JP3348122B2 - 光伝送モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信、光ＬＡＮ、光
Ｉ／Ｆ等の分野で用いられる光伝送モジュール及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光伝送モジュールにおいては、そ
の用途により構成する要素（受発光素子、光ファイバ
等）が異なる。例えば、将来における情報伝達の高速
化、大容量化を考えると、光信号を高速にパラレルで伝
送する方法が予想され、その中でも長距離伝送領域では
半導体レーザアレイと単一モード光ファイバ、中短距離
伝送領域においては発光ダイオードアレイ（ＬＥＤＡ）
とマルチモード光ファイバの組合わせが考えられる。具
体的には、その第一の従来例として、特開平４−３６１
２１０号公報に「発光素子アレイ又は受光素子アレイと
光ファイバアレイの接続装置及びその実装方法」として
開示されているものがある。これは、傾斜したスライド
面が形成され光ファイバアレイをその長さ方向に調整可
能に保持した治具と、この治具のスライド面と相互にス
ライド可能な傾斜した係合面が形成され発光素子アレイ
（又は受光素子アレイ）を保持した治具とを有する接続
装置において、係合面上にスライド面を設置して移動さ
せることにより、受発光素子アレイと単一モードの光フ
ァイバアレイとの高精度な位置合わせを行っている。

【０００３】また、第二の従来例として、特開平４−１
５７４０５号公報に「光素子モジュール」として開示さ
れているものがある。これは、基板の金属配線パターン
の配線パッド部上に半田バンプを介して接着固定される
端面受発光型光素子と、その基板の一部に設けられたＶ
溝に位置決め固定される光ファイバとを組付け位置合わ
せする際に、溶融する半田のセルフアライメント作用と
その塗布量との制御を行うことによって、基板の水平方
向と垂直方向との取付け位置合わせ精度を確保しようと
している。また、端面受発光型光素子と光ファイバとの
間に球レンズを挿入し、フィールドパターンの整合を図
ることによって高効率な光結合を得ようとすると共に、
球レンズから所定距離だけ離れた位置に光ファイバを固
定することによって衝突による破損のおそれをなくして
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したような実用化
レベルの光伝送用半導体レーザは端面発光型の構造であ
り、ここから出射される光信号を効率良く数ミクロンの
コア径をもつ単一モード光ファイバへ入射させるには、
高精度な位置合わせ結合方法を考える必要がある。ま
た、高精度な位置合わせ結合方法を実現させると共に、
光信号伝送モジュール自体の大きさについても、現在の
銅配線ケーブルを用いる構造により簡素化及び小型化、
軽量化が要求される。特に、データバス等に用いられる
１Ｂｙｔｅ（＝８ｂｉｔ）を基本単位にするパラレルデ
ータ伝送においては、大容量化かつ装置モジュールの小
型化を同時に達成することが急務になっている。前述し
た第一の従来例や第二の従来例によれば、このような要
望に応えうる。

【０００５】しかし、第一の従来例では、第一放熱のた
めのヒートシンク上に実装された半導体等の発光素子ア
レイ又は受光素子アレイと光ファイバとをある配列ピッ
チで規定している光ファイバ整列用のガイド基板が必要
となる他に、固定用の金属性ステムやマウントさらには
ブロック等が必要となり、このため装置の小型化に自ず
と限界が生じ、しかも、部品材料の面からも低コスト化
を図ることができない。また、この種の装置は製造の面
でも部品点数が多種多様であることから、ｘ，ｙ，ｚの
各直交軸及び回転軸の調整が大変であり、モジュール各
部における組付実装の困難さがある。

【０００６】第二の従来例では、実装上の困難さや高精
度な位置精度の実現を図ると共に、端面受発光型光素子
から発光される光を数μｍの径をもつ光ファイバに効率
良く入射させるために、球レンズ（この他に、マイクロ
レンズ等）を採用している、しかし、この場合、取付け
位置精度を確保するために、溶融した半田によるバンプ
接合を行っている。半田バンプは、端面型受発光素子の
チップ上に形成された配線パッド部上に、チタン／タン
グステン合金／銅という３層の金属層を蒸着した後、銅
と半田（Ｐｂ−Ｓｎ、９４：６）をバイメタル合金上に
電気メッキさせ、最後にリフローすることにより形成し
ている。このため、半田バンプと基板の熱膨張係数値の
違いによりサーマルサイクル中に相互接続不良が発生し
たり、リフロー時の残留フラックスが端面受発光型光素
子に欠陥を生じさせるなどして信頼性に問題が生じる。
また、端面受発光型光素子をアレイ化した場合、駆動電
流などの電気的制御数がアレイ化させた分だけ増えるこ
とから、信頼性の確保が一層厳しくなることが予想さ
れ、さらに、セルフアライメント作用や塗布量制御によ
って水平方向及び垂直方向の位置精度を確保することが
難しくなる。しかも、半田バンプを使用することは、そ
の構成上低コスト化に自ずと限界がある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】 請求項１記載の発明で
は、複数本の光信号伝送用光ファイバと少なくとも１本
の位置合わせ用光ファイバとを光ファイバ整列用ガイド
基板上に設置固定し、ついで、前記光ファイバ整列用ガ
イド基板の光ファイバ配列方向に沿って位置合わせ用光
ファイバの位置まで到達しないような溝を形成し、前記
位置合わせ用光ファイバの側面に端面型半導体光素子を
当接させて光ファイバ配列方向に形成された前記溝に前
記端面型半導体光素子を背面固定するようにした。

【０００８】請求項２記載の発明では、発光部又は受光
部からなる受発光素子が複数個配列されてなる受発光素
子アレイと、この受発光素子アレイの受発光素子とそれ
ぞれ光結合を行う光信号伝送用光ファイバが複数個配列
されてなる光信号伝送用光ファイバアレイとを備え、前
記各受発光素子と前記各光信号伝送用光ファイバとの間
で光信号を結合して伝送させる光結合構造を有する光伝
送モジュールにおいて、前記受発光素子として端面型半
導体光素子を用い、前記光信号伝送用光ファイバの配列
ピッチを規定して固定する光ファイバ整列用ガイド基板
上にスクリーン印刷法による厚膜の位置合わせ用配線パ
ターンを形成し、この位置合わせ用配線パターンに沿っ
て前記端面型半導体光素子を位置決めし前記光ファイバ
整列用ガイド基板上に固定した。

【０００９】請求項３記載の発明では、請求項２記載の
発明において、位置合わせ用配線パターンを導電性ペー
ストにより印刷し、この導電化された位置合わせ用配線
パターンを光ファイバ整列用ガイド基板上に実装する端
面型半導体光素子の共通の電源供給部とした。

【００１０】

【作用】 請求項１記載の発明においては、光信号伝送用
光ファイバ及び位置合わせ用光ファイバを光ファイバ整
列用ガイド基板上に一括して固定した後、位置合わせ用
光ファイバだけを残してしかも端面型半導体光素子と直
接的な光結合が行えるように光信号伝送用光ファイバの
先端部に溝を形成させているため、端面型半導体光素子
を光ファイバ整列用ガイド基板上に簡単に背面実装さ
せ、光信号伝送用光ファイバとの高精度な位置合わせを
行うことが可能となる。

【００１１】請求項２記載の発明においては、位置合わ
せ用配線パターンに沿って端面型半導体光素子を位置決
めすることにより、高精度な位置合わせを行えると共
に、製造上の簡略化を図ることが可能となる。

【００１２】請求項３記載の発明においては、位置合わ
せ用配線パターンを導電性とすることにより、端面型半
導体光素子との電気的な接続を簡単に行い、構造上の簡
易化を図ることが可能となる。

【００１３】

【実施例】本発明の基礎となる構成の第一の構成例を図
１〜図５に基づいて説明する。図１は、第一の例として
の光伝送モジュールの全体構成を示すものである。基板
１上には受発光素子アレイとしての面入射型フォトダイ
オード２（以下、ＰＤＡ２と呼ぶ）のチップがマウント
されており、このＰＤＡ２は受発光素子としての受光部
３がＸ方向に直線状に配列して構成されている。これら
受光部３の上部には、それぞれ光信号伝送用光ファイバ
４が対向配置されており、これにより光信号伝送用光フ
ァイバアレイ５を構成している。なお、受光部３の一端
のパターンと基板１上に形成されたパターン１ａとはボ
ンディングワイヤ６により電気的に接続されている。本
構成例では、このような受光部３と光ファイバ４との間
で光信号を結合して伝送させる光結合構造を有する光伝
送モジュールにおいて、ｎ個（ここでは、８個）の受光
部３に対して、光結合及び位置合わせを行うための光信
号伝送用光ファイバ４を少なくともｎ＋１本（ここで
は、１０本）配設したものである。

【００１４】このような構成において、受光部３と光信
号伝送用光ファイバ４との間における組付け時の位置合
わせ方法について述べる。光信号伝送用光ファイバアレ
イ５の１０本の光信号伝送用光ファイバ４のうち、内側
の８本が実際に伝送に使用される光信号伝送用光ファイ
バ（以下、伝送用光ファイバ４ａと呼ぶ）であり、両端
の２本が位置合わせ用として用いられる光信号伝送用光
ファイバ（以下、位置合わせ用光ファイバ４ｂと呼ぶ）
である。この場合、光信号伝送用光ファイバアレイ５の
１０本は２５０μｍピッチで配置されており、また、Ｐ
ＤＡ２のチップサイズはその光信号伝送用光ファイバア
レイ５のサイズにほぼ等しく、両端の位置合わせ用光フ
ァイバ４ｂの内側にＰＤＡ２チップが収まるようになっ
ている。また、図２（ｂ）に示すように、ここでは、受
光部３のＸ方向の伝送領域の長さはＸａ＝２．１２５ｍ
ｍとし、両端部における長さはそれぞれ０．１２５ｍｍ
とする。また、受光部３のＹ方向への長さを０．５ｍｍ
とし、その受光部のＸ方向への幅を０．２ｍｍとする。
以下、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の具体的な位置合わせ方法を図２
（ａ）に基づいて述べる。まず、光ファイバ配列方向と
平行なＸ方向への位置決めについては、両端の位置合わ
せ用光ファイバ４ｂ間で位置決めを行った後、横方向か
らのＸ軸用モニタカメラ７により光ファイバ自体にたわ
みや曲げがないかどうかを調べる。また、Ｙ方向への位
置決めについては、予め、基板１上に光ファイバ径に相
当する穴８（又は溝）やアライメントマーク９を形成し
たり、ＰＤＡ２のチップ上にアライメントマーク１０を
形成しておき、上方又は下方からＹ軸用モニタカメラ１
１を用いてモニタリングしながら光ファイバ先端をそれ
らのマークに合わせることにより、位置決めを行うこと
ができる。さらに、Ｚ軸方向（光軸方向）への位置決め
については、伝送用光ファイバ４ａと位置合わせ用光フ
ァイバ４ｂとの長さの差Δｈをマウント全体の設計上に
おいて調整しておき、Ｚ軸用モニタカメラ１２（Ｙ軸調
整用としても用いることができる）を用いて位置決め調
整する。

【００１５】図３は、Ｚ軸の位置合わせ許容値の試算結
果を示すものである。横軸は受光面からの距離Ｚ（ｍ
ｍ）を示し、縦軸は相対光出力電流値を示す。ここで
は、ＰＤＡ受光サイズ２００μｍ×２５０μｍ、コア５
０μｍで、開口数（Ｎ．Ａ）は約０．２のマルチモード
光ファイバであり、受発光素子として、端面発光型発光
ダイオードを用いた。この図３からわかるように、受光
面から０．４ｍｍ位までは結合損失がないことがわかる
ため、チップのダイボンディング精度が数１０μｍ程度
に抑えられることを考えると、光ファイバ長差Δｈの設
定にはかなりの余裕をもつことができる。また、図４
は、各Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の位置合わせを一括して行う例を示
したものである。この場合、位置合わせ用として位置合
わせ用光ファイバ４ｂを設ける他に、光信号伝送用光フ
ァイバアレイ５を予めＰＤＡ２のチップの縦横サイズに
合うように数段（ここでは２段）重ね合わせるように位
置合わせ用光ファイバ４ｃを設けたものであり、これに
より位置合わせを一段と簡単に行うことができる。

【００１６】次に、第二の例を図５に基づいて説明す
る。ここでは、受発光素子アレイとして端面型発光ダイ
オードアレイ１３（以下、端面型ＬＥＤＡ１３と呼ぶ）
を用い、光信号伝送用光ファイバアレイ５と光結合する
ようにしたものである。端面型ＬＥＤＡ１３上には受発
光素子としての発光部１４が複数個（ここでは、２個）
形成されており、この端面型ＬＥＤＡ１３はベース基板
１５上に固定されている。一方、光信号伝送用光ファイ
バアレイ５の伝送用光ファイバ４ａと位置合わせ用光フ
ァイバ４ｂとは、光ファイバ整列用ガイド基板としての
ガイド基板１６のＶ溝１７上に配列されている。基本的
な位置合わせ方法は、第一の構成例の場合と同様であ
る。ここでは、Ｚ軸の調整方法としては、伝送用光ファ
イバ４ａと位置合わせ用光ファイバ４ｂとの長さの差Δ
ｈを調整しておき、横方向（Ｘ方向）からのモニタリン
グを行いながら位置合わせ用光ファイバ４ｂの先端部を
端面型ＬＥＤＡ１３のチップ後端に合わせるような位置
調整を行ったり、そのチップ後方に位置合わせ用光ファ
イバ４ｂ用のストッパ部品（図示せず）を設置してお
き、その光ファイバを移動させることによりＺ方向の位
置決めを行うことができる。なお、ここでは、簡略化の
ために送信２チャンネル分のみを示したが、何チャンネ
ルでもかまわない。また、ここで用いるガイド基板１６
としては、例えばＫＯＨ溶液による単結晶シリコンの異
方性エッチングで作製されるシリコン製の基板があり、
Ｖ溝１７のピッチ精度等には問題はなく、この他に、切
削加工によるガラスやセラミック製のものや、プラスチ
ック成形によるものを用いてもよい。

【００１７】上述したように、ｎ個の受発光素子（ここ
では、８個の受光部３、又は、２個の発光部１４をもつ
端面型ＬＥＤＡ１３）に対して、ｎ＋１本以上の光信号
伝送用光ファイバ（ここでは、１０本、又は、４本から
なる伝送用光ファイバ４ａと位置合わせ用光ファイバ４
ｂ）を用いて、光結合及び位置合わせを行うことによ
り、受発光素子の発光部又は受光部と光信号伝送用光フ
ァイバとの間で、高効率にかつバラツキの小さい光結合
を行うことができる。また、これにより、従来組付け位
置合わせ調整に必要であった部品を削減して小型化を図
ることができ、製造工程を簡略化させ、実装上の容易化
を図ることができる。

【００１８】次に、本発明の第二の構成例を図６〜図８
に基づいて説明する。なお、前述の第一の構成例と同一
部分についての説明は省略し、その同一部分については
同一符号を用いる。

【００１９】本構成例では、図６に示すように、受発光
素子アレイとして端面型半導体光素子（端面型ＬＥＤＡ
１３）を用い、複数本（ここでは、２本）の光信号伝送
用光ファイバ（伝送用光ファイバ４ａのアレイ状テープ
ファイバ）の配列を規定して固定する光ファイバ整列用
ガイド基板（Ｓｉからなるガイド基板１６）上に送受信
に関与しない位置合わせ用光ファイバ４ｂを少なくとも
１本（ここでは、２本）併設し、ガイド基板１６上の位
置合わせ用光ファイバ４ｂに沿って端面型ＬＥＤＡ１３
を位置決めするようにしたものである。

【００２０】ここで、端面型ＬＥＤＡ１３の受発光素子
としての発光部１４が各伝送用光ファイバ４ａのコアの
光軸中心に対向するようにして、端面型ＬＥＤＡ１３を
ガイド基板１６上に背面実装する時の位置合わせ方法に
ついて述べる。従来の位置合わせ調整方法としては、Ｙ
軸方向については、フリップチップ実装時における高さ
をコントロールすることにより、Ｚ軸方向については、
端面型ＬＥＤＡ１３と伝送用光ファイバ４ａとを突き合
わせることにより調整することができたが、Ｘ軸方向に
関しては微妙な光軸中心へ対する位置合わせを行うこと
ができなかった。そこで、本実施例のように、Ｘ軸方向
への微妙な位置合わせを位置合わせ用光ファイバ４ｂを
用いて行うようにした。

【００２１】以下、Ｘ軸方向への位置合わせを中心に背
面実装について述べる。まず、伝送用光ファイバ４ａ及
び位置合わせ用光ファイバ４ｂをガイド基板１６上に設
置した後、図７（ａ）に示すように、フェイスダウンし
た端面型ＬＥＤＡ１３を、位置合わせ用光ファイバ４ｂ
に沿うようにして所定の位置に配置させる。なお、端面
型ＬＥＤＡ１３のチップ及びガイド基板１６のＶ溝１７
の寸法は予め最適化されている。また、端面型ＬＥＤＡ
１３は、ガイド基板１６の凸部に形成された配線パター
ン１８を通して、駆動回路部（図示せず）に電気的に接
続されている。この導電層である配線パターン１８は、
通常のスクリーン印刷で導電性の金ペーストを塗布し、
その凸部だけに導電層を塗布することにより形成でき
る。また、ガイド基板１６のＶ溝１７に形成された導電
層は駆動又は受動アンプ回路部（図示せず）に接続され
ており、この回路の作製方法としては予めガイド基板１
６上にハイブリッド一体化して作製させるか、又は、別
基板上に形成させておき、別途接続させるという方法を
とる。この時の印刷条件は、 金ペースト：ＴＲ１３０１（田中貴金属インターナショ
ナル製） マスク ：３２５メッシュレスステンレススクリーン 乾燥 ：１０±５分間室温レベリング→１２０±５°
Ｃ、 １５＋５分間乾燥 焼成 ：ピーク温度８５０±１°Ｃ、ピーク１０±１分
保持、 入口−出口６０±３分間 として示すことができる。このようにして形成されたガ
イド基板１６上に、図７（ｂ）に示すように、端面型Ｌ
ＥＤＡ１３を背面実装し固定するわけであるが、接続は
半田バンプではなく、導電性ポリマーバンプによるフリ
ップチップ接続であるため、端面型ＬＥＤＡ１３側にバ
ンプ層を形成する必要がある。そこで、端面型ＬＥＤＡ
１３のチップにバンプ層を形成し接続する工程〜に
ついて説明する。

【００２２】誘電性ポリマー保護膜の形成工程：スク
リーン印刷により端面型ＬＥＤＡ１３のパッド以外の領
域にポリイミドの誘電ポリマー保護膜を印刷する。これ
により、バンプ層のバリアとして、保護膜としての役割
をする。導電性ポリマー層のバンプ形成工程：スクリ
ーン印刷により端面型ＬＥＤＡ１３のパッド上に導電性
ポリマー層のバンプ層を形成し、ＩＲ（赤外線）硬化さ
せる。フリップチップ接続工程：端面型ＬＥＤＡ１３
とガイド基板１６とを接着する。半田バンプのようなセ
ルフアライメントの作用はないが、位置合わせ用光ファ
イバ４ｂを用いることにより、Ｘ軸方向の位置合わせに
ついては何ら問題は生じない。また、安定した接合は、
プリップチップのアライメント／ボンダー装置で加熱さ
れた台上で、１５０°Ｃ／１０分の硬化を行うことによ
り完了する。なお、誘電性ポリマー保護膜及び導電性ポ
リマー層には、エポキシ社製のものを用いた。

【００２３】このような一連のバンプ層形成工程は、プ
ロセスが簡単で、半田、フラックス、洗浄が不要である
ことや、従来の金属系を使用しないことなどから、銀マ
イグレーションやパッド間の電気的絶縁性に対して優れ
た信頼性の高い素子を作製することができる。そして、
このようにして作製した端面型ＬＥＤＡ１３をガイド基
板１６上の位置合わせ用光ファイバ４ｂを用いて実装さ
せて光結合系を構成することにより、端面型ＬＥＤＡ１
３の発光部１４から出力される光信号を効率良く、実装
形態としては、位置精度よりも、特性、信頼性、コスト
面で優れた他の表面実装技術を使用してもよい。

【００２４】なお、前記各部の構成材料について述べて
おく。端面型ＬＥＤＡ１３が放つ光は半導体レーザのよ
うな指向性のある光ではなく、基本的には前後左右の５
方向に発散しているため、隣接ビット間に２５０μｍの
間隔があっても、漏れ光が乱反射等の何らかの原因で光
ファイバのＮ．Ａ（開口率）内に入ってしまうと、光学
的なクロストークが生じて光伝送における誤り率を悪化
させてしまうが、本構成では各チャンネルはガイド基板
１６上のＶ溝１７によって隔離されており、そのような
問題が生じることはない。この端面型ＬＥＤＡ１３は、
ｐ型ＧａＡｓ基板上に２５０μｍのピッチで形成されて
いる。その素子数は光伝送モジュールを何に使うかによ
って決まってくるが、例えば単純に１チャンネルの信号
伝送の場合には、最低２個の発光部１４を配置しておけ
ば補償用のチャンネル分を１個用意したことになるた
め、信頼性の高い伝送を行うことができる。コンピュー
タ用の汎用インターフェイスにおける１バイト単位のパ
ラレルデータ伝送の場合は、伝送用に８チャンネル（こ
の他に制御ラインが何本かある場合がある）という構成
になる。このような端面型ＬＥＤＡ１３としては、発光
ダイオード（ＬＥＤ）の他に、レーザダイオード（Ｌ
Ｄ）、フォトダイオード（ＰＤ）などが考えられるが、
ここでは消費電力や熱対策の点で優位である発光ダイオ
ード型アレイで実施したものについて述べている。ま
た、光ファイバとしては、ＧＩ（グレードインデック
ス）型のマルチモードファイバを用いており、コア径５
０μｍ、クラッド径は１２５μｍで、２５０μｍピッチ
のシート状のファイバになっている。端面型半導体光素
子でも、半導体レーザを用いる場合は、シングルモード
のファイバを使用するが、コア径が１０μｍ以下である
ため出力光との結合が難しく、レンズを必要とする場合
がある。

【００２５】ここで、端面型ＬＥＤＡ１３の積層構造を
図８に基づいて述べる。ｐ型ＧａＡｓ基板１９上には、
ＭＯＶＰＥ法によりｐ型ＧａＡｓバッファ層２０、バン
ドギャップの大きいｐ型Ａｌ_０．_４Ｇａ_０．_６Ａｓクラ
ッド層２１、発光層であるＡｌ_０．_２Ｇａ_０．_８Ａｓ
活性層２２、ｎ型Ａｌ_０．_４Ｇａ_０．_６Ａｓクラッド層
２３、ｎ型ＧａＡｓキャップ層２４、ｎ＋ 型ＧａＡｓ
コンタクト層２５の各層が順次積層されている。このよ
うな積層構造はダブルヘテロ構造と呼んでおり、この積
層構造の表面のコンタクト層２５から基板面まで、アレ
イ方向に対して直角に基板に達する分離溝（図示せず）
がドライエッチング（塩素ガスを使用）法によってエッ
チングされ形成されており、この分離溝により各発光部
１４同士が電気的に分離された状態となっている。ま
た、発光部１４のコンタクト層２５上にはＡｕ−Ｇｅ／
Ｎｉ／Ａｕからなるｎ側電極２６が形成され、また、基
板の裏面にはＡｕ−Ｚｎ／Ａｕからなるｐ側電極２７が
形成されている。このような構造とされた端面型ＬＥＤ
Ａ１３は、膜特性の均一性に優れたＭＯＶＰＥ法により
作製されているため、１チップ内においては、光出力の
バラツキが±５％以下になっている。なお、このような
半導体素子に用いられる材料としては、ＩＩＩ−ＶＩ
族化合物半導体であるＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧ
ａＩｎＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＰ、Ｉｎ
ＡｌＰ、ＧａＡｓＰ、ＧａＮ、ＩｎＡｓ、ＩｎＡｓＰ、
ＩｎＡｓＳｂ等、或いは、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体で
あるＺｅＳｅ、ＺｅＳ、ＺｅＳＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ
Ｓｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＣｄＴｅ等、さらには、ＩＶ−Ｖ
Ｉ族化合物半導体であるＰｂＳｅ、ＰｂＴｅ、ＰｂＳｎ
Ｓｅ、ＰｂＳｎＴｅ等であり、それぞれの材料の長所を
生かして積層構造に適用することができる。また、活性
層２２としては、ＡｌＧａＡｓ系の材料を用いた場合、
ＧａＡｓ又はＡｌ組成が０より大きく０．４５より小さ
い値をもつＡｌＧａＡｓが用いられ、この場合にはクラ
ッド層２１，２３は活性層２２よりも禁制帯幅の広いＡ
ｌＧａＡｓを用いればよい。

【００２６】上述したように、少なくとも１本併設され
た位置合わせ用光ファイバ４ｂに沿って端面型ＬＥＤＡ
１３を位置決めしガイド基板１６上に固定することによ
り、端面型ＬＥＤＡ１３のガイド基板１６への背面実装
の工程を高精度に保ちながら簡略化させることができ
る。また、このような背面実装を行うことにより、端面
型ＬＥＤＡ１３の発光部１４と伝送用光ファイバ４ａと
の間の光学的クロストークの改善等を行い、光結合効率
を一段と向上させることができる。

【００２７】次に、請求項１記載の発明の一実施例を図
９に基づいて説明する。なお、前述の構成例と同一部分
についての説明は省略し、その同一部分については同一
符号を用いる。

【００２８】本実施例では、前述した第二の構成例にお
ける光伝送モジュールの製造方法に関するものである。
すなわち、複数本の伝送用光ファイバ４ａと少なくとも
１本の位置合わせ用光ファイバ４ｂとをガイド基板１６
上に設置固定する光ファイバ固定工程と、ガイド基板１
６の光ファイバ配列方向Ｘに沿って位置合わせ用光ファ
イバ４ｂの位置まで到達しないような溝２８を形成する
溝形成工程と、光ファイバ配列方向Ｘに形成された溝２
８に端面型ＬＥＤＡ１３を背面固定する光素子背面固定
工程とにより、光伝送モジュールの実装を行うようにし
たものである。以下、具体的な製造方法を図９（ａ）〜
（Ｃ−１，２）について述べる。

【００２９】まず、光ファイバ固定工程においては、伝
送用光ファイバ４ａと位置合わせ用光ファイバ４ｂとの
光信号伝送用光ファイバアレイ５を一括してガイド基板
１６上に配置する。この時、各光ファイバの長さは揃っ
ておく必要はなく、ガイド基板１６の長さほどに設定し
ておけばよい（ａ）。次に、溝形成工程においては、そ
の光信号伝送用光ファイバアレイ５が設置されたガイド
基板１６の途中の端面型ＬＥＤＡ１３を背面実装する部
分を、伝送用光ファイバ４ａと共に、光ファイバ配列方
向Ｘに沿って溝加工機２９により加工を行い、基板上に
溝２８を形成する。この時、位置合わせ用光ファイバ４
ｂは削らないように注意して加工する。この加工された
溝２８の幅は、背面実装する光素子の幅よりも狭くし
て、光素子実装後の安定度を確保しなければならない。
このような溝加工は、切断される伝送用光ファイバ４ａ
についても、ある程度確保する必要があり、例えば、放
電ドレッサーによる高精度加工や超薄型ＳｉＣブレード
による切断加工などがある（ｂ）。次に、光素子背面固
定工程においては、端面型ＬＥＤＡ１３のチップを裏返
してその一側端を位置合わせ用光ファイバ４ｂに合わ
せ、そのファイバ側面に沿ってチップを背面配置させる
ことにより、端面型ＬＥＤＡ１３の発光部１４が溝２８
内に収まり、発光部１４と伝送用光ファイバ４ａの中心
部とが対向配置される（ｃ−１，ｃ−２）。なお、この
場合、前述したような導電性ポリマーバンプによる電気
接続等を前もってチップ側かガイド基板１６の凸部側に
施しておくことにより、端面型ＬＥＤＡ１３と外部駆動
回路とを電気的に接続させることもできる。従って、こ
のようにして背面実装を行うことにより、端面型ＬＥＤ
Ａ１３の発光部１４を伝送用光ファイバ４ａの光軸中心
付近に高精度に配置させることができ、これにより高効
率な光結合を実現させることができる。

【００３０】次に、第三の構成例を図１０〜図１２に基
づいて説明する。なお、前述の構成例及び実施例と同一
部分についての説明は省略し、その同一部分については
同一符号を用いる。

【００３１】本構成例では、第一及び第二の構成例の光
伝送モジュールにおいて、光信号伝送用光ファイバアレ
イ５の両端に位置する２本の光ファイバを光ビームが入
射する位置合わせ用光ファイバ４ｂとして用い、伝送用
光ファイバ４ａと受発光素子（発光部１４等）との位置
合わせの際、２本の位置合わせ用光ファイバ４ｂから出
力されるそれぞれの光ビームをモニタして光信号伝送用
光ファイバアレイ５と受光素子アレイ（端面型ＬＥＤＡ
１３等）を光結合させる光ビームモニタ手段を設けたも
のである。以下、具体例を挙げて述べる。

【００３２】まず、端面型ＬＥＤＡ１３に光信号伝送用
光ファイバアレイ５を近づける際に、２本の位置合わせ
用光ファイバ４ｂに光を入射させて、図１０（ｂ）に示
すように、その出力光となる光ビーム３０（モニタ光）
を端面型ＬＥＤＡ１３のチップ後方から光ビームモニタ
手段としてのモニタカメラ３１によりモニタしながら、
Ｘ軸方向の位置合わせを行う。その後、図１０（ａ）に
示すように、端面型ＬＥＤＡ１３を位置合わせ用光ファ
イバ４ｂ間に実装する。図１２（ａ）は、位置合わせ用
光ファイバ４ｂに対する端面型ＬＥＤＡ１３の配設位置
が適正な場合の光ビーム３０の状態を示し、また、図１
２（ｂ）はチップ位置がずれている場合、図１２（ｃ）
は相対的な位置ずれが生じている場合の様子を示す。こ
の場合、例えば、チップ位置がずれていれば、一方の光
ビーム３０がチップに蹴られてしまうため、これら２つ
の光パワーの変化をモニタすることによって位置合わせ
を行うことができる。このように、図１２（ｂ）（ｃ）
の状態から図１２（ａ）の状態となるように補正しなが
ら位置合わせを行うことにより、図１１に示すような適
正位置に配置させることができ、これにより、組付け製
造上の簡易化を図ることができると共に、低コスト化を
実現することができる。

【００３３】次に、請求項２，３記載の発明の一実施例
を図１３に基づいて説明する。なお、前述の第一及び第
二の構成例と実施例記載の発明と同一部分についての説
明は省略し、その同一部分については同一符号を用い
る。

【００３４】本実施例では、これまで述べてきたような
位置合わせ用光ファイバ４ｂを用いて位置合わせを行う
のではなく、ガイド基板１６上に簡単な方法で位置合わ
せ用のアライメントマークを形成し、端面型ＬＥＤＡ１
３を背面実装させるようにしたものである。すなわち、
図１３に示すような光伝送モジュールにおいて、伝送用
光ファイバ４ａの配列ピッチを規定して固定するガイド
基板１６上にスクリーン印刷法による位置合わせ用配線
パターン（前記アライメントマークに相当する）として
の厚膜パターン３２を形成し、この厚膜パターン３２に
沿って端面型ＬＥＤＡ１３を位置決めしてガイド基板１
６上に固定した。また、この場合、厚膜パターン３２を
導電性ペーストにより印刷し、この導電化された厚膜パ
ターン３２をガイド基板１６上に実装する端面型ＬＥＤ
Ａ１３の共通の電源供給部とした。以下、具体例を〜
の工程順に基づいて述べる。

【００３５】 ガイド基板１６の凸部のフラットな領
域に外部回路（図示せず）と接続するための導電性ペー
ストの塗布を行う。 ガイド基板１６上の導電性ペー
ストをスクリーン印刷によりパターンニングして、チッ
プ位置合わせ用の厚膜パターン３２を形成する。 厚
膜パターン３２に沿って端面型ＬＥＤＡ１３のチップを
背面実装する。この時、バンプ接合によりガイド基板１
６の厚膜パターン３２とは電気的な接続が行われる。
端面型ＬＥＤＡ１３の共通電極側とガイド基板１６上
の厚膜パターン３２との間の接続、及び、その厚膜パタ
ーン３２と外部回路との間の接続を、ボンディングワイ
ヤ６を用いて行う。 伝送用光ファイバ４ａをガイド
基板１６のＶ溝１７（凹部）に挿入して固定する。

【００３６】これにより、例えば、パターンの大きさが
１００μｍ角位で、高さが１０μｍ前後程度の厚膜パタ
ーン３２をガイド基板１６上に形成することができる。
このようにして導電性ペーストによるスクリーン印刷法
を用いて形成された厚膜パターン３２を有する端面型Ｌ
ＥＤＡ１３のチップとガイド基板１６との接続を行った
後に、外部回路と接続を行うようにしたので、チップの
設置場所を回路基板から離せるようになり、ボンティン
グワイヤ６等の機械的接続の制限を受けることがなくな
り、これにより、製作上の簡易化を得ることができると
共に、高精度な位置合わせを行うことができる。また、
これにより信頼性の高い光データ信号の伝送を行うこと
ができる。

【００３７】また、この他に、溝形成工程（前述した請
求項３記載の発明の一部）と組み合わせて工程順序を変
えて作成することもできる。すなわち、まず、厚膜パタ
ーン３２の印刷されたガイド基板（）に伝送用光フ
ァイバ４ａを固定（）した後、その厚膜パターン３２
を目印として溝加工を行い、最後に端面型ＬＥＤＡ１３
のチップ実装及び電気的な接続を行うことによって所望
とする背面実装を行うこともできる。

【００３８】

【発明の効果】 請求項１記載の発明は、複数本の光信号
伝送用光ファイバと少なくとも１本の位置合わせ用光フ
ァイバとを光ファイバ整列用ガイド基板上に設置固定
し、ついで、前記光ファイバ整列用ガイド基板の光ファ
イバ配列方向に沿って位置合わせ用光ファイバの位置ま
で到達しないような溝を形成し、前記位置合わせ用光フ
ァイバの側面に端面型半導体光素子を当接させて光ファ
イバ配列方向に形成された前記溝に前記端面型半導体光
素子を背面固定するようにしたので、端面型半導体光素
子を光ファイバ整列用ガイド基板上に簡単に背面実装さ
せることができると共に、光信号伝送用光ファイバとの
高精度な位置合わせを行うことができる。

【００３９】請求項２記載の発明は、発光部又は受光部
からなる受発光素子が複数個配列されてなる受発光素子
アレイと、この受発光素子アレイの受発光素子とそれぞ
れ光結合を行う光信号伝送用光ファイバが複数個配列さ
れてなる光信号伝送用光ファイバアレイとを備え、前記
各受発光素子と前記各光信号伝送用光ファイバとの間で
光信号を結合して伝送させる光結合構造を有する光伝送
モジュールにおいて、前記受発光素子として端面型半導
体光素子を用い、前記光信号伝送用光ファイバの配列ピ
ッチを規定して固定する光ファイバ整列用ガイド基板上
にスクリーン印刷法による厚膜の位置合わせ用配線パタ
ーンを形成し、この位置合わせ用配線パターンに沿って
前記端面型半導体光素子を位置決めし前記光ファイバ整
列用ガイド基板上に固定したので、高精度な位置合わせ
を行うことができると共に、製造上の簡略化を図ること
ができる。

【００４０】請求項３記載の発明は、請求項５記載の発
明において、位置合わせ用配線パターンを導電性ペース
トにより印刷し、この導電化された位置合わせ用配線パ
ターンを光ファイバ整列用ガイド基板上に実装する端面
型半導体光素子の共通の電源供給部としたので、端面型
半導体光素子との電気的な接続を簡単に行い、構造上の
簡易化を図れると共に、信頼性の高い光データの信号伝
送を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の構成例の第一の例である光伝送
モジュールの全体構成を示す斜視図である。

【図２】（ａ）は組付け時におけるＸＹＺ軸方向への位
置合わせの様子を示す斜視図、（ｂ）は位置合わせ領域
を示す平面図である。

【図３】Ｚ軸方向への位置合わせ許容値の実験結果を示
す特性図である。

【図４】（ａ）は位置決めの変形例を示す斜視図、
（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。

【図５】本発明の第一の構成例の第二の例を示すもので
あり、（ａ）は光伝送モジュールの全体構成を示す斜視
図、（ｂ）は位置合わせ領域の形状を示す平面図、
（ｃ）は（ｂ）の側面図である。

【図６】本発明の第二の構成例を示すものであり、
（ａ）は光伝送モジュールの全体構成を示す斜視図、
（ｂ）は端面型半導体光素子の形状を示す斜視図であ
る。

【図７】（ａ）は端面型半導体光素子を位置決めしてい
る時の様子を示す正面図、（ｂ）はその位置合わせ後の
様子を示す正面図である。

【図８】端面型半導体光素子の発光部の形状を示す断面
図である。

【図９】請求項１記載の発明の一実施例を示す製造方法
の工程図である。

【図１０】本発明の第三の構成例を示すものであり、
（ａ）はモニタ光により位置合わせを行った後の様子を
示す平面図、（ｂ）はモニタ光を用いて位置合わせを行
っている時の様子を示す平面図である。

【図１１】モニタ光により位置合わせした後の様子を示
す背面図である。

【図１２】（ａ）はモニタ光を用いた位置合わせが位置
ずれなく適正配置な場合の様子を示す模式図、（ｂ）は
チップ位置がずれている場合の様子を示す模式図、
（ｃ）は相対的な位置ずれにより若干傾斜している場合
の様子を示す模式図である。

【図１３】請求項２，３記載の発明の一実施例を示すも
のであり、ガイド基板上に導電性の位置合わせ用配線パ
ターンが形成されている場合の様子を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

２ 受発光素子アレイ ３ 受光部（受発光素子） ４，４ａ 光信号伝送用光ファイバ ４ｂ 位置合わせ用光ファイバ（光
信号伝送用光ファイバ） ５ 光信号伝送用光ファイバアレ
イ １３ 端面型半導体光素子（受発光
素子アレイ） １４ 発光部（受発光素子） １６ 光ファイバ整列用ガイド基板 ２８ 溝 ３０ 光ビーム ３１ 光ビームモニタ手段 ３２ 位置合わせ用配線パターン

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数本の光信号伝送用光ファイバと少な
   くとも１本の位置合わせ用光ファイバとを光ファイバ整
   列用ガイド基板上に設置固定し、ついで、前記光ファイ
   バ整列用ガイド基板の光ファイバ配列方向に沿って位置
   合わせ用光ファイバの位置まで到達しないような溝を形
   成し、前記位置合わせ用光ファイバの側面に端面型半導
   体光素子を当接させて光ファイバ配列方向に形成された
   前記溝に前記端面型半導体光素子を背面固定するように
   したことを特徴とする光伝送モジュールの製造方法。
2. 【請求項２】 発光部又は受光部からなる受発光素子が
   複数個配列されてなる受発光素子アレイと、この受発光
   素子アレイの受発光素子とそれぞれ光結合を行う光信号
   伝送用光ファイバが複数個配列されてなる光信号伝送用
   光ファイバアレイとを備え、前記各受発光素子と前記各
   光信号伝送用光ファイバとの間で光信号を結合して伝送
   させる光結合構造を有する光伝送モジュールにおいて、
   前記受発光素子として端面型半導体光素子を用い、前記
   光信号伝送用光ファイバの配列ピッチを規定して固定す
   る光ファイバ整列用ガイド基板上にスクリーン印刷法に
   よる厚膜の位置合わせ用配線パターンを形成し、この位
   置合わせ用配線パターンに沿って前記端面型半導体光素
   子を位置決めし前記光ファイバ整列用ガイド基板上に固
   定したことを特徴とする光伝送モジュール。
3. 【請求項３】 位置合わせ用配線パターンを導電性ペー
   ストにより印刷し、この導電化された位置合わせ用配線
   パターンを光ファイバ整列用ガイド基板上に実装する端
   面型半導体光素子の共通の電源供給部としたことを特徴
   とする請求項２記載の光伝送モジュール。