後、ホットプレート上でキュア(焼成)してアンダークラッド層63とした。
As a material constituting the support substrate 23B, a silicon substrate 60 (crystal orientation <100>) in a wafer state having thermal oxide films 60a on both front and back surfaces is used. First, in
次に、図7(b)に示す工程2では、導波路部22Bのコア20となるコア層64を形成する。本例では、感光性を持ち、アンダークラッド層63の形成に使用したアクリル樹脂材料より屈折率の高いアクリル系高分子樹脂材料を、シリコン基板60に形成したアンダークラッド層63上にスピンコートで成膜した。その後、プリベークを行い、コア20のパターンが形成されたフォトマスクを介してUV(紫外線)露光と現像を行うことによって、図5に示すような所望のコアパターンを形成した。最後にポストベークを行い、コア層64を完全硬化させ、コア20を形成した。
Next, in
次に、図7(c)に示す工程3では、導波路部22Bのオーバークラッド21bとなるオーバークラッド層65を形成する。本例では、アンダークラッド層63の形成に使用したものと同じアクリル樹脂材料を、シリコン基板60に形成したアンダークラッド層63及びコア層64上にスピンコートによって塗布し、その後、ホットプレート上でキュアしてオーバークラッド層65とし、シリコン基板60上に、アンダークラッド層63、コア層64及びオーバークラッド層65が積層された導波路部22Bを形成した。
Next, in
次に、図7(d)に示す工程4では、導波路部22Bの表面に耐アルカリ膜66を形成する。本例では、アルカリ耐性の高いポリイミド樹脂を、オーバークラッド層65上にスピンコートで成膜した。耐アルカリ膜66としては、他に、アルカリ耐性のあるメタル膜を蒸着等で形成しても良い。
Next, in step 4 shown in FIG. 7D, an alkali resistant film 66 is formed on the surface of the
次に、図8(a)に示す工程5では、実装凹部26Bを製作する位置が開口するように、シリコン基板60の導波路部22Bを製作した面と反対側の面に所定の開口部61aを有するフォトレジスト61をパターニングする。
Next, in
その後、フッ素系ガスを用いたイオンエッチング(RIE)により、フォトレジスト61の開口部分の熱酸化膜60aを除去する。マスクとして使用したフォトレジスト61は、酸素プラズマによるアッシングにより除去する。
Thereafter, the thermal oxide film 60a in the opening portion of the
次に、図8(b)に示す工程6では、実装凹部の形成位置の熱酸化膜60aを除去したシリコン基板60を、例えば、温度70℃、濃度20wt%のKOH水溶液70に入れて、実装凹部の形成位置のシリコン基板60を、裏面側の熱酸化膜60aが露出するまでエッチングを行い、実装凹部形成部62を形成する。ここで、シリコン基板60上に製作されている導波路部22Bは、表面が耐アルカリ膜66で被覆されていることで、エッチング工程で導波路部22Bが侵食されることを防いでいる。
Next, in
次に、図8(c)に示す工程7では、実装凹部形成部62に露出した導波路部22Bに反射防止膜29を形成する。本例では、シリコン基板60の導波路22Bを製作した面と反対側の面に蒸着によって多層膜を成膜して反射防止膜29とした。
Next, in
最後に、図8(d)に示す工程8では、切断面が45度になる刃先が90度の角度を持つダイシングブレード71で、実装凹部形成部62の中央をダイシングして、角度が45度の反射面24を形成すると共に、実装凹部形成部62の形成位置を切断することで実装凹部26Bを形成した。更に、反射面24を形成する辺以外の辺も、切断面が90度となる図示しないダイシングブレードでダイシングして、支持基板23Bと導波路部22Bが一体に形成された光導波路2Bを、所望の実装形態の大きさでチップ化した。
Finally, in
<第2の実施の形態の光モジュールの製造工程例>
次に、上述した光導波路2Bを備えた第2の実施の形態の光モジュール1Bの製造工程について、各図を参照して説明する。
<Example of Manufacturing Process of Optical Module of Second Embodiment>
Next, the manufacturing process of the optical module 1B according to the second embodiment including the optical waveguide 2B described above will be described with reference to each drawing.
まず、実装基板5上に形成された図示しない位置合わせマーカと、面発光型半導体レーザアレイ3Bの発光部31を画像認識によって特定し、それぞれの相対位置が決められた値になるように、面発光型半導体レーザアレイ3Bの位置を調整して、位置合わせされた面発光型半導体レーザアレイ3Bを実装基板5上にボンディングする。
First, an alignment marker (not shown) formed on the mounting
次に、面発光型半導体レーザアレイ3Bのボンディングパッド30と実装基板5の電気配線53を、導電性のワイヤ52によりワイヤボンディングを行って接続する。
Next, the
次に、光導波路2Bの反射面24に露出したコア20のコア端面20aと、反射面24のエッジ部分と、面発光型半導体レーザアレイ3Bの発光部31を画像認識によって特定し、それぞれの相対位置が決められた値になるように、光導波路2Bの位置を調整して、光導波路2Bを実装基板5上に接着固定する。
Next, the core end surface 20a of the core 20 exposed on the
<各実施の形態の作用効果例>
各実施の形態の光モジュールは、発光素子や受光素子と、光ファイバやレンズ等を、光導波路を介して結合する。光導波路は、コア端面を露出させた45度の反射面を備えて、略垂直方向から光の入出射が行われる構成とすることで、光路変換部材を用いることなく、面発光型半導体レーザや面発光型半導体レーザアレイ等の面型の光素子との結合が可能である。
<Examples of effects of each embodiment>
The optical module of each embodiment couples a light emitting element or a light receiving element, an optical fiber, a lens, or the like via an optical waveguide. The optical waveguide includes a 45-degree reflective surface with the core end face exposed, and is configured so that light enters and exits from a substantially vertical direction, so that a surface-emitting semiconductor laser, It can be combined with a surface optical device such as a surface emitting semiconductor laser array.
そして、光素子を基板に直接実装するため、光導波路の反射面と対向した下面側に、光素子が入る空間が形成される必要がある。そこで、光導波路は、フィルム状の導波路部を所定の高さを有した支持基板で支持し、支持基板に実装凹部を形成することで、光素子を実装するために必要な空間を、光導波路側で確保している。 In order to directly mount the optical element on the substrate, a space for the optical element needs to be formed on the lower surface side facing the reflecting surface of the optical waveguide. Therefore, the optical waveguide supports the film-like waveguide portion with a support substrate having a predetermined height, and forms a mounting recess in the support substrate, so that the space necessary for mounting the optical element can be reduced. Secured on the waveguide side.
これにより、光素子はフラットな基板上に実装すれば良く、凹部のある特殊な構成の基板やサブマウントを使用することなく、実装基板は、一般の電気回路基板を使用できる。従って、低コスト化に有利である。 As a result, the optical element may be mounted on a flat substrate, and a general electric circuit substrate can be used as the mounting substrate without using a substrate having a concave configuration or a submount. Therefore, it is advantageous for cost reduction.
また、一般的な電気回路基板が使用できるため、電気配線としてマイクロストリップラインの形成が可能であり、高周波特性を向上させることも可能となる。 Further, since a general electric circuit board can be used, a microstrip line can be formed as an electric wiring, and high-frequency characteristics can be improved.
更に、このような構成の光モジュールでは、実装凹部に露出した導波路部の下面で構成される入出射面と光素子とのギャップが広いと、光の結合効率が低下するので、光素子と導波路部とのギャップは厳密にコントロールする必要がある。 Furthermore, in the optical module having such a configuration, if the gap between the light incident / exit surface constituted by the lower surface of the waveguide portion exposed in the mounting recess and the optical element is wide, the light coupling efficiency decreases. It is necessary to strictly control the gap with the waveguide portion.
このため、導波路部をシリコン基板等の支持基板で支持することで、導波路部の高さのコントロールが容易となり、光素子と導波路部とのギャップを精密にコントロールして、良好な光結合を得ることができる。 For this reason, by supporting the waveguide portion with a support substrate such as a silicon substrate, it becomes easy to control the height of the waveguide portion, and the gap between the optical element and the waveguide portion is precisely controlled to achieve good light. Bonds can be obtained.
また、本実施の形態の光導波路は、ウェハプロセスで一括に製作可能で、支持基板上に成膜によって導波路部を形成するので、コアの形状や反射面の角度の精度及び導波路部の高さの精度等が向上し、高精度な光導波路を、低コストで製作可能である。更に、製造工程及び実装工程で、フィルム状の導波路部が常に支持基板で支持されているため、ハンドリングが良くなり、製造の歩留まりも向上する。 In addition, the optical waveguide of this embodiment can be manufactured in a batch by the wafer process, and the waveguide portion is formed by film formation on the support substrate. Therefore, the accuracy of the core shape and the angle of the reflection surface and the waveguide portion The height accuracy is improved, and a high-precision optical waveguide can be manufactured at low cost. Furthermore, since the film-like waveguide portion is always supported by the support substrate in the manufacturing process and the mounting process, handling is improved and manufacturing yield is improved.
また、光の入出射面が導波路部の下面となるので、第2の実施の形態で説明したように、ウェハプロセスで導波路部に反射防止膜や波長フィルタを容易に形成でき、所望の機能を低コストで追加可能となる。 Further, since the light incident / exit surface is the lower surface of the waveguide portion, as described in the second embodiment, an antireflection film and a wavelength filter can be easily formed on the waveguide portion by a wafer process, and a desired Functions can be added at low cost.
更に、導波路部を支持する支持基板にシリコン基板を用いることにより、異方性エッチングによって高精度な実装凹部を容易に形成することができるので、導波路支持部の形成部位を残して実装凹部を形成でき、隣り合う実装凹部の間でも導波路支持部を形成することができる。なお、支持基板は、シリコンに代えてエッチングが容易な他の材料で構成された基板を用いても良い。 Furthermore, by using a silicon substrate for the support substrate that supports the waveguide portion, a highly accurate mounting recess can be easily formed by anisotropic etching, so that the mounting recess remains with the formation of the waveguide support portion. The waveguide support portion can be formed between adjacent mounting recesses. Note that the supporting substrate may be a substrate made of another material that can be easily etched instead of silicon.
そして、光素子を実装するために光導波路に形成される実装凹部の両側に導波路支持部を備えて、導波路部を支持できるようにすることで、導波路部において、光素子との光結合のためフリーとなる部分の両側が支持基板に支持される。 Then, by providing a waveguide support part on both sides of the mounting recess formed in the optical waveguide for mounting the optical element so that the waveguide part can be supported, in the waveguide part, the light with the optical element can be supported. Both sides of the portion that is free for coupling are supported by the support substrate.
これにより、光導波路は、導波路部において反射面が形成された側の端部でフリーとなる部分が少なくなるので、熱による導波部の伸縮や、長期的な使用による導波路部の反り等の変形による結合損失の増加を低減することができ、長期信頼性を向上させることができる。 As a result, the optical waveguide has fewer free portions at the end on the side where the reflecting surface is formed in the waveguide portion. Therefore, the waveguide portion expands and contracts due to heat and the waveguide portion warps due to long-term use. The increase in coupling loss due to such deformation can be reduced, and long-term reliability can be improved.
以上のことから、反射面を形成した導波路部と支持基板を一体に構成し、かつ、支持基板に光素子実装時の逃げ部となる実装凹部を形成した光導波路を使用することによって、45度の反射面を備えた光導波路と、VCSEL等の面型の光素子とを光結合させる構成が簡単に実現可能となり、低コストかつ高機能で信頼性の高い光モジュールを実現することができる。 From the above, by using an optical waveguide in which the waveguide portion on which the reflecting surface is formed and the support substrate are integrally formed, and the mounting recess serving as a relief portion when mounting the optical element is formed on the support substrate, 45 is used. It is possible to easily realize a configuration for optically coupling an optical waveguide having a reflective surface with a planar optical element such as a VCSEL, and to realize a low-cost, high-functional and highly reliable optical module. .
本発明は、電子機器のボード間やチップ間の光通信モジュールや、光ファイバを利用した通信ケーブルのコネクタ等に適用される。 The present invention is applied to an optical communication module between boards or chips of an electronic device, a connector of a communication cable using an optical fiber, and the like.
1A,1B・・・光モジュール、2A,2B・・・光導波路、20・・・コア、20a・・・コア端面、21・・・クラッド、22A,22B・・・導波路部、23A,23B・・・支持基板、24・・・反射面、25A・・・入出射面、25B・・・入射面、26A,26B・・・実装凹部、27・・・導波路支持部、28・・・位置合わせマーカ、29・・・反射防止膜、3A・・・面発光型半導体レーザ、3B・・・面発光型半導体レーザアレイ、4・・・フォトダイオード、5・・・実装基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1A, 1B ... Optical module, 2A, 2B ... Optical waveguide, 20 ... Core, 20a ... Core end surface, 21 ... Cladding, 22A, 22B ... Waveguide part, 23A, 23B ... support substrate, 24 ... reflective surface, 25A ... incident / exit surface, 25B ... incident surface, 26A, 26B ... mounting recess, 27 ... waveguide support, 28 ... Alignment marker, 29 ... Antireflection film, 3A ... Surface emitting semiconductor laser, 3B ... Surface emitting semiconductor laser array, 4 ... Photodiode, 5 ... Mounting substrate
Claims (13)
前記導波路部は、前記コアの伸びる方向に沿った一方の端面を所定の角度に傾斜させて、前記コアのコア端面を露出させた反射面を備えると共に、
前記支持基板は、前記反射面に露出した前記コア端面と対向する位置を開口して実装凹部を備えた
ことを特徴とする光導波路。 In an optical waveguide comprising a waveguide portion having a core and a cladding, and a support substrate for supporting the waveguide portion,
The waveguide portion includes a reflective surface that exposes the core end surface of the core by inclining one end surface along a direction in which the core extends to a predetermined angle.
The optical waveguide, wherein the support substrate includes a mounting recess that opens at a position facing the core end surface exposed on the reflection surface.
ことを特徴とする請求項1記載の光導波路。 The optical waveguide according to claim 1, wherein the waveguide portion is formed integrally with the support substrate.
ことを特徴とする請求項1記載の光導波路。 The optical waveguide according to claim 1, wherein the core and the clad of the waveguide portion are formed of a polymer material having a predetermined refractive index difference.
ことを特徴とする請求項1記載の光導波路。 The optical waveguide according to claim 1, wherein the support substrate is made of silicon, and the mounting recess is manufactured by anisotropic etching.
前記コアと結合する光素子と、
前記光導波路及び前記光素子が実装される実装基板とを備え、
前記光導波路は、前記コアの伸びる方向に沿った前記導波路部の一方の端面を所定の角度に傾斜させて、前記コアのコア端面を露出させた反射面を備えると共に、
前記反射面に露出した前記コア端面と対向する位置の前記支持基板を開口して、前記実装基板に実装された前記光素子が入る実装凹部を備えた
ことを特徴とする光モジュール。 An optical waveguide in which a waveguide portion having a core and a clad is supported by a support substrate;
An optical element coupled to the core;
A mounting substrate on which the optical waveguide and the optical element are mounted;
The optical waveguide includes a reflective surface that exposes the core end surface of the core by inclining one end surface of the waveguide portion along a direction in which the core extends at a predetermined angle,
An optical module, comprising: a mounting recess that opens the support substrate at a position facing the core end surface exposed on the reflection surface and into which the optical element mounted on the mounting substrate is placed.
ことを特徴とする請求項5記載の光モジュール。 6. The optical module according to claim 5, wherein the optical waveguide includes a waveguide support portion that disposes the support substrate on both sides of the mounting recess and supports the reflection surface of the waveguide portion.
ことを特徴とする請求項5記載の光モジュール。 The optical module according to claim 5, further comprising an antireflection film or a wavelength filter on a lower surface of the waveguide portion exposed in the mounting recess.
支持基板の一の面に、光が伝搬されるコアを構成するコア層と前記コアを覆うクラッドを構成するクラッド層を積層して、前記支持基板と一体に導波路部を形成する工程と、
前記実装凹部上の前記導波路部に、前記実装凹部と対向して前記コアのコア端面が露出し、所定の角度に傾斜した反射面を形成する工程と
を行うことを特徴とする光導波路の製造方法。 Forming a mounting recess by opening a predetermined position of the support substrate by etching;
Laminating a core layer constituting a core through which light is propagated and a clad layer constituting a clad covering the core on one surface of the support substrate, and forming a waveguide portion integrally with the support substrate;
A step of forming a reflection surface inclined at a predetermined angle, wherein the core end surface of the core is exposed to face the mounting recess, and the waveguide portion on the mounting recess is formed. Production method.
前記実装凹部が形成された前記支持基板の一の面に、光が伝搬されるコアを構成するコア層と前記コアを覆うクラッドを構成するクラッド層を積層して、前記支持基板と一体に導波路部を形成する工程を行う
ことを特徴とする請求項8記載の光導波路の製造方法。 After the step of opening a predetermined position of the support substrate by etching and forming a mounting recess,
A core layer that constitutes a core through which light is propagated and a clad layer that constitutes a clad that covers the core are laminated on one surface of the support substrate on which the mounting recess is formed, and is guided integrally with the support substrate. The method for manufacturing an optical waveguide according to claim 8, wherein a step of forming a waveguide portion is performed.
前記導波路部が形成された前記支持基板の他の面の所定の位置を、エッチングにより開口して実装凹部を形成する工程を行う
ことを特徴とする請求項8記載の光導波路の製造方法。 After the step of laminating the core layer constituting the core through which light is propagated and the clad layer constituting the clad covering the core on one surface of the support substrate to form the waveguide portion integrally with the support substrate ,
9. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 8, wherein a step of forming a mounting recess by opening a predetermined position on the other surface of the support substrate on which the waveguide portion is formed by etching.
一体に形成された前記支持基板と前記導波路部を所定のサイズに切るダイシングで、前記反射面を形成する
ことを特徴とする請求項8記載の光導波路の製造方法。 While forming the mounting recess and the waveguide portion on the support substrate in a wafer state,
9. The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 8, wherein the reflecting surface is formed by dicing that cuts the support substrate and the waveguide portion that are integrally formed into a predetermined size.
ことを特徴とする請求項8記載の光導波路の製造方法。 The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 8, wherein the waveguide portion is made of a polymer material, and an alkali-resistant film is formed on an upper surface of the waveguide portion.
ことを特徴とする請求項8記載の光導波路の製造方法。 The method of manufacturing an optical waveguide according to claim 8, further comprising a step of forming an antireflection film or a wavelength filter on the lower surface of the waveguide portion exposed in the mounting recess.
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