JP2014059392A - 光モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に光学素子間の光学的位置合わせを高精度に行うことを可能とする光モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】基板（１０）上に光源素子（２０）を接合し、光源素子から光を出射させながら光学素子を移動させて光学素子を通じて出射される基本波光を検出し、検出された基本波光の波形に基づいて光学素子の配置の粗調整を行い、粗調整後に光源素子から光を出射させながら光学素子を移動させて光学素子から出射される高調波光を検出し、検出された高調波光の波形に基づいて光学素子の配置位置を決定する工程を有することを特徴とする光モジュール（１）の製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、光モジュールの製造方法に関し、光モジュールを構成する光学素子同士の位置合わせを最適に行うことを可能とする光モジュールの製造方法に関する。

光源モジュールから出射されて光ファイバに導入された光を光検出器で検出しながら、光源モジュールと光ファイバとの相対的な位置を調整する光学部品の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。前記の製造方法では、相対的な位置を調整する場合に、光ファイバを保持しているステージをＹ軸方向（横方向）に移動させながら光検出器にて光の強度を測定し、測定結果が最大となる位置をＹ軸方向の調整位置としている。

光導波路型波長変換デバイスと半導体レーザとを位置決めする場合に、高調波出力を検出して、高調波出力が最大となる位置に位置決めする光導波路型波長変換デバイスモジュールの作製方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。前記の作製方法では、光導波路型波長変換デバイスから出力される基本波の波形はなだらかでピーク位置検出が難しいため、高調波のシャープな波形を用いて、位置決めを行っている。

特開２００８−１９１６８９号公報（図１） 特開２００３−３３００５４号公報（図４）

特許文献１に記載の製造方法で位置決めのために検出する光は、光源モジュールから出射される基本波の光である。通常、基本波の波形はなだらかで、ピーク位置を特定することは極めて難しかった。また、基本波を増幅したとしても、波形自体は変化しないので、同様に、ピーク位置を特定することはできず、精密な位置合わせを行うことは困難であった。

特許文献２に記載の作製方法で位置決めのために検出する光は、光導波路型波長変換デバイスから出力される高調波の光である。通常、高調波の波形はシャープで、ピーク位置を特定することは理論上可能であるが、逆に高調波の波形自体がシャープであることから、シャープな高調波の波形を探すことが容易ではなかった。そこで、調芯作業に時間や手間が係るといった不具合があった。

本発明は、上記の課題を解決するための光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、容易に光学素子間の光学的位置合わせを高精度に行うことを可能とする光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る光モジュールの製造方法は、基板上に光源素子を接合し、光源素子から光を出射させながら光学素子を移動させて光学素子を通じて出射される基本波光を検出し、検出された基本波光の波形に基づいて光学素子の配置の粗調整を行い、粗調整後に光源素子から光を出射させながら光学素子を移動させて光学素子から出射される高調波光を検出し、検出された高調波光の波形に基づいて光学素子の配置位置を決定する工程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では、決定された光学素子の配置位置に基づいて、光学素子を基板に接合する工程を更に有することが好ましい。

本発明に係る光モジュールの製造方法では、光学素子は光導波路型波長変換素子であって、高調波光は波長変換光である、ことが好ましい。

本発明に係る光モジュールの製造方法では、光導波路型波長変換素子は、ＳＢＧを有していることが好ましい。

本発明に係る光モジュールの製造方法では、基本波光を検出する工程及び高調波光を検出する工程では、光導波路型波長変換素子を光源素子に対して、左右方向に移動させる、ことが好ましい。

本発明に係る光モジュールの製造方法では、光学素子はサブ基板に固定された光ファイバである、ことが好ましい。

本発明に係る光モジュールの製造方法では、光ファイバは、ＦＢＧを有している、ことが好ましい。

本発明に係る光モジュールの製造方法では、基本波光を検出する工程及び高調波光を検出する工程では、サブ基板を光源素子に対して、左右方向に移動させる、ことが好ましい。

本発明に係る光モジュールの製造方法では、基板上の光源素子及び光学素子が接合される箇所に、接合用バンプ構造を形成する工程を更に有する、ことが好ましい。

本発明に係る光モジュールの製造方法では、接合用バンプは、Ａｕから構成されるとともに、表面活性化接合により前記光源素子及び前記光学素子に接合される、ことが好ましい。

本発明によれば、基本波光を用いて粗調整を行って高調波光の位置を予測し、その後高調波光を用いて微調整を行って高調波光のピーク位置を特定するので、容易に光学素子間の光学的位置合わせを高精度に行うことが可能となった。

完成された光モジュール１を示す図である。 光モジュール１の製造過程を説明するためのフロー図である。 シリコン基板１０上にマイクロバンプを形成する製造過程示す図（１）である。 シリコン基板１０上にマイクロバンプを形成する製造過程示す図（２）である。 ＰＰＬＮ素子３０の粗調整及び微調整を行う調整装置１００を説明するための図である。 図５に示す検出部で検出した光の強度分布の一例を示す図である。 光の強度分布の他の例を示す図である。 ＰＰＬＮ素子３０の調芯実装を説明するための図である。 サブ基板４０の粗調整及び微調整を行う調整装置１００を説明するための図である。 図９に示す検出部で検出した光の強度分布の一例を示す図である。 サブ基板４０の調芯実装を説明するための図である。 完成された他の光モジュール２を示す図である。 他の光モジュール２における光の強度分布の一例を示す図である。

以下図面を参照して、本発明に係る光モジュールの製造方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

図１（ａ）は光モジュール１の側面図であり、図１（ｂ）は光モジュール１の上面図である。

図１において、シリコン基板１０の平面上における光学素子どうしの左右方向をＸ軸、シリコン基板１０の平面上における光学素子間の前後方向をＺ軸、シリコン基板１０の平面からの高さ方向をＹ軸と定めた。

光モジュール１は、シリコン基板１０、ＬＤ（レーザ・ダイオード）素子２０、ＬＤ素子２０から出射された光の波長変換を行うための光導波路型波長変換素子であるＰＰＬＮ（Periodically Poled Lithium Niobate）素子３０、シリコンから構成されるサブ基板４０、及びサブ基板に固定された光ファイバ５０を含んで構成されている。例えば、光モジュール１は、ＬＤ素子２０から出射される波長１０６４ｎｍのシングルモードレーザ近赤外光を、ＰＰＬＮ素子３０において５３２ｎｍの緑色レーザ光に波長変換して出射するように機能する。なお、ＰＰＬＮ素子３０から出射された光はサブ基板４０に固定されたシングルモード（ＳＭＦ）光ファイバ５０で伝播されるように構成される。

光モジュール１では、ＬＤ素子２０から出射された光を効率良くＰＰＬＮ素子３０に入射できるように光結合されているが、光結合効率を高めるためには、両素子間には非常に高精度な位置合わせが求められる。同様に、ＰＰＬＮ素子３０から出射される光を効率よく光ファイバ５０に入射できるように、両素子間には非常に高精度な位置合わせが求められる。

ＰＰＬＮ素子３０は、ＳＢＧ（Surface Bragg Grating）３１を備えている。ＳＢＧ３１は、ＰＰＬＮ素子３０の光導波路の一部に設けられた回折格子であり、回折格子の反射条件を満たしたＬＤ素子２０からのレーザ光の一部をフィードバックする機能を有している。ＰＰＬＮ素子３０は、フィードバックされた光をＬＤ素子２０に戻し、ＬＤ素子２０の発振周波数をロックし、第２高調波発生（ＳＨＧ）による波長変換光を出力できるように構成されている。

ＰＰＬＮ素子３０は、前述した様に、高調波として波長変換された緑色レーザ光（「波長変換光」）を出射するとともに、ＬＤ素子２０から入射した波長１０６４ｎｍの近赤外光（「基本波光」）も一部が漏洩して出射する。また、構造上、ＰＰＬＮ素子３０から出射される基本波光及び波長変換光のＸ軸方向の強度分布は同じピーク位置を有している。また、基本波光の強度分布は、なだらかなピークを有しているのに対して、波長変換光の強度分布は、ＳＨＧの特性から決まるシャープなピークを有している。そこで、後述するように、基本波光の強度分布を利用して、粗調整を行ってＰＰＬＮ素子３０の位置を大まかに決定した後に、波長変換光の強度分布を利用して、微調整を行ってＰＰＬＮ素子３０の位置を正確に決定している。詳細については後述する。

光モジュール１において、光導波路型波長変換素子として利用したＰＰＬＮ素子は一例であって、これに限定されるものではない。他の光導波路型波長変換素子であっても、基本波光と高調波光を出射し、両者のＸ軸方向の強度分布のピーク位置が共通するものであれば、他の光学素子を利用することが可能である。

図２は、光モジュール１の製造過程を説明するためのフロー図である。以下、図２に沿って、光モジュール１の製造過程を説明する。

最初に、シリコン基板１０上にマイクロバンプを形成する（図２のＳ１０）。以下、図３及び図４を利用して、シリコン基板１０上にマイクロバンプを形成する過程をより詳しく説明する。

図３（ａ）は、シリコン基板１０の断面図である。

次に、シリコン基板１０全体を酸化性雰囲気中で加熱して、シリコン基板１０上にＳｉＯ₂（二酸化ケイ素）薄膜１１を形成する。また、ＳｉＯ₂薄膜１１上に蒸着によってＴｉ（チタン）薄膜１２を形成する。さらに、Ｔｉ薄膜１２上に蒸着によって厚さ３μｍのＡｕ層１３を成膜する（図３（ｂ）参照）。Ａｕ層１３は、蒸着の他に、スパッタリング又は電気メッキ法等によって形成しても良い。なお、ＳｉＯ₂薄膜１１は、シリコン基板１０と後述するマイクロバンプ１８との間を絶縁する絶縁層として機能する。また、Ｔｉ薄膜１２は、ＳｉＯ₂薄膜１１とＡｕ層１３との密着性を高めるために形成されている。

次に、Ａｕ層１３上に、フォトレジスト層１４を形成し、マスク層１５を配置して、マスク層１５に対応したフォトレジスト１４´が形成されるように紫外線の照射を行う（図３（ｃ）参照）。

次に、ドライエッチングによりフォトレジスト１４´が形成された部分以外のＡｕ層１３及びＴｉ薄膜１２をエッチングして、Ａｕ層パターン１３´を形成する（図３（ｄ）参照）。なお、ドライエッチングの代わりに、ウエットエッチングによりＡｕ層パターン１３´を形成しても良い。

次に、フォトレジスト１４´を除去したのち、再度フォトレジスト層１５を形成し、マスク層１６を配置して、マスク層１６に対応したフォトレジスト１５´が形成されるように紫外線の照射を行う（図４（ａ）参照）。

次に、ドライエッチングによりフォトレジスト１５´が形成された部分以外のＡｕ層パターン１３´をハーフエッチングして、マイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３を形成する（図４（ｂ）参照）。なお、ドライエッチングの代わりに、ウエットエッチングによりマイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３を形成しても良い。なお、ハーフエッチングとは、フォトレジスト１５´が形成された部分以外を全て除去するのではなく、一部が残るようにエッチングを行うことを言う。本例では、フォトレジスト１５´が形成された部分以外では、Ａｕ層パターン１３´の厚さが１μｍになるまでエッチングを行っている。

次に、フォトレジスト１５´を除去して、シリコン基板上にマイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３の形成を完了する（図４（ｃ）参照）。マイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３は、複数の高さ２μｍで直径５μｍの円柱状の突起が１０〜２５μｍピッチで左右均等に配置されたものである。

上述したように、図３（ａ）〜図４（ｃ）の工程によって、シリコン基板１０上にマイクロバンプを形成する（図２のＳ１０参照）。なお、マイクロバンプの突起の形状、高さ、幅、ピッチ等は一例であって、上記に限定されるものではない。マイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３は、スパッタリングによって形成されたＡｕ層１３に基づいており、且つハーフエッチングによって成形されているため、マイクロバンプ１８−１、１８−２及び１８−３に含まれる全ての突起の高さは高精度に均一化されている。

次に、ＬＤ素子２０をシリコン基板１０上に実装する（図２のＳ１１）。

ＬＤ素子２０の実装に際して、少なくとも、マイクロバンプ１８−１の表面を覆っている酸化膜又はコンタミ等の不活性層を、プラズマ洗浄処理することによって表面活性化を行う。表面活性化によって、表面エネルギーの高い原子同士を接触させることができるので、原子間の凝着力を利用して常温で強固に接合することが可能となる。本接合方法は、特別な加熱を要しないことから、熱膨張係数差の残留応力による部品破壊が発生しにくい、部品に対するストレスがなく機能劣化が少ない、等の利点を備えている。

その後、ＬＤ素子２０を表面活性化されたマイクロバンプ１８−１上に実装する（図４（ｄ）参照）。ＬＤ素子２０の接合面にも、Ａｕ層が形成され、その表面は活性化処理が施されている。したがって、マイクロバンプ１８−１の上部に所定の荷重を加えてＬＤ素子２０を実装するだけで、ＬＤ素子２０はマイクロバンプ１８−１上に表面活性化接合により固定される。また、ＬＤ素子２０は、マイクロバンプ１８−１を介して駆動電流の供給を受けるように構成することができる。その際には、マイクロバンプ１８−１を形成するためのＡｕ層パターン１３´に駆動電流を供給用の所定のパターンニングが施されるようにすれば良い。

ＬＤ素子２０の実装は、不図示の電子部品を回路基板上に装着する実装器により行う。なお、ＬＤ素子２０の実装を、後述する調芯用加重実装器２１３を利用して行っても良い。

次に、ＰＰＬＮ素子３０の粗調整を行ってＸ軸方向の位置を定め（図２のＳ１２）、その後ＰＰＬＮ素子３０の微調整を行ってＸ軸方向の位置を正確に決定する（図２のＳ１３）。以下、図５〜図７を用いて、ＰＰＬＮ素子３０の粗調整及び微調整について説明する。

図５は、ＰＰＬＮ素子３０の粗調整及び微調整を行う調整装置１００を説明するための図である。

調整装置１００は、ＣＰＵ及び所定のメモリ等を含むＰＣ等から構成される制御部１１０、ＬＤ素子２０を発光させるための駆動部１１１、ＰＰＬＮ素子３０から出射される光を検出するための検出部１１２、及びＰＰＬＮ素子３０をＸ軸方向に移動可能な稼動機構（不図示）等を含んで構成されている。なお、光検出のためにＰＰＬＮ素子３０から出射される光の有効径は充分に大きいので、検出部１１２は、基板１０の外側に配置することが可能である。また、移動機構は、ＰＰＬＮ素子３０をＸ軸方向に移動するのではなく、固定されたＰＰＬＮ素子３０に対してＬＤ素子が実装された基板１０をＸ軸方向に移動しても良い。

検出部１１２は、所定の光フィルタ切換操作又は光フィルタ切換制御によって、ＰＰＬＮ素子３０から出力される基本波光（波長１０６４ｎｍの近赤外光レーザ光）の強度に応じた検出出力電圧Ｖ１（ｍＶ）、及び、波長変換波光（５３２ｎｍの緑色レーザ光）の強度に応じた検出出力電圧Ｖ２（ｍＶ）の一方を出力する。

制御部１１０は、移動機構によって、ＰＰＬＮ素子３０をＸ軸方向に移動させながら、駆動部１１１を制御してＬＤ素子２０を駆動させてレーザ光をＰＰＬＮ素子３０に入射させ、ＰＰＬＮ素子３０から出射されるレーザ光の強度を検出部１１２で検出する。さらに、制御部１１０は、検出部１１２で検出された検出出力電圧Ｖ１及びＶ２をモニタしながら、Ｘ軸方向におけるＬＤ素子２０に対するＰＰＬＮ素子３０の位置を定める。なお、ＬＤ素子２０に対するＰＰＬＮ素子３０のＺ軸方向の最適位置（最適間隔）は、予め判明しているものとする。

図６は、光の強度分布の一例を示す図である。

図６の横軸は、ピーク位置を０とした場合のずれ量（μｍ）を示し、縦軸は強度を示している。曲線６０は、図５における調整装置１００における検出部１１２が、ＳＢＧ３１を有するＰＰＬＮ素子３０から出力される基本波光を受光した場合の検出出力電圧Ｖ１を正規化（最大値を１．０）したグラフである。また、曲線６１は、ＳＢＧ３１を有するＰＰＬＮ素子３０から出力される波長変換光を受光した場合の検出出力電圧Ｖ２を正規化（最大値を１．０）したグラフである。

図６より、曲線６０において、最大出力の１／２以上の出力が検出できる幅Ｗ１は約４．５μｍであり、曲線６１において、最大出力の１／２以上の出力が検出できる幅Ｗ２は約２．５μｍであることが理解できる。

即ち、最初に、基本波光を利用して粗調整を行い（図２のＳ１２参照）、約４．５μｍの範囲内に、ＰＰＬＮ素子３０の位置を定める。次に、波長変換光を利用して微調整を行い（図２のＳ１３参照）、粗調整により定めた位置近傍で、約２．５μｍの幅を有するシャープな波長変換光のピーク波形を見つける。事前に粗調整を行っているので、シャープな波長変換光のピーク波形であっても容易に見つけることが可能である。一旦、シャープな波長変換光のピーク波形が見つかれば、詳細なピーク位置を決定することも容易である。

図７は、光の強度分布の他の例を示す図である。

図７の曲線６２及び６３は、ＳＢＧ３１を備えていないＰＰＬＮ素子３０´の例を示している。図７の横軸は、ピーク位置を０とした場合のずれ量（μｍ）を示し、縦軸は強度を示している。曲線６２は、図５における調整装置１００における検出部１１２が、ＳＢＧ３１を備えていないＰＰＬＮ素子３０´から出力される基本波光を受光した場合の検出出力電圧Ｖ１を正規化（最大値を１．０）したグラフである。また、曲線６３は、ＳＢＧ３１を備えていないＰＰＬＮ素子３０´から出力される波長変換光を受光した場合の検出出力電圧Ｖ２を正規化（最大値を１．０）したグラフである。

図７より、曲線６２において、最大出力の１／２以上の出力が検出できる幅Ｗ３は約５．６μｍであり、曲線６３において、最大出力の１／２以上の出力が検出できる幅Ｗ４は約１．３μｍであることが理解できる。

ＬＤ素子２０の発振周波数をロックするＳＢＧ３１を備えていないＰＰＬＮ素子３０´を利用した光モジュールであっても、最初に、基本波光を利用して粗調整を行い（図２のＳ１２に相当）、約５．７μｍの範囲内に、ＰＰＬＮ素子３０´の位置を定める。次に、波長変換光を利用して微調整を行い（図２のＳ１３に相当）、粗調整により定めた位置近傍で、約１．３μｍの幅を有するシャープな波長変換光のピーク波形を見つける。事前に粗調整を行っているので、シャープな波長変換光のピーク波形であっても容易に見つけることが可能である。一旦、シャープな波長変換光のピーク波形が見つかれば、詳細なピーク位置を決定することも容易である。

図６に示すＳＢＧ３１を備えたＰＰＬＮ素子３０の場合と比較すると、図７に示す様に、ＳＢＧ３１を有しないＰＰＬＮ素子３０´の場合には、基本波光のピーク波形はよりなだらかとなるが、波長変換光のピーク波形が基本波光のピーク波形よりシャープになるのは、ＳＢＧを備えたＰＰＬＮ素子３０の場合と同様である。したがって、粗調整で基本波光のピーク波形を一旦見つけた後に、微調整を行う場合に、少しだけ、波長変換光のピーク波形を見つけるのに手間が係ることとなる。図６及び図７の例より、ＳＢＧ３１を備えたＰＰＬＮ素子３０を利用した方が、微調整をより容易に行えることが理解できる。

次に、ＰＰＬＮ素子３０をシリコン基板１０上に調芯実装する（図２のＳ１４参照）。前述したように、図２のＳ１３の工程によって、ＰＰＬＮ素子３０のＸ軸方向の位置は既に決定されている。そこで、Ｓ１４の工程では、Ｘ軸方向については、決定された位置にＰＰＬＮ素子を配置すると共に、Ｙ軸方向も最適な位置となるように、実装を行っている。具体的には、ＰＰＬＮ素子に印加する荷重を調整して、マイクロバンプ１８−２のつぶれ量を制御して、ＬＤ素子２０に対するＰＰＬＮ素子３０のＹ軸方向の位置を制御している。

図８は、ＰＰＬＮ素子３０の調芯実装を説明するための図である。

ＰＰＬＮ素子３０の調芯実装には、図８に示す調芯実装装置２００を利用する。調芯実装装置２００は、ＣＰＵ及び所定のメモリ等を含むＰＣ等から構成される制御部２１０、ＬＤ素子２０を発光させるための駆動部２１１、ＰＰＬＮ素子３０から出射される光を検出するための検出部２１２、電子部品をシリコン基板１０上の所定の位置に実装し、且つ実装時に制御量に応じた荷重（Ｎ）を加えることが可能な調芯用荷重実装器２１３等を含んで構成されている。検出部２１２は、ＰＰＬＮ素子３０から出力される波長変換波光（５３２ｎｍの緑色レーザ光）の強度に応じた検出出力電圧Ｖ２（ｍＶ）を出力する。なお、調芯実装装置２００は、図５に示した調整装置１００と兼用することが可能である。その場合、調整装置１００における移動機構の動作は、調芯用荷重実装器２１３が行うこととなる。

ＰＰＬＮ素子３０の実装に際して、少なくとも、マイクロバンプ１８−２の表面を覆っている酸化膜又はコンタミ等の不活性層を、プラズマ洗浄処理することによって表面活性化を行う。また、ＰＰＬＮ素子３０の接合面にも、Ａｕ層が形成され、その表面は活性化処理が施されている。したがって、マイクロバンプ１８−２の上部に所定の荷重を加えてＰＰＬＮ素子３０を実装するだけで、ＰＰＬＮ素子３０はマイクロバンプ１８−２上に表面活性化接合により固定される。

制御部２１０は、駆動部２１１を制御してＬＤ素子２０を駆動させてレーザ光をＰＰＬＮ素子３０に入射させ、ＰＰＬＮ素子３０から出射される波長変換されたレーザ光の強度を検出部２１２で検出する。制御部２１０は、検出部２１２で検出された検出出力電圧Ｖ２をモニタしながら、調芯用荷重実装器２１３を制御してＰＰＬＮ素子３０に印加する荷重を制御する。例えば、制御部２１０は、検出出力電圧Ｖ２が最大となる位置にＰＰＬＮ素子３０が位置決めされるように荷重を制御する。

次に、光ファイバ５０が固定されたサブ基板４０の粗調整を行ってＸ軸方向の位置を定め（図２のＳ１５）、その後サブ基板４０の微調整を行ってＸ軸方向の位置を正確に決定する（図２のＳ１６）。以下、図９及び図１０を用いて、サブ基板４０の粗調整及び微調整について説明する。なお、サブ基板４０のＸ軸方向の位置決定は、前述したＰＰＬＮ素子３０のＸ軸方向の位置決定と同様である。

図９は、サブ基板４０の粗調整及び微調整を行う調整装置１００を説明するための図である。

調整装置１００は、図５で説明したものと同様である。図５との相違点は、検出部１１２が光ファイバ５０の端部に取り付けてある点と、移動機構（不図示）がサブ基板４０に固定された光ファイバ５０をＸ軸方向に移動する点である。なお、移動機構は、サブ基板４０をＸ軸方向に移動するのではなく、固定されたサブ基板４０に対してＬＤ素子２０及びＰＰＬＮ素子３０が実装された基板１０をＸ軸方向に移動しても良い。

制御部１１０は、移動機構によって、サブ基板４０をＸ軸方向に移動させながら、駆動部１１１を制御してＬＤ素子２０を駆動させてレーザ光をＰＰＬＮ素子３０に入射させ、ＰＰＬＮ素子３０を介して光ファイバ５０から出射されるレーザ光の強度を検出部１１２で検出する。さらに、制御部１１０は、検出部１１２で検出された検出出力電圧Ｖ１（基本波光）及び検出出力電圧Ｖ２（波長変換光）をモニタしながら、Ｘ軸方向におけるＰＰＬＮ素子３０に対するサブ基板４０の位置を決定する。なお、ＰＰＬＮ素子３０に対するサブ基板４０のＺ軸方向の最適位置（最適間隔）は、予め判明しているものとする。また、光ファイバ５０のＰＰＬＮ素子３０と対向していない他端にＦＣコネクタを取付け、ＦＣコネクタを検出部１１２にセットする様にしても良い。

図１０は、図９に示す検出部で検出した光の強度分布の一例を示す図である。

図１０の横軸は、ピーク位置を０とした場合のずれ量（μｍ）を示し、縦軸は強度を示している。曲線６４は、図９における調整装置１００における検出部１１２が、ＳＢＧ３１を有するＰＰＬＮ素子３０を介して光ファイバ５０から出力される基本波光を受光した場合の検出出力電圧Ｖ１を正規化（最大値を１．０）したグラフである。また、曲線６５は、ＳＢＧ３１を有するＰＰＬＮ素子３０を介して光ファイバ５０から出力される波長変換光を受光した場合の検出出力電圧Ｖ２を正規化（最大値を１．０）したグラフである。

図１０より、曲線６４において、最大出力の１／２以上の出力が検出できる幅Ｗ５は約８．５μｍであり、曲線６５において、最大出力の１／２以上の出力が検出できる幅Ｗ６は約５．０μｍであることが理解できる。

即ち、最初に、基本波光を利用して粗調整を行い（図２のＳ１５参照）、約８．５μｍの範囲内に、サブ基板４０の位置を定める。次に、波長変換光を利用して微調整を行い（図２のＳ１６参照）、粗調整により定めた位置近傍で、約５．０μｍの幅を有するシャープな波長変換光のピーク波形を見つける。事前に粗調整を行っているので、シャープな波長変換光のピーク波形であっても容易に見つけることが可能である。一旦、シャープな波長変換光のピーク波形が見つかれば、詳細なピーク位置を決定することも容易である。

次に、光ファイバ５０を固定したサブ基板４０をシリコン基板１０上に調芯実装し（図２のＳ１７）、一連の製造工程を終了する。前述したように、図２のＳ１６の工程によって、サブ基板４０のＸ軸方向の位置は既に決定されている。そこで、Ｓ１７の工程では、Ｘ軸方向については、決定された位置にサブ基板４０を配置すると共に、Ｙ軸方向も最適な位置となるように、調整を行っている。具体的には、サブ基板４０に印加する荷重を調整して、マイクロバンプ１８−３のつぶれ量を制御して、ＰＰＬＮ素子３０に対するサブ基板４０のＹ軸方向の位置を制御している。

図１１は、サブ基板４０の調芯実装を説明するための図である。

サブ基板４０の調芯実装では、図８で説明したものと同様の調芯実装装置２００を利用する。図８で説明した場合との相違点は、検出部２１２が光ファイバ５０の端部に取り付けてある点と、調芯用荷重実装器２１３がサブ基板４０を実装する点である。

サブ基板４０の実装に際して、少なくとも、マイクロバンプ１８−３の表面を覆っている酸化膜又はコンタミ等の不活性層を、プラズマ洗浄処理することによって表面活性化を行う。また、サブ基板４０の接合面にも、Ａｕ層が形成され、その表面は活性化処理が施されている。したがって、マイクロバンプ１８−３の上部に所定の荷重を加えてサブ基板４０を実装するだけで、サブ基板４０はマイクロバンプ１８−３上に表面活性化接合により固定され、ＰＰＬＮ素子３０と光ファイバ５０とは光結合される。

制御部２１０は、駆動部２１１を制御してＬＤ素子２０を駆動させてレーザ光をＰＰＬＮ素子３０に入射させ、ＰＰＬＮ素子３０を介して光ファイバから出射される波長変換されたレーザ光の強度を検出部２１２で検出する。制御部２１０は、検出部２１２で検出された検出出力電圧Ｖ２をモニタしながら、調芯用荷重実装器２１３を制御してサブ基板４０に印加する荷重を制御する。例えば、制御部２１０は、検出出力電圧Ｖ２が最大となる位置にサブ基盤４０が位置決めされるように荷重を制御する。

上述した図２に示す製造工程によって、ＬＤ素子２０、ＰＰＬＮ素子３０及び光ファイバ５０が固定されたサブ基板４０が、シリコン基板１０上に結合されて、光モジュール１が製造される。これによって、ＬＤ素子２０、ＰＰＬＮ素子３０及び光ファイバ５０は、それぞれ精度良く、光結合されることとなる。

図１２（ａ）は完成された他の光モジュール２の側面図であり、図１２（ｂ）は光モジュール２の上面図である。

図１２に示す光モジュール２において、図１に示す光モジュール１との相違点は、光モジュール２が、ＳＢＧ３１を備えていないＰＰＬＮ素子３０´を有する代わりに、ＦＢＧ（Fiber Bragg Grating）５１を備えている光ファイバ５０´を有している点である。他の構成は図１に示す光モジュール１と同様である。また、図１２においても、シリコン基板１０の平面上における光学素子どうしの左右方向をＸ軸、シリコン基板１０の平面上における光学素子間の前後方向をＺ軸、シリコン基板１０の平面からの高さ方向をＹ軸と定めた。

図１２に示す光モジュール２は、光モジュール１と同様に、図２に示す製造工程にしたがって製造することが可能である。なお、光モジュール２におけるＰＰＬＮ素子３０´の粗調整（図２のＳ１２に相当）及びＰＰＬＮ素子３０´の微調整（図２のＳ１３に相当）の際に、図５に示す検出部１１２で検出される光の強度分布は、図７と同様のグラフとなる。

なお、光モジュール２では、ＳＢＧ３１を備えていないＰＰＬＮ素子３０´を利用していることから、ＰＰＬＮ素子３０´に対してサブ基板４０の位置合わせを行う際に、光ファイバ５０から出力される所定の出力レベル以上の光の強度分布がうまく得られない可能性がある。そこで、光モジュール２では、ＦＢＧ５１を備えた光ファイバ５０´を利用している。

ＦＢＧ５１は、光ファイバ内に設けられた回折格子であり、回折格子の反射条件を満たした入射光の一部をフィードバックする機能を有している。光ファイバ５０は、フィードバックされた光をＬＤ素子２０に戻してＬＤ素子２０の発振周波数をロックし、第２高調波発生（ＳＨＧ）による波長変換光を出力できるように構成されている。

図１３は、他の光モジュール２における光の強度分布の一例を示す図である。

図１３は、図９に示す調整装置１００を利用して、光モジュール２において、サブ基板４０の粗調整（図２のＳ１５に相当）及び微調整（図２のＳ１６に相当）を行う場合に、検出部１１２で検出される検出出力電圧を示したグラフである。

図１３の横軸は、ピーク位置を０とした場合のずれ量（μｍ）を示し、縦軸は強度を示している。曲線６６は、図９における調整装置１００における検出部１１２が、ＳＢＧ３１を有しないＰＰＬＮ素子３０´を介してＦＢＧ５１を有する光ファイバ５０´から出力される基本波光を受光した場合の検出出力電圧Ｖ１を正規化（最大値を１．０）したグラフである。また、曲線６７は、ＳＢＧ３１を有しないＰＰＬＮ素子３０´を介してＦＢＧ５１を有する光ファイバ５０´から出力される波長変換光を受光した場合の検出出力電圧Ｖ２を正規化（最大値を１．０）したグラフである。

図１３より、曲線６６において、最大出力の１／２以上の出力が検出できる幅Ｗ７は約３．９μｍであり、曲線６７において、最大出力の１／２以上の出力が検出できる幅Ｗ８は約２．８μｍであることが理解できる。

即ち、最初に、基本波光を利用して粗調整を行い（図２のＳ１５に相当）、約３．９μｍの範囲内に、サブ基板４０の位置を定める。次に、波長変換光を利用して微調整を行い（図２のＳ１６に相当）、粗調整により定めた位置近傍で、約２．８μｍの幅を有するシャープな波長変換光のピーク波形を見つける。事前に粗調整を行っているので、シャープな波長変換光のピーク波形であっても容易に見つけることが可能である。一旦、シャープな波長変換光のピーク波形が見つかれば、詳細なピーク位置を決定することも容易である。

図１０に示すＳＢＧ３１を備えた場合と比較して、図１３に示す様に、ＳＢＧ３１を備えず且つＦＢＧ５１を備える場合でも、基本波光のピーク波形はよりシャープになるのはＳＢＧ３１を備えたＰＰＬＮ素子３０の場合と同様である。

なお、図１に示す光モジュール１において、ＦＢＧ５１を有する光ファイバ５０´をフィードバック系としてＳＢＧと併用することも可能である。

１、２ 光モジュール
１０ シリコン基板
１８−１、１８−２及び１８−３ マイクロバンプ
２０ ＬＤ素子
３０ ＰＰＬＮ素子
３１ ＳＢＧ
４０ サブ基板
５０ 光ファイバ
５１ ＦＢＧ
１００ 調整装置
１１０ 制御部
１１１ 駆動部
１１２ 検出部
２００ 調芯実装装置
２１０ 制御部
２１１ 駆動部
２１２ 検出部
２１３ 調芯用荷重実装器

Claims (10)

1. 基板上に接合された光源素子及び光学素子を含む光モジュールの製造方法において、
   前記基板上に前記光源素子を接合し、
   前記光源素子から光を出射させながら、前記光学素子を移動させ、前記光学素子を通して出射される基本波光を検出し、
   検出された前記基本波光の波形に基づいて、前記光学素子の配置の粗調整を行い、
   前記粗調整後に、前記光源素子から光を出射させながら、前記光学素子を移動させ、前記光学素子から出射される高調波光を検出し、
   検出された前記高調波光の波形に基づいて、前記光学素子の配置位置を決定する、
   工程を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
2. 決定された前記光学素子の配置位置に基づいて、前記光学素子を前記基板に接合する工程を更に有する、請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
3. 前記光学素子は光導波路型波長変換素子であって、前記高調波光は波長変換光である、請求項１又は２に記載の光モジュールの製造方法。
4. 前記光導波路型波長変換素子は、ＳＢＧを有している、請求項３に記載の光モジュールの製造方法。
5. 前記基本波光を検出する工程及び前記高調波光を検出する工程では、前記光導波路型波長変換素子を前記光源素子に対して、左右方向に移動させる、請求項３又は４に記載の光モジュールの製造方法。
6. 前記光学素子はサブ基板に固定された光ファイバである、請求項１〜３の何れか一項に記載の光モジュールの製造方法。
7. 前記光ファイバは、ＦＢＧを有している、請求項６に記載の光モジュールの製造方法。
8. 前記基本波光を検出する工程及び前記高調波光を検出する工程では、前記サブ基板を前記光源素子に対して、左右方向に移動させる、請求項６又は７に記載の光モジュールの製造方法。
9. 前記基板上の前記光源素子及び前記光学素子が接合される箇所に、接合用バンプ構造を形成する工程を更に有する、請求項１〜８の何れか一項に記載の光モジュールの製造方法。
10. 前記接合用バンプは、Ａｕから構成されるとともに、表面活性化接合により前記光源素子及び前記光学素子に接合される、請求項９に記載の光モジュールの製造方法。

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