JP4060023B2 - 光導波路送受信モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数に分離したシリコン基板等の基板と光導波路（Planar Lightwave Circuit）基板（以下「ＰＬＣ基板」という。）をハイブリッド集積した平面実装型の光導波路送受信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光加入者システム向け光端末装置には、小型集積化、多機能化、価格の低減等が要求されており、これら要求を解決する有効なデバイスとして光導波路を採用した光モジュールが一般化しつつある。また、従来の光導波路とシリコン基板とを一体にしたシリコンプラットフォーム構造では、製造プロセスの複雑性や、単位ウエハ当りの製造数量が制限されること等から、シリコン基板とＰＬＣ基板をハイブリッド集積した平面実装型の光導波路送受信モジュールが種々提案されている。以下、図２〜図４を参照しつつ、従来の光導波路送受信モジュールの構造について説明する。
【０００３】
図２は、従来の同期式転送モード受動光ネットワーク（Synchronous Transfer Mode Passive Optical Network 、以下「ＳＴＭ−ＰＯＮ」という。）及びπ−ＰＯＮシステムを代表とする光導波路送受信モジュールの斜視図である。
この光導波路送受信モジュールは、シリコン基板１を有し、このシリコン基板１上に光導波路層２が形成されている。光導波路層２は、例えば、石英ガラスをスパッタ法で堆積し、高温アニール処理によりガラス化工程を施して形成される。このように、光導波路層２とシリコン基板１とが一体形成されてシリコンプラットフォーム基板が構成されている。光導波路層２内には、双方向通信用の２分岐型の光導波路３が形成されている。光導波路３は、入／出射端面３ａ〜３ｄを有し、この分岐部３ｅに溝が切られて波長選択用のフィルタ４が嵌め込まれている。なお、フィルタ４を除いたものがπ−ＰＯＮである。
光導波路３の端面３ａ，３ｂに対向するシリコン基板１上には、半導体レーザ等の発光素子５とホトダイオード等の受光素子６とが、半田付け等によって固定されている。光導波路３の端面３ｃ，３ｄには、光コネクタによって光ファイバが接続されるようになっている。
【０００４】
例えば、ＳＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールでは、発光素子５と受光素子６が異なる時間（タイミング）で動作するようになっている。発光素子５が動作すると、この発光素子５から光が出射され、この光が光導波路３の端面３ａに入射される。端面３ａに入射された光は、光導波路３中を伝送され、分岐部３ｅに設けられたフィルタ４で波長選択され、例えば端面３ｃから出射され、光コネクタを介して光ファイバへ送られる。一方、光ファイバから送られてきた光は、光コネクタを介して例えば端面３ｃに入射される。入射された光は、フィルタ４で波長選択され、端面３ｂから出射される。出射された光は、受光素子６で受光され、電気信号に変換されて出力される。また、光ファイバから送られてきた波長の異なる光は、端面３ｃに入射された後、フィルタ４で波長選択されて端面３ｄから出射される。
【０００５】
図３は、従来の非同期式転送モード受動光ネットワーク（Asynchronous Transfer Mode PON、以下「ＡＴＭ−ＰＯＮ」という。）システムに対応した光導波路送受信モジュールの斜視図である。
このＡＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールは、図２とほぼ同様の光部品構成となっているが、光導波路層２内に形成される光導波路３Ａの形状と、発光素子５及び受光素子６の固定位置とが、図２と異なっている。即ち、光導波路３Ａとシリコン基板１が一体に形成されたシリコンプラットフォーム基板において、その光導波路３Ａに入／出射端面３ｂ〜３ｄが形成されている。端面３ｂに対向するシリコン基板１上には、受光素子６が半田付け等によって固定され、これから離れた端面３ｄに対向するシリコン基板１上に、発光素子５が半田付け等によって固定されている。端面３ｃには、光コネクタによって光ファイバが接続されるようになっている。
【０００６】
このＡＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールでは、発光素子５と受光素子６が同時に動作するようになっているので、送信及び受信信号のクロストーク性能が要求される。このため、発光素子５と受光素子６の間隔をなるべく広げてシリコン基板１上に実装し、この発光素子５と受光素子６の間のシリコン基板１を介した電磁結合による電気クロストークの悪影響を低減するようにしている。
【０００７】
図４は、従来のシリコン基板とＰＬＣ基板をそれぞれハイブリッド集積したπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの斜視図である。
このπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールは、表面が平らなシリコン基板７を有し、このシリコン基板７の表面に、エッチングによって光ファイバ整列搭載用のＶ字エッチング溝（以下「Ｖ溝」という。）８が形成されている。シリコン基板７上には、発光素子５と受光素子６が半田付け等によって固定されている。発光素子５、受光素子６及びＶ溝８に対向するシリコン基板７上には、予め製造されたＰＬＣ基板９が樹脂、半田等で固定される。ＰＬＣ基板９は、主にシリコン、石英またはポリイミド等の母材基板に光導波路３Ｂとなる光回路を積層形成したものである。光導波路３Ｂには、発光素子５、受光素子６及びＶ溝８に対向する入／出射端面３ａ〜３ｃが設けられている。
【０００８】
このπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールでは、Ｖ溝８内に光ファイバが挿入され、樹脂で接着される。例えば、発光素子５から出射された光は、光導波路３Ｂの端面３ａに入射される。入射された光は、分岐部３ｅを通って端面３ｃから出射され、Ｖ溝８内の光ファイバへ送られる。一方、光ファイバから送られてきた光は、光導波路３Ｂの端面３ｃに入射される。入射された光は、分岐部３ｅを通って端面３ｂから出射される。出射された光は、受光素子６で受光され、電気信号に変換されて出力される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の図２〜図４に示す光導波路送受信モジュールでは、次の（１）〜（３）のような課題があった。
（１） 図２及び図３の光導波路送受信モジュールの構造の場合
図２及び図３のような光導波路送受信モジュールは、光導波路３，３Ａとシリコン基板１とが一体になったシリコンプラットフォーム構造であるので、例えば、シリコンウエハに多数の光導波路送受信モジュール領域を設け、この各領域のシリコン基板１上に、配線パターン等の電気回路部品を形成すると共に、石英ガラス等をスパッタ法で堆積して光導波路層２を形成し、その後、発光素子５及び受光素子６を半田付け等によってシリコン基板１上に固定するようになっている。このため、製造プロセスが複雑であり、またウエハ上に形成される各光導波路送受信モジュール領域を少し広めに確保して製造作業の容易化を図る必要があるので、単位ウエハ当りの製造数量が制限される等の問題が生じる。
【００１０】
また、光導波路層２の製造プロセスにおいて、高温アニール処理によって石英導波路結晶のガラス化工程を実施する必要がある。しかし、このような高温アニール処理を行うと、シリコン基板１のシリコン結晶に欠陥が生じるため、高精度なＶ溝エッチング形成が難しく、レセプタクル構造（光ファイバの着脱機能を有する光コネクタ構造）の実現が困難である。このため、光導波路３，３Ａの端面３ｃ，３ｄに光ファイバアレイ等を接続する際に、光軸を一致させるための光学調心接続が必須となり、この接続作業に手数を要していた。
【００１１】
（２） 図３のＡＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの場合
発光素子５と受光素子６を同時に動作させるようになっているので、送信及び受信信号の優れたクロストーク性能が要求される。このため、シリコン基板１上に実装される発光素子５と受光素子６の電気クロストークを低減させる方法として、これらの各素子５，６の搭載位置間隔を広げる目的でシリコン基板寸法を大きくする必要があり、これによってモジュールが大型化するという問題があった。
【００１２】
（３） 図４のπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの場合
このπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールでは、シリコン基板７とＰＬＣ基板９をそれぞれ分離して製造できるので、製造プロセスを簡略化でき、単位ウエハ当りの製造数量も増大する。また、シリコン基板７上にＶ溝８が一体形成されているので、このＶ溝８内に光ファイバを挿入して樹脂で接着すれば、この光ファイバと光導波路３Ｂの端面３ｃとの光軸が一致するので、該光ファイバの光学無調心実装が可能となる。しかし、このπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの場合でも、前記（２）と同様に、このモジュールをＡＴＭ−ＰＯＮシステム用に使用する場合、発光素子５と受光素子６との間のシリコン基板７を介した電気クロストーク性能を確保するため、このシリコン基板７の寸法を大きくしなければならない。さらに、構造的にＰＬＣ基板９への波長選択用フィルタ４の挿入が困難となるため、ＳＴＭやＡＴＭ対応等の汎用性に欠けるといった問題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のうちの第１の発明は、複数に分離した基板をハイブリッド集積した平面実装型の光導波路送受信モジュールにおいて、平らな表面に凸部収容用の第１の溝が形成されると共に、その平らな表面に位置合せ用の第１のマーカが形成されたシリコン基板等の第１の基板と、前記第１の基板と同一厚さを有し、平らな表面に凸部収容用の第２の溝と光ファイバ収容用の第３の溝とが形成されると共に、その平らな表面に位置合せ用の第２のマーカが形成されたシリコン基板等の第２の基板と、前記第１又は第２の基板のいずれか一方の表面に位置合せされて固着された半導体レーザ等の発光素子と、ホトダイオード等の受光素子と、ＰＣＬ基板等の第３の基板とを備えている。
【００１４】
前記受光素子は、前記発光素子が固着された基板とは異なる前記第２又は第１の基板のいずれか一方の表面に位置合せされて固着されている。また、前記第３の基板は、前記第１及び第２の溝に対向する裏面の位置に、光導波路や電極等の厚みによる凸部が形成されると共に、前記第３の溝の端部、前記発光素子の発光部及び前記受光素子の受光部にそれぞれ対向する側面の位置に、光導波路の入射端面及び出射端面が形成され、前記第１及び第２のマーカを基準に位置合せされて該裏面の一部が前記第１及び第２の基板の表面の一部に固着されている。
【００１５】
このような構成を採用したことにより、発光素子と受光素子が異なる基板に半田付け等によって固着されているので、該発光素子と受光素子との間の基板を介した電気クロストークが低減される。
【００１６】
第２の発明では、第１の発明の基板分離型の光導波路送受信モジュールにおいて、前記第３の溝の端部、前記発光素子の発光部及び前記受光素子の受光部にそれぞれ対向する前記第１及び第２の溝側に、ダイシングによってダイシング溝を形成している。これにより、例えば、接着剤を用いて第１、第２及び第３の基板間を接着する場合、余分な接着樹脂がダイシング溝に流れ込み、発光素子及び受光素子への浸入が阻止される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、π−ＰＯＮシステム等に適用可能な本発明の第１の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図である。
この光導波路送受信モジュールでは、光素子を搭載した第１の基板（例えば、シリコン基板）１０と、このシリコン基板１０と同一の厚さを有する光ファイバ接続用の第２の基板（例えば、シリコン基板）２０と、光導波路が形成された第３の基板（例えば、ＰＬＣ基板）３０とを分離し、これらの基板１０，２０，３０をハイブリッド集積した平面実装型の構造をしている。
【００１８】
シリコン基板１０は、表面が平らになっており、この表面に第１の溝が形成（例えば、エッチングによってエッチング溝１１が形成）されている。エッチング溝１１は、ＰＬＣ基板３０の裏面側の凸部３３を収容するための溝である。エッチング溝１１の形成により、このエッチング溝１１の近傍のシリコン基板表面の平らな箇所に、ＰＬＣ基板３０を固着するための接合面１４，１５が形成される。エッチング溝１１と隣接して、ダイシングによってダイシング溝１６が形成されている。ダイシング溝１６に隣接するシリコン基板１０の表面には、配線パターンが形成されており、この配線パターン上に、半導体レーザ等の発光素子１８とホトダイオード等の受光素子１９とが半田付け等によって接続されている。発光素子１８は、電気信号が印加されると、活性層等の発光部１８ａから光を出射する素子である。受光素子１９は、外部からの光を受光部１９ａで受光し、これを電気信号に変換して出力する素子である。
【００１９】
シリコン基板１０と対向して配置されるシリコン基板２０は、表面が平らになっており、この平らな表面に第２の溝と第３の溝が形成（例えば、エッチングによってエッチング溝２１とＶ溝２２が形成）されている。第２の溝であるエッチング溝２１は、ＰＬＣ基板３０の裏面側の凸部３３を収容するための溝であり、このエッチング溝２１の形成によってこの近傍のシリコン基板表面に接合面２４，２５が形成される。接合面２４，２５は、ＰＬＣ基板３０を固着するための面である。第３の溝であるＶ溝２２は、光ファイバ整列搭載用の溝であり、この溝に光ファイバを挿入して樹脂等で固着すれば、該光ファイバの光軸が調整された状態で固定される。エッチング溝２１とＶ溝２２との間には、ダイシングによってダイシング溝２６が形成されている。
【００２０】
シリコン基板１０，２０上に固着されるＰＬＣ基板３０は、例えば、シリコン、石英またはポリイミド等の母材基板に光導波路３１となる光回路を積層形成したものである。光導波路３１は、２分岐型構造をしており、中心に光伝送用のコアが形成され、この周りに光を包み込むクラッドが形成されている。この光導波路３１の入／出射端面３１ａ〜３１ｃが、ＰＬＣ基板３０の側面に形成され、これらの端面３１ａ，３１ｂと端面３１ｃとが分岐部３１ｅによって結合されている。光導波路コア周辺のクラッド凸部３３が、ＰＬＣ基板３０の裏面側に形成され、この凸部３３の近傍のＰＬＣ基板の裏面の平らな箇所に、接合面３４，３５が形成されている。接合面３４，３５は、シリコン基板１０，２０の接合面１４，１５，２４，２５に固着するための面である。このＰＬＣ基板３０では、接合面３４，３５から光導波路コアまでの高さが、発光素子１８の発光部１８ａと受光素子１９の受光部１９ａ、及び光ファイバコアの高さと同一になるように設定されている。
【００２１】
このような光導波路送受信モジュールは、例えば、次のようにして製造される。
ウエハの状態でそれぞれ多数のシリコン基板１０側のチップ、シリコン基板２０側のチップ、及びＰＬＣ基板３０側のチップを形成し、ダイシングによって各チップを分離する。シリコン基板１０とシリコン基板２０を、所定間隔隔てて対向して配置する。シリコン基板１０，２０の表面の接合面１４，１５，２４，２５上に、ＰＬＣ基板３０の裏面の接合面３４，３５を載置し、これらの接合面１４，１５，２４，２５と接合面３４，３５とを樹脂あるいは半田等で接着し、該シリコン基板１０，２０上にＰＬＣ基板３０を固定する。面方向に対する位置調整には、各シリコン基板１０，２０の表面に高精度に形成された金属あるいはＶ溝マーカ等の画像認識合せを行う。これにより、発光素子１８の発光部１８ａと光導波路３１の端面３１ａとが対向し、受光素子１９の受光部１９ａと光導波路３１の端面３１ｂとが対向し、Ｖ溝２２の端部と光導波路３１の端面３１ｃとが対向し、これらの光軸が一致した状態で固定される。
【００２２】
このようにして製造された光導波路送受信モジュールでは、Ｖ溝２２内に光ファイバを挿入して樹脂等で固定する。そして、発光素子１８及び受光素子１９を動作させると、この発光素子１８の発光部１８ａから出射された光が、光導波路３１の端面３１ａへ入射される。入射された光は、光導波路３１の分岐部３１ｅを通って端面３１ｃから出射され、Ｖ溝２２内の光ファイバへ送られる。一方、光ファイバから送られてきた光は、光導波路３１の端面３１ｃに入射される。入射された光は、光導波路３１の分岐部３１ｅを通って端面３１ｂから出射される。出射された光は、受光素子１９の受光部１９ａで受光され、電気信号に変換されて出力される。このように、光導波路３１と発光素子１８、受光素子１９及び光ファイバとを同時に光学結合させることにより、送受信モジュールとしての機能が得られる。
【００２３】
この第１の実施形態では、次の（ａ）、（ｂ）のような効果がある。
（ａ） シリコン基板１０，２０とＰＬＣ基板３０とをそれぞれ分離して製造するようにしたので、製造プロセス工程を簡略化でき、単位ウエハ当りの製造数量を増大できる。さらに、シリコン基板２０にＶ溝２２を形成しているので、このＶ溝２２内に光ファイバを挿入して樹脂等で固定することにより、該光ファイバの無調心実装等を実現できる。
（ｂ） シリコン基板１０，２０とＰＬＣ基板３０は、これらの一部の小面積の接合面１４，１５，２４，２５，３４，３５によって固着しているので、接着面積を小さくできる。これにより、各基板１０，２０，３０の反りや線膨張率の差から生じる歪み、応力集中、接着強度の劣化等を低減できる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図５は、ＳＴＭ−ＰＯＮシステム等への応用例である本発明の第２の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図であり、第１の実施形態を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この第２の実施形態の光導波路送受信モジュールでは、図１のシリコン基板２０に、Ｖ溝２２の他に、他のＶ溝２３がエッチングにより同時に形成されている。また、ＰＬＣ基板３０に形成される光導波路３１Ａは、入／出射端面３１ａ〜３１ｄを有し、これらを結合する分岐部３１ｅに、例えば、ダイシングにより溝が切られて波長選択用のフィルタ３２が嵌め込まれている。その他の構成は、図１と同様である。
【００２５】
この光導波路送受信モジュールの製造方法では、予め、シリコン基板１０側のチップと、シリコン基板２０側のチップと、ＰＬＣ基板３０側のチップとが製造されている。そして、シリコン基板１０，２０の接合面１４，１５，２４，２５上に、ＰＬＣ基板３０の接合面３４，３５が載置され、これらの接合面１４，１５，２４，２５，３４，３５が樹脂あるいは半田等で接着されている。
【００２６】
このような光導波路送受信モジュールでは、各Ｖ溝２２，２３に光ファイバをそれぞれ挿入して樹脂等で固定する。発光素子１８及び受光素子１９を動作させると、例えば、発光素子１８の発光部１８ａから出射された光が、光導波路３１Ａの端面３１ａに入射される。入射された光は、光導波路３１Ａの分岐部３１ｅに設けられた波長選択用フィルタ３２で波長選択され、例えば端面３１ｃから出射される。出射された光は、Ｖ溝２２に挿入された光ファイバへ送られる。一方、Ｖ溝２２内の光ファイバから送られてきた光は、光導波路３１Ａの端面３１ｃに入射される。入射された光は、波長選択用フィルタ３２で波長選択され、例えば端面３１ｂから出射される。出射された光は、受光素子１９の受光部１９ａで受光され、電気信号に変換されて出力される。また、Ｖ溝２２内の光ファイバから送られてきた波長の異なる光は、光導波路３１Ａの端面３１ｃに入射される。入射された光は、波長選択用フィルタ３２で波長選択されて端面３１ｄから出射される。出射された光は、Ｖ溝２３に挿入された光ファイバへ送られる。
【００２７】
このように、光導波路３１Ａの分岐部３１ｅに波長選択用フィルタ３２を挿入しているので、２波長信号を用いた双方向通信が可能となる。
この第２の実施形態では、第１の実施形態の効果（ａ）、（ｂ）と同様の効果が得られる上に、次のような効果もある。即ち、各基板１０，２０，３０を分離したので、該ＰＬＣ基板３０への波長選択用フィルタ３２の挿入が容易になる。
【００２８】
（第３の実施形態）
図６は、ＡＴＭ−ＰＯＮシステム等への応用例である本発明の第３の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図であり、第１及び第２の実施形態を示す図１及び図５中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
例えば、ＡＴＭ−ＰＯＮシステムに用いられる光導波路送受信モジュールでは、発光素子１８と受光素子１９が同時に動作し、これらの間のシリコン基板を介して電気クロストークが生じて悪影響を及ぼすので、２つの分離されたシリコン基板１０，２０のうち、一方のシリコン基板１０の表面に受光素子１９を半田付け等で固定し、他方のシリコン基板２０の表面に発光素子１８を半田付け等で固定している。
【００２９】
また、シリコン基板２０の表面には、光ファイバ挿入用のＶ溝２２の形成時に、同時にこの近傍にエッチング溝２６を形成している。この溝２６は、例えば、Ｖ溝２２内に光ファイバを固定する時の接着樹脂が、発光素子１８側へ流れ込むのを防止している。シリコン基板１０，２０上に接続されるＰＬＣ基板３０には、光導波路３１Ｂが形成されている。光導波路３１Ｂは、入／出射端面３１ｂ〜３１ｄを有し、これらを結合する分岐部３１ｅに、例えば、ダイシングにより溝が切られて波長選択用フィルタ３２が嵌め込まれている。
【００３０】
この光導波路送受信モジュールの製造方法では、第１あるいは第２の実施形態と同様に、予め、シリコン基板１０側のチップと、シリコン基板２０側のチップと、ＰＬＣ基板３０側のチップとが製造され、このシリコン基板１０，２０の接合面１４，１５，２４，２５上に、ＰＬＣ基板３０の裏面側の接合面３４，３５が載置され、これらの接合面１４，１５，２４，２５，３４，３５が樹脂あるいは半田等で接着される。
【００３１】
このようにして製造された光導波路送受信モジュールでは、例えば、発光素子１８から出射された光が、光導波路３１Ｂの端面３１ｄへ入射される。入射された光は、光導波路３１Ｂの波長選択用フィルタ３２で波長選択され、端面３１ｃから出射される。出射された光は、Ｖ溝２２内に挿入された光ファイバへ送られる。一方、Ｖ溝２２内に挿入された光ファイバから光が入射されると、光導波路３１Ｂの端面３１ｃに入射される。入射された光は、波長選択用フィルタ３２で波長選択され、端面３１ｂから出射される。出射された光は、受光素子１９で受光されて電気信号に変換される。
このように、図５のモジュールと同様、光導波路３１Ｂの分岐部３１ｅに波長選択用フィルタ３２を挿入することにより、２波長信号を用いた双方向通信が可能となる。
【００３２】
この第３の実施形態では、第１及び第２の実施形態の効果が得られる上に、次の（ｃ）〜（ｅ）のような効果もある。
（ｃ） 発光素子１８搭載側のシリコン基板２０と、受光素子１９搭載側のシリコン基板１０とを分離したので、これらの発光素子１８及び受光素子１９間のシリコン基板を介して生じる電気クロストークを著しく低減できる。さらに、従来のように電気クロストークを低減するために発光素子１８と受光素子１９との間隔を広げる必要がないので、シリコン基板１０と２０を縮小して接近させることができる。このため、シリコン基板寸法の縮小によるウエハからの製造数量の増大が可能である。
【００３３】
（ｄ） 本実施形態のような光導波路送受信モジュールは、例えば、パッケージ等の搭載フレームに固定される。シリコン基板１０，２０をパッケージ等の搭載フレームに固定する際、樹脂あるいは半田等で接着される。特に、搭載フレームとの間に絶縁板を設けるか、あるいは接着剤として絶縁性樹脂を使用すれば、発光素子１８と受光素子１９との間の搭載フレームを介して生じる電気クロストークを、より低減できる。なお、発光素子１８のヒートシンク（放熱部材）でもあるシリコン基板２０からの放熱効果を損なわないために、該発光素子１８搭載側のシリコン基板２０と搭載フレームとの接着剤として、銀ペースト等の高熱伝導性樹脂を用いてもよい。
【００３４】
（ｅ） 第１〜第３の実施形態を含めた効果として、主な構成部品となるシリコン基板１０，２０及びＰＬＣ基板３０の組み合せを選択することにより、ＳＴＭ−ＰＯＮシステム、π−ＰＯＮシステム、ＡＴＭ−ＰＯＮシステム等への汎用性も著しく高まり、光モジュール製造工程の共通化も図れる。
【００３５】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態を示すシリコン基板とＰＬＣ基板の位置合せ方法の説明図である。
この図７では、例えば、第１の実施形態を示す図１の光導波路送受信モジュールの製造過程におけるシリコン基板１０，２０とＰＬＣ基板３０の貼り合せ面方向に対する位置調整マーカが図示されている。
【００３６】
例えば、シリコン基板１０の接合面１４，１５に第１のマーカ４１−１，４１−２が形成され、シリコン基板２０の接合面２４，２５に第２のマーカ４１−３，４１−４が形成されている。これらのマーカ４１−１〜４１−４は、例えば、金属、エッチング溝、酸化膜等で代用される。ＰＬＣ基板３０の裏面側の接合面３４，３５にも、マーカ４１−１〜４１−４に対応してマーカ４２−１〜４２−４が形成されている。これらのマーカ４２−１〜４２−４は、例えば、金属、石英等で代用される。
【００３７】
マーカの画像認識には、白色光による落射画像、赤外光による透過画像、反射画像を用いたマーカエッジ認識法や、面積重心法等の適用が考えられる。各基板１０，２０，３０の４隅あるいはたすき状に対向する２隅へマーカ４１−１〜４１−４，４２−１〜４２−４を高精度に形成し、貼り合せ面方向の角度と光軸、また光軸に水平な方向の３軸調整を画像認識により行う。
【００３８】
この第４の実施形態では、次のような効果がある。
シリコン基板１０，２０上に発光素子１８、受光素子１９、光ファイバ、ＰＬＣ基板３０それぞれの位置合せ用マーカ４１−１〜４１−４，…を同時に作り込むことにより、各光部品の高精度な位置合せ実装が可能となる。
【００３９】
（第５の実施形態）
図８は、マーカエッジ認識法の適用例である本発明の第５の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。なお、この図８では、シリコン基板１０のマーカ４１−１とＰＬＣ基板３０のマーカ４２−１の一部が示されている。
この位置合せ方法では、マーカ４１−１，４２−１のエッジ間距離Ａ、Ｂを４隅または２隅のマーカ４１−１，４２−１，…についてそれぞれ位置調整することにより、第４の実施形態と同様の３軸調整が可能となり、第４の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４０】
（第６の実施形態）
図９は、マーカエッジ認識法の適用例である本発明の第６の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。
この図９では、シリコン基板１０，２０のマーカ４１−１，…をエッチング溝で代用した例が示されている。ＰＬＣ基板３０に形成したマーカ４２−１の厚み（例えば、金属マーカの厚みや、マーカによる石英の盛り上がり等）を吸収するために、シリコン基板１０，２０側のマーカ４１−１，…のエッチング溝内側に、ＰＬＣ基板３０のマーカ４２−１が重なる構造になっている。
【００４１】
この第６の実施形態では、次のような効果がある。
ＰＬＣ基板３０側のマーカ４２−１をシリコン基板１０，２０側に形成したＶ溝のマーカ４１−１に重なるようにしたので、ＰＬＣ基板３０側のマーカ４２−１の厚みが吸収される。このため、シリコン基板１０，２０とＰＬＣ基板３０の貼り合せ面に対する実装精度が損なわれず、各光部品の光軸高さに対する位置関係にずれが生じない。
【００４２】
（第７の実施形態）
図１０は、マーカエッジ認識法の適用例である本発明の第７の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。
この図１０では、図９と同様に、シリコン基板１０，２０のマーカ４１−１，…をエッジ溝で代用した例が示されている。マーカ４１−１のエッジ溝の端部には開口部４３−１が形成され、さらにダイシング溝１６側の端部にも開口部４３−２が形成されている。開口部４３−１は、シリコン基板１０，２０の側面から塗布する接着樹脂の浸入口として設けたものである。開口部４３−２は、接着樹脂の浸出口かつ接着樹脂が浸入した時にエッチング溝内部のボイド残りを防ぐためのものである。
【００４３】
この第７の実施形態では、次のような効果がある。
シリコン基板１０，２０側のＶ溝マーカ４１−１に接着樹脂の浸入口及び浸出口となる開口部４３−１，４３−２を設けたので、位置調整用マーカとしての機能と、接着樹脂の浸入を円滑にさせる機能とを兼ねることができる。
【００４４】
（利用形態）
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形や利用形態が可能である。この変形あるいは利用形態としては、例えば、次の（１）、（２）のようなものがある。
（１） 第１〜第３の実施形態では、ＳＴＭ−ＰＯＮシステム、π−ＰＯＮシステム、ＡＴＭ−ＰＯＮシステム等に用いられる光導波路送受信モジュールに適用した例を説明したが、光導波路を用いた光合分波素子アレイや、多芯導波路と光ファイバの接続に適用することにより、上記実施形態とほぼ同様の効果が期待できる。
（２） 複数のシリコン基板１０，２０，…及びＰＬＣ基板３０，…を組み合せて用いることにより、上記実施形態よりもさらに複雑な光回路構成が可能となる。この手法は、シリコン基板１０，２０，…やＰＬＣ基板３０，…のみに限らず、同基板同士や、その他材料を用いた平面基板との接合にも適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、第１の発明によれば、発光素子が搭載される基板と受光素子が搭載される基板とを分離することにより、発光素子と受光素子が同時に動作する仕様のときには、発光素子側と受光素子側との間の電気クロストークを簡単かつ的確に低減できる。これにより、発光素子と受光素子が搭載される基板の寸法を縮小でき、ウエハ等からの製造数量を増大できる。さらに、第１及び第２の基板の一部と第３の基板の一部とを固着する構成であるので、基板間の接着面積が小さくなり、各基板の反りや線膨張率の差から生じる歪み、応力集中、接着強度の劣化を低減できる。
第２の発明によれば、第１及び第２の溝側にダイシング溝を形成したので、基板間を接着する接着樹脂等が発光素子及び受光素子側へ流れ込むことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】π−ＰＯＮシステム等に適用した本発明の第１の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図２】従来のＳＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図３】従来のＡＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図４】従来のπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図５】ＳＴＭ−ＰＯＮシステム等への応用例である本発明の第２の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図６】ＡＴＭ−ＰＯＮシステム等への応用例である本発明の第３の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を示すシリコン基板とＰＬＣ基板の位置合せ方法の説明図である。
【図８】本発明の第５の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。
【図９】本発明の第６の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。
【符号の説明】
１０，２０ シリコン基板
１１，２１ エッチング溝
１４，１５，２４，２５，３４，３５ 接合面
１６，２６ ダイシング溝
２２，２３ Ｖ溝
２６ エッチング溝
３０ ＰＬＣ基板
３１，３１Ａ，３１Ｂ 光導波路
３１ａ〜３１ｄ 入／出射端面
３２ 波長選択用フィルタ
３３ 凸部
４１−１〜４１−４，４２−１〜４２−４ マーカ
４３−１，４３−２ 開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数に分離したシリコン基板等の基板と光導波路（Planar Lightwave Circuit）基板（以下「ＰＬＣ基板」という。）をハイブリッド集積した平面実装型の光導波路送受信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光加入者システム向け光端末装置には、小型集積化、多機能化、価格の低減等が要求されており、これら要求を解決する有効なデバイスとして光導波路を採用した光モジュールが一般化しつつある。また、従来の光導波路とシリコン基板とを一体にしたシリコンプラットフォーム構造では、製造プロセスの複雑性や、単位ウエハ当りの製造数量が制限されること等から、シリコン基板とＰＬＣ基板をハイブリッド集積した平面実装型の光導波路送受信モジュールが種々提案されている。以下、図２〜図４を参照しつつ、従来の光導波路送受信モジュールの構造について説明する。
【０００３】
図２は、従来の同期式転送モード受動光ネットワーク（Synchronous Transfer Mode Passive Optical Network 、以下「ＳＴＭ−ＰＯＮ」という。）及びπ−ＰＯＮシステムを代表とする光導波路送受信モジュールの斜視図である。
この光導波路送受信モジュールは、シリコン基板１を有し、このシリコン基板１上に光導波路層２が形成されている。光導波路層２は、例えば、石英ガラスをスパッタ法で堆積し、高温アニール処理によりガラス化工程を施して形成される。このように、光導波路層２とシリコン基板１とが一体形成されてシリコンプラットフォーム基板が構成されている。光導波路層２内には、双方向通信用の２分岐型の光導波路３が形成されている。光導波路３は、入／出射端面３ａ〜３ｄを有し、この分岐部３ｅに溝が切られて波長選択用のフィルタ４が嵌め込まれている。なお、フィルタ４を除いたものがπ−ＰＯＮである。
光導波路３の端面３ａ，３ｂに対向するシリコン基板１上には、半導体レーザ等の発光素子５とホトダイオード等の受光素子６とが、半田付け等によって固定されている。光導波路３の端面３ｃ，３ｄには、光コネクタによって光ファイバが接続されるようになっている。
【０００４】
例えば、ＳＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールでは、発光素子５と受光素子６が異なる時間（タイミング）で動作するようになっている。発光素子５が動作すると、この発光素子５から光が出射され、この光が光導波路３の端面３ａに入射される。端面３ａに入射された光は、光導波路３中を伝送され、分岐部３ｅに設けられたフィルタ４で波長選択され、例えば端面３ｃから出射され、光コネクタを介して光ファイバへ送られる。一方、光ファイバから送られてきた光は、光コネクタを介して例えば端面３ｃに入射される。入射された光は、フィルタ４で波長選択され、端面３ｂから出射される。出射された光は、受光素子６で受光され、電気信号に変換されて出力される。また、光ファイバから送られてきた波長の異なる光は、端面３ｃに入射された後、フィルタ４で波長選択されて端面３ｄから出射される。
【０００５】
図３は、従来の非同期式転送モード受動光ネットワーク（Asynchronous Transfer Mode PON、以下「ＡＴＭ−ＰＯＮ」という。）システムに対応した光導波路送受信モジュールの斜視図である。
このＡＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールは、図２とほぼ同様の光部品構成となっているが、光導波路層２内に形成される光導波路３Ａの形状と、発光素子５及び受光素子６の固定位置とが、図２と異なっている。即ち、光導波路３Ａとシリコン基板１が一体に形成されたシリコンプラットフォーム基板において、その光導波路３Ａに入／出射端面３ｂ〜３ｄが形成されている。端面３ｂに対向するシリコン基板１上には、受光素子６が半田付け等によって固定され、これから離れた端面３ｄに対向するシリコン基板１上に、発光素子５が半田付け等によって固定されている。端面３ｃには、光コネクタによって光ファイバが接続されるようになっている。
【０００６】
このＡＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールでは、発光素子５と受光素子６が同時に動作するようになっているので、送信及び受信信号のクロストーク性能が要求される。このため、発光素子５と受光素子６の間隔をなるべく広げてシリコン基板１上に実装し、この発光素子５と受光素子６の間のシリコン基板１を介した電磁結合による電気クロストークの悪影響を低減するようにしている。
【０００７】
図４は、従来のシリコン基板とＰＬＣ基板をそれぞれハイブリッド集積したπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの斜視図である。
このπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールは、表面が平らなシリコン基板７を有し、このシリコン基板７の表面に、エッチングによって光ファイバ整列搭載用のＶ字エッチング溝（以下「Ｖ溝」という。）８が形成されている。シリコン基板７上には、発光素子５と受光素子６が半田付け等によって固定されている。発光素子５、受光素子６及びＶ溝８に対向するシリコン基板７上には、予め製造されたＰＬＣ基板９が樹脂、半田等で固定される。ＰＬＣ基板９は、主にシリコン、石英またはポリイミド等の母材基板に光導波路３Ｂとなる光回路を積層形成したものである。光導波路３Ｂには、発光素子５、受光素子６及びＶ溝８に対向する入／出射端面３ａ〜３ｃが設けられている。
【０００８】
このπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールでは、Ｖ溝８内に光ファイバが挿入され、樹脂で接着される。例えば、発光素子５から出射された光は、光導波路３Ｂの端面３ａに入射される。入射された光は、分岐部３ｅを通って端面３ｃから出射され、Ｖ溝８内の光ファイバへ送られる。一方、光ファイバから送られてきた光は、光導波路３Ｂの端面３ｃに入射される。入射された光は、分岐部３ｅを通って端面３ｂから出射される。出射された光は、受光素子６で受光され、電気信号に変換されて出力される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の図２〜図４に示す光導波路送受信モジュールでは、次の（１）〜（３）のような課題があった。
（１） 図２及び図３の光導波路送受信モジュールの構造の場合
図２及び図３のような光導波路送受信モジュールは、光導波路３，３Ａとシリコン基板１とが一体になったシリコンプラットフォーム構造であるので、例えば、シリコンウエハに多数の光導波路送受信モジュール領域を設け、この各領域のシリコン基板１上に、配線パターン等の電気回路部品を形成すると共に、石英ガラス等をスパッタ法で堆積して光導波路層２を形成し、その後、発光素子５及び受光素子６を半田付け等によってシリコン基板１上に固定するようになっている。このため、製造プロセスが複雑であり、またウエハ上に形成される各光導波路送受信モジュール領域を少し広めに確保して製造作業の容易化を図る必要があるので、単位ウエハ当りの製造数量が制限される等の問題が生じる。
【００１０】
また、光導波路層２の製造プロセスにおいて、高温アニール処理によって石英導波路結晶のガラス化工程を実施する必要がある。しかし、このような高温アニール処理を行うと、シリコン基板１のシリコン結晶に欠陥が生じるため、高精度なＶ溝エッチング形成が難しく、レセプタクル構造（光ファイバの着脱機能を有する光コネクタ構造）の実現が困難である。このため、光導波路３，３Ａの端面３ｃ，３ｄに光ファイバアレイ等を接続する際に、光軸を一致させるための光学調心接続が必須となり、この接続作業に手数を要していた。
【００１１】
（２） 図３のＡＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの場合
発光素子５と受光素子６を同時に動作させるようになっているので、送信及び受信信号の優れたクロストーク性能が要求される。このため、シリコン基板１上に実装される発光素子５と受光素子６の電気クロストークを低減させる方法として、これらの各素子５，６の搭載位置間隔を広げる目的でシリコン基板寸法を大きくする必要があり、これによってモジュールが大型化するという問題があった。
【００１２】
（３） 図４のπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの場合
このπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールでは、シリコン基板７とＰＬＣ基板９をそれぞれ分離して製造できるので、製造プロセスを簡略化でき、単位ウエハ当りの製造数量も増大する。また、シリコン基板７上にＶ溝８が一体形成されているので、このＶ溝８内に光ファイバを挿入して樹脂で接着すれば、この光ファイバと光導波路３Ｂの端面３ｃとの光軸が一致するので、該光ファイバの光学無調心実装が可能となる。しかし、このπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの場合でも、前記（２）と同様に、このモジュールをＡＴＭ−ＰＯＮシステム用に使用する場合、発光素子５と受光素子６との間のシリコン基板７を介した電気クロストーク性能を確保するため、このシリコン基板７の寸法を大きくしなければならない。さらに、構造的にＰＬＣ基板９への波長選択用フィルタ４の挿入が困難となるため、ＳＴＭやＡＴＭ対応等の汎用性に欠けるといった問題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のうちの第１の発明は、複数に分離した基板をハイブリッド集積した平面実装型の光導波路送受信モジュールにおいて、平らな表面に凸部収容用の第１の溝が形成されると共に、その平らな表面に位置合せ用の第１のマーカが形成されたシリコン基板等の第１の基板と、前記第１の基板と同一厚さを有し、平らな表面に凸部収容用の第２の溝と光ファイバ収容用の第３の溝とが形成されると共に、その平らな表面に位置合せ用の第２のマーカが形成されたシリコン基板等の第２の基板と、前記第１又は第２の基板のいずれか一方の表面に位置合せされて固着された半導体レーザ等の発光素子と、ホトダイオード等の受光素子と、ＰＣＬ基板等の第３の基板とを備えている。
【００１４】
前記受光素子は、前記発光素子が固着された基板とは異なる前記第２又は第１の基板のいずれか一方の表面に位置合せされて固着されている。また、前記第３の基板は、前記第１及び第２の溝に対向する裏面の位置に、光導波路や電極等の厚みによる凸部が形成されると共に、前記第３の溝の端部、前記発光素子の発光部及び前記受光素子の受光部にそれぞれ対向する側面の位置に、光導波路の入射端面及び出射端面が形成され、前記第１及び第２のマーカを基準に位置合せされて該裏面の一部が前記第１及び第２の基板の表面の一部に固着されている。
【００１５】
このような構成を採用したことにより、発光素子と受光素子が異なる基板に半田付け等によって固着されているので、該発光素子と受光素子との間の基板を介した電気クロストークが低減される。
【００１６】
第２の発明では、第１の発明の基板分離型の光導波路送受信モジュールにおいて、前記第３の溝の端部、前記発光素子の発光部及び前記受光素子の受光部にそれぞれ対向する前記第１及び第２の溝側に、ダイシングによってダイシング溝を形成している。これにより、例えば、接着剤を用いて第１、第２及び第３の基板間を接着する場合、余分な接着樹脂がダイシング溝に流れ込み、発光素子及び受光素子への浸入が阻止される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、π−ＰＯＮシステム等に適用可能な本発明の第１の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図である。
この光導波路送受信モジュールでは、光素子を搭載した第１の基板（例えば、シリコン基板）１０と、このシリコン基板１０と同一の厚さを有する光ファイバ接続用の第２の基板（例えば、シリコン基板）２０と、光導波路が形成された第３の基板（例えば、ＰＬＣ基板）３０とを分離し、これらの基板１０，２０，３０をハイブリッド集積した平面実装型の構造をしている。
【００１８】
シリコン基板１０は、表面が平らになっており、この表面に第１の溝が形成（例えば、エッチングによってエッチング溝１１が形成）されている。エッチング溝１１は、ＰＬＣ基板３０の裏面側の凸部３３を収容するための溝である。エッチング溝１１の形成により、このエッチング溝１１の近傍のシリコン基板表面の平らな箇所に、ＰＬＣ基板３０を固着するための接合面１４，１５が形成される。エッチング溝１１と隣接して、ダイシングによってダイシング溝１６が形成されている。ダイシング溝１６に隣接するシリコン基板１０の表面には、配線パターンが形成されており、この配線パターン上に、半導体レーザ等の発光素子１８とホトダイオード等の受光素子１９とが半田付け等によって接続されている。発光素子１８は、電気信号が印加されると、活性層等の発光部１８ａから光を出射する素子である。受光素子１９は、外部からの光を受光部１９ａで受光し、これを電気信号に変換して出力する素子である。
【００１９】
シリコン基板１０と対向して配置されるシリコン基板２０は、表面が平らになっており、この平らな表面に第２の溝と第３の溝が形成（例えば、エッチングによってエッチング溝２１とＶ溝２２が形成）されている。第２の溝であるエッチング溝２１は、ＰＬＣ基板３０の裏面側の凸部３３を収容するための溝であり、このエッチング溝２１の形成によってこの近傍のシリコン基板表面に接合面２４，２５が形成される。接合面２４，２５は、ＰＬＣ基板３０を固着するための面である。第３の溝であるＶ溝２２は、光ファイバ整列搭載用の溝であり、この溝に光ファイバを挿入して樹脂等で固着すれば、該光ファイバの光軸が調整された状態で固定される。エッチング溝２１とＶ溝２２との間には、ダイシングによってダイシング溝２６が形成されている。
【００２０】
シリコン基板１０，２０上に固着されるＰＬＣ基板３０は、例えば、シリコン、石英またはポリイミド等の母材基板に光導波路３１となる光回路を積層形成したものである。光導波路３１は、２分岐型構造をしており、中心に光伝送用のコアが形成され、この周りに光を包み込むクラッドが形成されている。この光導波路３１の入／出射端面３１ａ〜３１ｃが、ＰＬＣ基板３０の側面に形成され、これらの端面３１ａ，３１ｂと端面３１ｃとが分岐部３１ｅによって結合されている。光導波路コア周辺のクラッド凸部３３が、ＰＬＣ基板３０の裏面側に形成され、この凸部３３の近傍のＰＬＣ基板の裏面の平らな箇所に、接合面３４，３５が形成されている。接合面３４，３５は、シリコン基板１０，２０の接合面１４，１５，２４，２５に固着するための面である。このＰＬＣ基板３０では、接合面３４，３５から光導波路コアまでの高さが、発光素子１８の発光部１８ａと受光素子１９の受光部１９ａ、及び光ファイバコアの高さと同一になるように設定されている。
【００２１】
このような光導波路送受信モジュールは、例えば、次のようにして製造される。
ウエハの状態でそれぞれ多数のシリコン基板１０側のチップ、シリコン基板２０側のチップ、及びＰＬＣ基板３０側のチップを形成し、ダイシングによって各チップを分離する。シリコン基板１０とシリコン基板２０を、所定間隔隔てて対向して配置する。シリコン基板１０，２０の表面の接合面１４，１５，２４，２５上に、ＰＬＣ基板３０の裏面の接合面３４，３５を載置し、これらの接合面１４，１５，２４，２５と接合面３４，３５とを樹脂あるいは半田等で接着し、該シリコン基板１０，２０上にＰＬＣ基板３０を固定する。面方向に対する位置調整には、各シリコン基板１０，２０の表面に高精度に形成された金属あるいはＶ溝マーカ等の画像認識合せを行う。これにより、発光素子１８の発光部１８ａと光導波路３１の端面３１ａとが対向し、受光素子１９の受光部１９ａと光導波路３１の端面３１ｂとが対向し、Ｖ溝２２の端部と光導波路３１の端面３１ｃとが対向し、これらの光軸が一致した状態で固定される。
【００２２】
このようにして製造された光導波路送受信モジュールでは、Ｖ溝２２内に光ファイバを挿入して樹脂等で固定する。そして、発光素子１８及び受光素子１９を動作させると、この発光素子１８の発光部１８ａから出射された光が、光導波路３１の端面３１ａへ入射される。入射された光は、光導波路３１の分岐部３１ｅを通って端面３１ｃから出射され、Ｖ溝２２内の光ファイバへ送られる。一方、光ファイバから送られてきた光は、光導波路３１の端面３１ｃに入射される。入射された光は、光導波路３１の分岐部３１ｅを通って端面３１ｂから出射される。出射された光は、受光素子１９の受光部１９ａで受光され、電気信号に変換されて出力される。このように、光導波路３１と発光素子１８、受光素子１９及び光ファイバとを同時に光学結合させることにより、送受信モジュールとしての機能が得られる。
【００２３】
この第１の実施形態では、次の（ａ）、（ｂ）のような効果がある。
（ａ） シリコン基板１０，２０とＰＬＣ基板３０とをそれぞれ分離して製造するようにしたので、製造プロセス工程を簡略化でき、単位ウエハ当りの製造数量を増大できる。さらに、シリコン基板２０にＶ溝２２を形成しているので、このＶ溝２２内に光ファイバを挿入して樹脂等で固定することにより、該光ファイバの無調心実装等を実現できる。
（ｂ） シリコン基板１０，２０とＰＬＣ基板３０は、これらの一部の小面積の接合面１４，１５，２４，２５，３４，３５によって固着しているので、接着面積を小さくできる。これにより、各基板１０，２０，３０の反りや線膨張率の差から生じる歪み、応力集中、接着強度の劣化等を低減できる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図５は、ＳＴＭ−ＰＯＮシステム等への応用例である本発明の第２の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図であり、第１の実施形態を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この第２の実施形態の光導波路送受信モジュールでは、図１のシリコン基板２０に、Ｖ溝２２の他に、他のＶ溝２３がエッチングにより同時に形成されている。また、ＰＬＣ基板３０に形成される光導波路３１Ａは、入／出射端面３１ａ〜３１ｄを有し、これらを結合する分岐部３１ｅに、例えば、ダイシングにより溝が切られて波長選択用のフィルタ３２が嵌め込まれている。その他の構成は、図１と同様である。
【００２５】
この光導波路送受信モジュールの製造方法では、予め、シリコン基板１０側のチップと、シリコン基板２０側のチップと、ＰＬＣ基板３０側のチップとが製造されている。そして、シリコン基板１０，２０の接合面１４，１５，２４，２５上に、ＰＬＣ基板３０の接合面３４，３５が載置され、これらの接合面１４，１５，２４，２５，３４，３５が樹脂あるいは半田等で接着されている。
【００２６】
このような光導波路送受信モジュールでは、各Ｖ溝２２，２３に光ファイバをそれぞれ挿入して樹脂等で固定する。発光素子１８及び受光素子１９を動作させると、例えば、発光素子１８の発光部１８ａから出射された光が、光導波路３１Ａの端面３１ａに入射される。入射された光は、光導波路３１Ａの分岐部３１ｅに設けられた波長選択用フィルタ３２で波長選択され、例えば端面３１ｃから出射される。出射された光は、Ｖ溝２２に挿入された光ファイバへ送られる。一方、Ｖ溝２２内の光ファイバから送られてきた光は、光導波路３１Ａの端面３１ｃに入射される。入射された光は、波長選択用フィルタ３２で波長選択され、例えば端面３１ｂから出射される。出射された光は、受光素子１９の受光部１９ａで受光され、電気信号に変換されて出力される。また、Ｖ溝２２内の光ファイバから送られてきた波長の異なる光は、光導波路３１Ａの端面３１ｃに入射される。入射された光は、波長選択用フィルタ３２で波長選択されて端面３１ｄから出射される。出射された光は、Ｖ溝２３に挿入された光ファイバへ送られる。
【００２７】
このように、光導波路３１Ａの分岐部３１ｅに波長選択用フィルタ３２を挿入しているので、２波長信号を用いた双方向通信が可能となる。
この第２の実施形態では、第１の実施形態の効果（ａ）、（ｂ）と同様の効果が得られる上に、次のような効果もある。即ち、各基板１０，２０，３０を分離したので、該ＰＬＣ基板３０への波長選択用フィルタ３２の挿入が容易になる。
【００２８】
（第３の実施形態）
図６は、ＡＴＭ−ＰＯＮシステム等への応用例である本発明の第３の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図であり、第１及び第２の実施形態を示す図１及び図５中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
例えば、ＡＴＭ−ＰＯＮシステムに用いられる光導波路送受信モジュールでは、発光素子１８と受光素子１９が同時に動作し、これらの間のシリコン基板を介して電気クロストークが生じて悪影響を及ぼすので、２つの分離されたシリコン基板１０，２０のうち、一方のシリコン基板１０の表面に受光素子１９を半田付け等で固定し、他方のシリコン基板２０の表面に発光素子１８を半田付け等で固定している。
【００２９】
また、シリコン基板２０の表面には、光ファイバ挿入用のＶ溝２２の形成時に、同時にこの近傍にエッチング溝２６を形成している。この溝２６は、例えば、Ｖ溝２２内に光ファイバを固定する時の接着樹脂が、発光素子１８側へ流れ込むのを防止している。シリコン基板１０，２０上に接続されるＰＬＣ基板３０には、光導波路３１Ｂが形成されている。光導波路３１Ｂは、入／出射端面３１ｂ〜３１ｄを有し、これらを結合する分岐部３１ｅに、例えば、ダイシングにより溝が切られて波長選択用フィルタ３２が嵌め込まれている。
【００３０】
この光導波路送受信モジュールの製造方法では、第１あるいは第２の実施形態と同様に、予め、シリコン基板１０側のチップと、シリコン基板２０側のチップと、ＰＬＣ基板３０側のチップとが製造され、このシリコン基板１０，２０の接合面１４，１５，２４，２５上に、ＰＬＣ基板３０の裏面側の接合面３４，３５が載置され、これらの接合面１４，１５，２４，２５，３４，３５が樹脂あるいは半田等で接着される。
【００３１】
このようにして製造された光導波路送受信モジュールでは、例えば、発光素子１８から出射された光が、光導波路３１Ｂの端面３１ｄへ入射される。入射された光は、光導波路３１Ｂの波長選択用フィルタ３２で波長選択され、端面３１ｃから出射される。出射された光は、Ｖ溝２２内に挿入された光ファイバへ送られる。一方、Ｖ溝２２内に挿入された光ファイバから光が入射されると、光導波路３１Ｂの端面３１ｃに入射される。入射された光は、波長選択用フィルタ３２で波長選択され、端面３１ｂから出射される。出射された光は、受光素子１９で受光されて電気信号に変換される。
このように、図５のモジュールと同様、光導波路３１Ｂの分岐部３１ｅに波長選択用フィルタ３２を挿入することにより、２波長信号を用いた双方向通信が可能となる。
【００３２】
この第３の実施形態では、第１及び第２の実施形態の効果が得られる上に、次の（ｃ）〜（ｅ）のような効果もある。
（ｃ） 発光素子１８搭載側のシリコン基板２０と、受光素子１９搭載側のシリコン基板１０とを分離したので、これらの発光素子１８及び受光素子１９間のシリコン基板を介して生じる電気クロストークを著しく低減できる。さらに、従来のように電気クロストークを低減するために発光素子１８と受光素子１９との間隔を広げる必要がないので、シリコン基板１０と２０を縮小して接近させることができる。このため、シリコン基板寸法の縮小によるウエハからの製造数量の増大が可能である。
【００３３】
（ｄ） 本実施形態のような光導波路送受信モジュールは、例えば、パッケージ等の搭載フレームに固定される。シリコン基板１０，２０をパッケージ等の搭載フレームに固定する際、樹脂あるいは半田等で接着される。特に、搭載フレームとの間に絶縁板を設けるか、あるいは接着剤として絶縁性樹脂を使用すれば、発光素子１８と受光素子１９との間の搭載フレームを介して生じる電気クロストークを、より低減できる。なお、発光素子１８のヒートシンク（放熱部材）でもあるシリコン基板２０からの放熱効果を損なわないために、該発光素子１８搭載側のシリコン基板２０と搭載フレームとの接着剤として、銀ペースト等の高熱伝導性樹脂を用いてもよい。
【００３４】
（ｅ） 第１〜第３の実施形態を含めた効果として、主な構成部品となるシリコン基板１０，２０及びＰＬＣ基板３０の組み合せを選択することにより、ＳＴＭ−ＰＯＮシステム、π−ＰＯＮシステム、ＡＴＭ−ＰＯＮシステム等への汎用性も著しく高まり、光モジュール製造工程の共通化も図れる。
【００３５】
（第４の実施形態）
図７は、本発明の第４の実施形態を示すシリコン基板とＰＬＣ基板の位置合せ方法の説明図である。
この図７では、例えば、第１の実施形態を示す図１の光導波路送受信モジュールの製造過程におけるシリコン基板１０，２０とＰＬＣ基板３０の貼り合せ面方向に対する位置調整マーカが図示されている。
【００３６】
例えば、シリコン基板１０の接合面１４，１５に第１のマーカ４１−１，４１−２が形成され、シリコン基板２０の接合面２４，２５に第２のマーカ４１−３，４１−４が形成されている。これらのマーカ４１−１〜４１−４は、例えば、金属、エッチング溝、酸化膜等で代用される。ＰＬＣ基板３０の裏面側の接合面３４，３５にも、マーカ４１−１〜４１−４に対応してマーカ４２−１〜４２−４が形成されている。これらのマーカ４２−１〜４２−４は、例えば、金属、石英等で代用される。
【００３７】
マーカの画像認識には、白色光による落射画像、赤外光による透過画像、反射画像を用いたマーカエッジ認識法や、面積重心法等の適用が考えられる。各基板１０，２０，３０の４隅あるいはたすき状に対向する２隅へマーカ４１−１〜４１−４，４２−１〜４２−４を高精度に形成し、貼り合せ面方向の角度と光軸、また光軸に水平な方向の３軸調整を画像認識により行う。
【００３８】
この第４の実施形態では、次のような効果がある。
シリコン基板１０，２０上に発光素子１８、受光素子１９、光ファイバ、ＰＬＣ基板３０それぞれの位置合せ用マーカ４１−１〜４１−４，…を同時に作り込むことにより、各光部品の高精度な位置合せ実装が可能となる。
【００３９】
（第５の実施形態）
図８は、マーカエッジ認識法の適用例である本発明の第５の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。なお、この図８では、シリコン基板１０のマーカ４１−１とＰＬＣ基板３０のマーカ４２−１の一部が示されている。
この位置合せ方法では、マーカ４１−１，４２−１のエッジ間距離Ａ、Ｂを４隅または２隅のマーカ４１−１，４２−１，…についてそれぞれ位置調整することにより、第４の実施形態と同様の３軸調整が可能となり、第４の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４０】
（第６の実施形態）
図９は、マーカエッジ認識法の適用例である本発明の第６の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。
この図９では、シリコン基板１０，２０のマーカ４１−１，…をエッチング溝で代用した例が示されている。ＰＬＣ基板３０に形成したマーカ４２−１の厚み（例えば、金属マーカの厚みや、マーカによる石英の盛り上がり等）を吸収するために、シリコン基板１０，２０側のマーカ４１−１，…のエッチング溝内側に、ＰＬＣ基板３０のマーカ４２−１が重なる構造になっている。
【００４１】
この第６の実施形態では、次のような効果がある。
ＰＬＣ基板３０側のマーカ４２−１をシリコン基板１０，２０側に形成したＶ溝のマーカ４１−１に重なるようにしたので、ＰＬＣ基板３０側のマーカ４２−１の厚みが吸収される。このため、シリコン基板１０，２０とＰＬＣ基板３０の貼り合せ面に対する実装精度が損なわれず、各光部品の光軸高さに対する位置関係にずれが生じない。
【００４２】
（第７の実施形態）
図１０は、マーカエッジ認識法の適用例である本発明の第７の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。
この図１０では、図９と同様に、シリコン基板１０，２０のマーカ４１−１，…をエッジ溝で代用した例が示されている。マーカ４１−１のエッジ溝の端部には開口部４３−１が形成され、さらにダイシング溝１６側の端部にも開口部４３−２が形成されている。開口部４３−１は、シリコン基板１０，２０の側面から塗布する接着樹脂の浸入口として設けたものである。開口部４３−２は、接着樹脂の浸出口かつ接着樹脂が浸入した時にエッチング溝内部のボイド残りを防ぐためのものである。
【００４３】
この第７の実施形態では、次のような効果がある。
シリコン基板１０，２０側のＶ溝マーカ４１−１に接着樹脂の浸入口及び浸出口となる開口部４３−１，４３−２を設けたので、位置調整用マーカとしての機能と、接着樹脂の浸入を円滑にさせる機能とを兼ねることができる。
【００４４】
（利用形態）
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形や利用形態が可能である。この変形あるいは利用形態としては、例えば、次の（１）、（２）のようなものがある。
（１） 第１〜第３の実施形態では、ＳＴＭ−ＰＯＮシステム、π−ＰＯＮシステム、ＡＴＭ−ＰＯＮシステム等に用いられる光導波路送受信モジュールに適用した例を説明したが、光導波路を用いた光合分波素子アレイや、多芯導波路と光ファイバの接続に適用することにより、上記実施形態とほぼ同様の効果が期待できる。
（２） 複数のシリコン基板１０，２０，…及びＰＬＣ基板３０，…を組み合せて用いることにより、上記実施形態よりもさらに複雑な光回路構成が可能となる。この手法は、シリコン基板１０，２０，…やＰＬＣ基板３０，…のみに限らず、同基板同士や、その他材料を用いた平面基板との接合にも適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、第１の発明によれば、発光素子が搭載される基板と受光素子が搭載される基板とを分離することにより、発光素子と受光素子が同時に動作する仕様のときには、発光素子側と受光素子側との間の電気クロストークを簡単かつ的確に低減できる。これにより、発光素子と受光素子が搭載される基板の寸法を縮小でき、ウエハ等からの製造数量を増大できる。さらに、第１及び第２の基板の一部と第３の基板の一部とを固着する構成であるので、基板間の接着面積が小さくなり、各基板の反りや線膨張率の差から生じる歪み、応力集中、接着強度の劣化を低減できる。
第２の発明によれば、第１及び第２の溝側にダイシング溝を形成したので、基板間を接着する接着樹脂等が発光素子及び受光素子側へ流れ込むことを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】π−ＰＯＮシステム等に適用した本発明の第１の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図２】従来のＳＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図３】従来のＡＴＭ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図４】従来のπ−ＰＯＮシステム用の光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図５】ＳＴＭ−ＰＯＮシステム等への応用例である本発明の第２の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図６】ＡＴＭ−ＰＯＮシステム等への応用例である本発明の第３の実施形態を示す光導波路送受信モジュールの斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施形態を示すシリコン基板とＰＬＣ基板の位置合せ方法の説明図である。
【図８】本発明の第５の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。
【図９】本発明の第６の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態を示す位置合せ方法の説明図である。
【符号の説明】
１０，２０ シリコン基板
１１，２１ エッチング溝
１４，１５，２４，２５，３４，３５ 接合面
１６，２６ ダイシング溝
２２，２３ Ｖ溝
２６ エッチング溝
３０ ＰＬＣ基板
３１，３１Ａ，３１Ｂ 光導波路
３１ａ〜３１ｄ 入／出射端面
３２ 波長選択用フィルタ
３３ 凸部
４１−１〜４１−４，４２−１〜４２−４ マーカ
４３−１，４３−２ 開口部
Claims (2)
- 平らな表面に凸部収容用の第１の溝が形成されると共に、その平らな表面に位置合せ用の第１のマーカが形成された第１の基板と、
前記第１の基板と同一厚さを有し、平らな表面に凸部収容用の第２の溝と光ファイバ収容用の第３の溝とが形成されると共に、その平らな表面に位置合せ用の第２のマーカが形成された第２の基板と、
前記第１又は第２の基板のいずれか一方の表面に位置合せされて固着された発光素子と、
前記発光素子が固着された基板とは異なる前記第２又は第１の基板のいずれか一方の表面に位置合せされて固着された受光素子と、
前記第１及び第２の溝に対向する裏面の位置に、凸部が形成されると共に、前記第３の溝の端部、前記発光素子の発光部及び前記受光素子の受光部にそれぞれ対向する側面の位置に、光導波路の入射端面及び出射端面が形成され、前記第１及び第２のマーカを基準に位置合せされて該裏面の一部が前記第１及び第２の基板の表面の一部に固着された第３の基板と、
を備えたことを特徴とする光導波路送受信モジュール。 - 前記第３の溝の端部、前記発光素子の発光部及び前記受光素子の受光部にそれぞれ対向する前記第１及び第２の溝側に、ダイシングによってダイシング溝を形成したことを特徴とする請求項１記載の光導波路送受信モジュール。
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