JP4113578B2 - Manufacturing method of optical module - Google Patents

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本発明は、光モジュールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing an optical module.

近年、光通信などに用いられる光モジュールが開発されている。この光モジュールは、発光素子、受光素子、また、光を伝達する光ファイバーなどの光学部品を複数組み合わせて、構成されている。光モジュールは、発光素子と光ファイバーなどの光伝送体との結合に関して、低コスト化,高性能化などの観点から課題が多い。特に、光伝送に用いるシングルモードファイバーにおいては、そのコア径が数μmと小さく、実装誤差に対する要求は非常に厳しいものである。従来では、ボールレンズを用い、ファイバーと発光素子との実装公差を緩和する方法がとられ、同時に発光素子を動作させて実装するアクティブ型の実装が行われてきた。しかし、ボールレンズを用いることによって部品点数が多くなり、アクティブ型の実装は製造工程が非常に複雑で、光モジュールの製品コストを引き上げている。   In recent years, optical modules used for optical communication and the like have been developed. This optical module is configured by combining a plurality of optical components such as a light emitting element, a light receiving element, and an optical fiber for transmitting light. Optical modules have many problems from the viewpoint of cost reduction and high performance regarding the coupling between a light emitting element and an optical transmission body such as an optical fiber. In particular, a single mode fiber used for optical transmission has a core diameter as small as several μm, and the requirements for mounting errors are very severe. Conventionally, a ball lens is used to reduce the mounting tolerance between the fiber and the light emitting element, and active type mounting in which the light emitting element is operated and mounted at the same time has been performed. However, the use of a ball lens increases the number of parts, and the active mounting has a very complicated manufacturing process, which increases the product cost of the optical module.

そのため、発光素子や受光素子を動作させないでアライメントするパッシブアライメントが低コスト化のためには必須である。その手法として、一般には固定部材を作製して組み立てるという方法が用いられている。しかし、固定部材の機械精度が要求され、その弾性係数や熱膨張係数などに制約があり、また部品点数も多くなるために、コスト低減が困難であった。特に、コスト低減のためにプラスチックモールドなどを用いると、光結合の歩留まりや長期信頼性に欠けるという問題点がある。また、この方法では、マルチモードファイバーを実装することはできるが、シングルモードファイバーの高精度実装は不可能であった。   Therefore, passive alignment that performs alignment without operating the light emitting element and the light receiving element is indispensable for cost reduction. In general, a method of manufacturing and assembling a fixing member is used as the method. However, the mechanical accuracy of the fixing member is required, the elastic coefficient and the thermal expansion coefficient are limited, and the number of parts is increased, so that cost reduction is difficult. In particular, when a plastic mold or the like is used for cost reduction, there is a problem that the yield of optical coupling and long-term reliability are lacking. Also, with this method, multimode fiber can be mounted, but single-mode fiber cannot be mounted with high accuracy.

発光素子においても、基板面から垂直に光出射を行う垂直共振器型面発光レーザが、光伝送モジュールの低消費電力化,低コスト化の観点で改善できる可能性があり、盛んに研究されている。面発光レーザでは、1mA以下の低しきい値で駆動でき、ウエハレベルの検査が可能で、へき開精度を必要としないため、低コスト化が可能である。しかし、このような面発光レーザと光ファイバーとの光結合においても、上記と同様な問題が生じている。   Also in light emitting devices, vertical cavity surface emitting lasers that emit light perpendicularly from the substrate surface can be improved in terms of reducing power consumption and cost of optical transmission modules. Yes. A surface emitting laser can be driven at a low threshold value of 1 mA or less, can perform wafer level inspection, and does not require cleavage accuracy, so that the cost can be reduced. However, the same problem as described above also occurs in the optical coupling between such a surface emitting laser and an optical fiber.

そこで、光ファイバーとの結合のためのガイド穴をフォトリソグラフィーの精度で作製する方法が提案されている。特許文献1,特許文献2には、厚膜のフォトレジストを光ファイバーのガイドとして用いている方法が提案されている。しかし、この方法では、実装精度は光ファイバーの外形によって決定される。光ファイバーの外形と光軸とは必ずしも一致せず、数μmの実装誤差を生じさせている。また、外形で合わせることで、光ファイバーの外形にある傷やバリなどの影響を受け、歩留まりの悪い工程となっている。発光領域やそれに類する個所に、光軸に整合が取れた嵌合突起があることが望まれる。   Therefore, a method for producing a guide hole for coupling with an optical fiber with an accuracy of photolithography has been proposed. Patent Documents 1 and 2 propose a method using a thick film photoresist as a guide for an optical fiber. However, in this method, the mounting accuracy is determined by the outer shape of the optical fiber. The outer shape of the optical fiber and the optical axis do not necessarily coincide with each other, which causes a mounting error of several μm. Further, by matching the outer shape, the process is poor in yield due to the influence of scratches and burrs on the outer shape of the optical fiber. It is desirable that there are fitting protrusions that are aligned with the optical axis in the light emitting region or the like.

一方、面型光素子が形成された表面側にファイバー固定用の部材を直接固定して、光ファイバーを実装する方法も提案されている。例えば特許文献3には、図1に示すように、面発光レーザ素子18の表面にファイバー固定部材(ファイバーブロック14)を嵌合させるための突起(大突起22,小突起23B)を設け、面発光レーザ18の発光部に対応する位置にガイド穴26を構成したものが示されている。尚、図1において、12はモジュール基板、16は光ファイバ、24はファイバー挿入孔、26と27はガイド孔である。この従来例では、面発光レーザの発光領域に嵌合用の突起を設けることで、光軸と突起との整合が非常に良い。しかし、この突起と光ファイバーとを直接接合することなく、光ファイバーの固定用部材と嵌合しているので、ここには、固定部材と光ファイバーとの実装誤差が含まれている。つまり、光ファイバー用の固定部材と面発光レーザが高い精度で実装されていても、面発光レーザと光ファイバーとの実装精度は高くない。   On the other hand, a method of mounting an optical fiber by directly fixing a fiber fixing member on the surface side on which the surface optical element is formed has been proposed. For example, in Patent Document 3, as shown in FIG. 1, protrusions (large protrusions 22 and small protrusions 23B) for fitting a fiber fixing member (fiber block 14) to the surface of the surface emitting laser element 18 are provided. A structure in which a guide hole 26 is formed at a position corresponding to the light emitting portion of the light emitting laser 18 is shown. In FIG. 1, 12 is a module substrate, 16 is an optical fiber, 24 is a fiber insertion hole, and 26 and 27 are guide holes. In this conventional example, the alignment between the optical axis and the projection is very good by providing the projection for fitting in the light emitting region of the surface emitting laser. However, since the protrusion and the optical fiber are not directly joined to each other and are fitted to the fixing member for the optical fiber, a mounting error between the fixing member and the optical fiber is included here. That is, even if the fixing member for the optical fiber and the surface emitting laser are mounted with high accuracy, the mounting accuracy between the surface emitting laser and the optical fiber is not high.

また、特許文献4には、光ファイバーとマイクロレンズとの実装において、図2(a),(b),(c)に示すように、光線が通過する領域に嵌合させるための突起物を設ける方法が提案されている。この方法においては、マイクロレンズの集光機能を用いて、突起物のフォトリソを行い、また光ファイバーの濃度分布を用いて、窪み部の形成を行っている。それぞれの方法ともに、セルフアライメントに嵌合に用いる構造物を形成できており、非常に高い精度の実装を可能にしている。このように、マイクロレンズと光ファイバーのような光学素子同士の実装には有効であるが、この方法では、発光素子や受光素子といったものとの実装は不可能である。
特開2002−214486号公報 特開2002−33546号公報 特開平11−307869号公報 特許第2615400号
Further, in Patent Document 4, in the mounting of an optical fiber and a microlens, as shown in FIGS. 2A, 2B, and 2C, a protrusion for fitting in a region through which a light beam passes is provided. A method has been proposed. In this method, the photolitho of the projection is performed using the light condensing function of the microlens, and the depression is formed using the concentration distribution of the optical fiber. In each method, a structure used for fitting for self-alignment can be formed, and mounting with very high accuracy is possible. As described above, it is effective for mounting optical elements such as a microlens and an optical fiber, but this method cannot be mounted with a light emitting element or a light receiving element.
JP 2002-214486 A JP 2002-33546 A JP-A-11-307869 Patent No. 2615400

本発明は、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝達する光学素子とを、これらの間隔が数μm程度以下になるように、低コストでかつ高精度に実装することが可能であって、これにより、光結合が高く高性能な光モジュールの製造方法を提供することを目的としている。 The present invention mounts a light emitting element or a light receiving element and an optical element that transmits light from the light emitting element or light to the light receiving element at low cost and with high accuracy so that the distance between them is about several μm or less. be capable of, thereby, is aimed at the optical coupling to provide a method for manufacturing a high-performance optical modules.

上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールの製造方法であって、
発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第1の構造物をフォトリソグラフィーにより設ける工程と、
該第1の構造物に整合する形の第2の構造物をフォトリソグラフィーにより光学素子側に設ける工程と
第1の構造物と第2の構造物とを嵌合し、第1の構造物と第2の構造物との嵌合部を加熱して、第1の構造物と第2の構造物の少なくとも一方を軟化させて変形させることにより、第1の構造物と第2の構造物との間に存在する隙間の厚みを該光モジュールが利用する光の波長以下にする工程とを有し、
前記フォトリソグラフィーによる工程のフォトマスクとして、グレースケールマスクを用いることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention described in claim 1 is a method of manufacturing an optical module comprising a light emitting element or a light receiving element and an optical element that transmits light from the light emitting element or light to the light receiving element.
Providing the first structure by photolithography in the light emitting region or the light receiving region on the surface of the light emitting device or the light receiving device;
Providing a second structure in alignment with the first structure on the optical element side by photolithography ;
It fitted a first structure and a second structure, by heating the fitting portion between the first structure and the second structure, the first structure and the second structure By softening and deforming at least one of the first structure and the second structure so that the thickness of the gap existing between the first structure and the second structure is less than or equal to the wavelength of light used by the optical module,
A gray scale mask is used as a photomask for the photolithography process .

また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の光モジュールの製造方法において、第1の構造物と第2の構造物との材質の硬度の大きい方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention , in the method of manufacturing an optical module according to the first aspect, a material having a higher hardness of the first structure and the second structure is a convex surface, and a smaller one is a concave surface. It is characterized by being.

また、請求項3記載の発明は、請求項1記載の光モジュールの製造方法において、第1の構造物と第2の構造物との材質における融点が高い方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴としている。 Further, an invention according to claim 3, wherein, in the method of manufacturing an optical module according to claim 1 Symbol placement, the higher melting point of the material of the first structure and the second structure is convex, the lower one it is characterized in that it is concave.

また、請求項4記載の発明は、請求項1記載の光モジュールの製造方法において、第1の構造物と第2の構造物との材質の屈折率の大きい方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴としている。 Further, an invention according to claim 4, wherein, in the method of manufacturing an optical module according to claim 1, wherein a larger the convex refractive index of the material of the first structure and the second structure, the smaller is It is characterized by a concave surface.

また、請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の光モジュールの製造方法において、前記光学素子は光ファイバーであり、前記第2の構造物は光ファイバーのコア領域に設けられていることを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical module according to any one of the first to fourth aspects, the optical element is an optical fiber, and the second structure is an optical fiber core. It is characterized in that provided in the region.

請求項1乃至請求項5記載の発明によれば、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールの製造方法であって、
発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第1の構造物をフォトリソグラフィーにより設ける工程と、
該第1の構造物に整合する形の第2の構造物をフォトリソグラフィーにより光学素子側に設ける工程と
第1の構造物と第2の構造物とを嵌合し、第1の構造物と第2の構造物との嵌合部を加熱して、第1の構造物と第2の構造物の少なくとも一方を軟化させて変形させることにより、第1の構造物と第2の構造物との間に存在する隙間の厚みを該光モジュールが利用する光の波長以下にする工程とを有し、
前記フォトリソグラフィーによる工程のフォトマスクとして、グレースケールマスクを用いており、
第1の構造物と第2の構造物との嵌合部を加熱して、第1の構造物と第2の構造物との間に存在する隙間の厚みを該光モジュールが利用する光の波長以下にすることにより、第1,第2の構造物において、光の反射を大幅に低減することができ、光の結合効率を向上させることができる。
According to invention of Claim 1 thru | or 5 , It is a manufacturing method of the optical module which consists of a light emitting element or a light receiving element, and the optical element which transmits the light from a light emitting element, or the light to a light receiving element,
Providing the first structure by photolithography in the light emitting region or the light receiving region on the surface of the light emitting device or the light receiving device;
Providing a second structure in alignment with the first structure on the optical element side by photolithography ;
The first structure and the second structure are fitted to each other, the fitting portion between the first structure and the second structure is heated, and the first structure and the second structure are By softening and deforming at least one of the first structure and the second structure so that the thickness of the gap existing between the first structure and the second structure is less than or equal to the wavelength of light used by the optical module,
As a photomask for the photolithography process, a grayscale mask is used ,
The fitting portion between the first structure and the second structure is heated, and the thickness of the gap existing between the first structure and the second structure is increased. By setting the wavelength to be shorter than the wavelength, in the first and second structures, the reflection of light can be greatly reduced, and the light coupling efficiency can be improved.

特に、請求項2,請求項3記載の発明によれば、第1,第2の構造物の相対的な硬度や融点を規定することで、凹面でのみ応力緩和ができる。凹面での応力緩和は、凸面での応力緩和に比べ、広い範囲に及ぶことから、透過光が通過する領域での屈折率分布の乱れが相対的に小さくなる。これにより、光の収差劣化を低減でき、結合効率の高い光モジュールを提供できる。 In particular, according to claim 2, according to the third aspect of the present invention, first, by defining the relative hardness and the melting point of the second structure, it is only stress relaxation concave. Since the stress relaxation on the concave surface covers a wider range than the stress relaxation on the convex surface, the disturbance of the refractive index distribution in the region through which transmitted light passes is relatively small. Thereby, the aberration deterioration of light can be reduced and an optical module with high coupling efficiency can be provided.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

特許文献1のようにファイバーの外形で合わせると、光軸とファイバー外形との誤差があり、実装精度が低下する。これに対し、特許文献4に示されているように、嵌合させるために用いる構造物が光軸上にあれば、高精度の実装が可能なる。しかし、特許文献4では、光ファイバーとマイクロレンズとの接合であって、例えば発光素子とマイクロレンズと光ファイバーとを実装する場合、発光素子と光ファイバーとの実装において誤差が生じる可能性がある。光モジュールには、発光素子または受光素子と光学素子(例えば光ファイバー)とが構成要素としてあり、光学素子(例えば光ファイバー)と発光素子または受光素子との実装精度を上げる必要がある。   When matching with the outer shape of the fiber as in Patent Document 1, there is an error between the optical axis and the outer shape of the fiber, and the mounting accuracy is lowered. On the other hand, as shown in Patent Document 4, if the structure used for fitting is on the optical axis, high-precision mounting is possible. However, in Patent Document 4, when an optical fiber and a microlens are joined, for example, when a light emitting element, a microlens, and an optical fiber are mounted, an error may occur in the mounting of the light emitting element and the optical fiber. An optical module includes a light emitting element or a light receiving element and an optical element (for example, an optical fiber) as constituent elements, and it is necessary to improve mounting accuracy between the optical element (for example, an optical fiber) and the light emitting element or the light receiving element.

そこで、本発明は、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールであって、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第1の構造物が設けられ、該第1の構造物に整合する形の第2の構造物が光学素子側にも設けられ、第1の構造物と第2の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μm程度以下になるように、嵌合可能となっていることを特徴としている。   Therefore, the present invention is an optical module comprising a light emitting element or a light receiving element and an optical element that transmits light from the light emitting element or light to the light receiving element, and the light emitting area or light receiving area on the surface of the light emitting element or light receiving element. The first structure is provided on the optical element side, and the second structure having a shape matching the first structure is provided on the optical element side, and the first structure and the second structure emit light. It is characterized in that it can be fitted so that the distance between the element or the light receiving element and the optical element is about several μm or less.

特許文献4に示されているような嵌合させるために用いる構造物が発光素子または受光素子にあれば、高精度の実装が可能となる。しかし、例えば発光素子から発せられる光は発散角を有しており、発光面から離れることによって、その光は広がる。そこで、本発明では、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に設けられる第1の構造物と光学素子側に設けられている第2の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μm程度以下になるように、嵌合可能となっていることを特徴としている。これにより、発光素子または受光素子と光学素子とを数μm程度以下の近傍に設置することができ、例えば発光素子から発せられる光が発散角を有しているも、光学素子(例えば光ファイバー)が発光素子または受光素子の近傍であることにより、光の広がりを低く抑えることができる。   If the structure used for fitting as shown in Patent Document 4 is in the light emitting element or the light receiving element, highly accurate mounting is possible. However, for example, the light emitted from the light emitting element has a divergence angle, and the light spreads by moving away from the light emitting surface. Therefore, in the present invention, the first structure provided in the light emitting region or the light receiving region on the surface of the light emitting element or the light receiving element and the second structure provided on the optical element side include the light emitting element or the light receiving element. It is characterized in that it can be fitted so that the distance from the optical element is about several μm or less. Thereby, the light emitting element or the light receiving element and the optical element can be installed in the vicinity of about several μm or less. For example, although the light emitted from the light emitting element has a divergence angle, the optical element (for example, an optical fiber) By being in the vicinity of the light emitting element or the light receiving element, the spread of light can be suppressed to a low level.

なお、例えば発光素子が面発光レーザの場合には、その表面がミラー面となっており、その表面に構造物を作り込むのは難しい。そこで、この場合には、面発光レーザのミラー面の上部にミラー面とは異なる材質の膜を形成し、その膜に構造物を作り込む。これにより、発光素子と光学素子とに形成された構造物を利用して、発光素子と光学素子とを嵌合実装することが可能となる。   For example, when the light emitting element is a surface emitting laser, the surface is a mirror surface, and it is difficult to make a structure on the surface. Therefore, in this case, a film made of a material different from the mirror surface is formed on the upper surface of the mirror surface of the surface emitting laser, and a structure is formed in the film. Accordingly, the light emitting element and the optical element can be fitted and mounted using the structure formed in the light emitting element and the optical element.

このように、本発明によれば、発光素子または受光素子と光学素子とを、嵌合構造のもつ高精度性を利用した形で、マイクロレンズを介さずに直接光学的に結合させることが可能になる。   As described above, according to the present invention, it is possible to directly and optically couple the light emitting element or the light receiving element and the optical element without using the micro lens in a form using the high accuracy of the fitting structure. become.

すなわち、本発明によれば、発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールであって、発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第1の構造物が設けられ、該第1の構造物に整合する形の第2の構造物が光学素子側にも設けられ、第1の構造物と第2の構造物とは、発光素子または受光素子と光学素子との間隔が数μm程度以下になるように、嵌合可能となっているので、発光素子または受光素子と光学素子(例えば光ファイバー)との低コストの製造工程での実装精度が高くなり、高精度の低コストの光モジュールを提供できる。   That is, according to the present invention, an optical module including a light emitting element or a light receiving element and an optical element that transmits light from the light emitting element or light to the light receiving element, the light emitting region on the surface of the light emitting element or the light receiving element or A first structure is provided in the light receiving region, and a second structure having a shape matching the first structure is also provided on the optical element side. The first structure and the second structure are Since the fitting is possible so that the distance between the light emitting element or the light receiving element and the optical element is about several μm or less, the low cost manufacturing process of the light emitting element or the light receiving element and the optical element (for example, optical fiber) Mounting accuracy can be increased, and a high-precision and low-cost optical module can be provided.

上記本発明の光モジュールにおいて、光学素子は例えば光ファイバーであり、この場合、第2の構造物を光ファイバーのコア領域に設けることができる。すなわち、光ファイバーは、コア領域のみ不純物濃度が異なることより、選択的にエッチングを行うことができる。これにより、容易な仕方でセルフアラインにコア領域に構造物を作ることができる。   In the optical module of the present invention, the optical element is, for example, an optical fiber. In this case, the second structure can be provided in the core region of the optical fiber. That is, the optical fiber can be selectively etched because the impurity concentration differs only in the core region. Thereby, a structure can be made in the core region in a self-aligned manner in an easy manner.

すなわち、例えば、シングルモードファイバーにおけるコア径と面発光レーザの発光領域はほぼ同程度である。そのため、面発光レーザから発せられる光が光ファイバーのコアに入らずに漏れると、光結合効率が低下する。従って、面発光レーザからの光が、できる限り、光ファイバーのコアに入るのが望ましい。上記のように、第2の構造物を光ファイバーのコア領域に設けることにより、面発光レーザからの光を光ファイバーのコアに確実に入れることができ、光結合効率を向上させることができる。   That is, for example, the core diameter in the single mode fiber and the light emitting region of the surface emitting laser are approximately the same. Therefore, if the light emitted from the surface emitting laser leaks without entering the core of the optical fiber, the optical coupling efficiency is lowered. Therefore, it is desirable that light from the surface emitting laser enter the optical fiber core as much as possible. As described above, by providing the second structure in the core region of the optical fiber, the light from the surface emitting laser can be surely entered into the core of the optical fiber, and the optical coupling efficiency can be improved.

また、上記本発明の光モジュールにおいて、第1の構造物と第2の構造物との嵌合部に、光を屈折させる機能をもたせることができる。この場合には、発光素子から放出された光が屈折し、集光されることで、光線の発散角を抑えることができ、これによって、発光素子または受光素子と光学素子との光結合効率を向上させることができる。   In the optical module of the present invention, the fitting portion between the first structure and the second structure can have a function of refracting light. In this case, the light emitted from the light emitting element is refracted and collected, so that the divergence angle of the light beam can be suppressed, thereby improving the optical coupling efficiency between the light emitting element or the light receiving element and the optical element. Can be improved.

すなわち、例えば、シングルモードファイバーにおけるコア径と面発光レーザの発光領域はほぼ同程度である。そのため、面発光レーザから発せられる光が光ファイバーのコアに入らずに漏れると、光結合効率が低下する。従って、面発光レーザからの光が、できる限り、光ファイバーのコアに入るのが望ましい。上記のように、第1の構造物と第2の構造物との嵌合部に、光を屈折させる機能をもたせることにより、面発光レーザからの光を光ファイバーのコアに確実に入れることができ、光結合効率を向上させることができる。   That is, for example, the core diameter in the single mode fiber and the light emitting region of the surface emitting laser are approximately the same. Therefore, if the light emitted from the surface emitting laser leaks without entering the core of the optical fiber, the optical coupling efficiency is lowered. Therefore, it is desirable that light from the surface emitting laser enter the optical fiber core as much as possible. As described above, by providing the fitting portion between the first structure and the second structure with a function of refracting light, light from the surface emitting laser can be reliably put into the core of the optical fiber. The optical coupling efficiency can be improved.

第1の構造物と第2の構造物との嵌合部に、光を屈折させる機能をもたせる場合、第1の構造物と第2の構造物との材質の屈折率の大きい方を凸面にし、小さい方を凹面にすることができる。このように凸面を構成する材質の方の屈折率が高い場合には、この嵌合部に凸レンズと同様に光を集光する機能をもたせることができ、凸レンズと同様に光を集光する機能を有する嵌合部が光学素子と発光素子の間に設けられることで、実装精度を緩和することができ、光結合効率を向上させることができる。   When the fitting portion between the first structure and the second structure has a function of refracting light, the material having the higher refractive index of the first structure and the second structure is made convex. The smaller one can be concave. In this way, when the refractive index of the material constituting the convex surface is higher, the fitting portion can have a function of condensing light like a convex lens, and the function of condensing light like a convex lens. By providing the fitting portion having the distance between the optical element and the light emitting element, the mounting accuracy can be relaxed and the optical coupling efficiency can be improved.

また、上述した本発明の光モジュールにおいて、第1の構造物と第2の構造物との間に存在する隙間の厚みは、利用している光の波長以下であるのが良い。すなわち、第1の構造物と第2の構造物との間に存在する隙間には、空気層が形成され、空気層は屈折率が低く、反射を起こす原因となる。しかし、その空気層の厚さが、用いている光の波長以下であるときには、光はこの屈折率を感じることなく、反射されない。このように、第1の構造物と第2の構造物との間に存在する隙間の厚みは、利用している光の波長以下であることにより、第1,第2の構造物において、光の反射を大幅に低減することができ、光の結合効率を向上させることができる。   In the optical module of the present invention described above, the thickness of the gap existing between the first structure and the second structure is preferably equal to or less than the wavelength of the light used. In other words, an air layer is formed in the gap existing between the first structure and the second structure, and the air layer has a low refractive index and causes reflection. However, when the thickness of the air layer is equal to or less than the wavelength of the light used, the light does not feel this refractive index and is not reflected. Thus, since the thickness of the gap existing between the first structure and the second structure is equal to or less than the wavelength of the light used, the first and second structures Can be significantly reduced, and the light coupling efficiency can be improved.

また、上述した本発明の光モジュールにおいて、第1の構造物と第2の構造物との材質の硬度の大きい方を凸面にし、小さい方を凹面にすることができる。   Further, in the above-described optical module of the present invention, the material having the higher hardness of the first structure and the second structure can be a convex surface and the smaller one can be a concave surface.

すなわち、発光素子または受光素子と光学素子とを嵌合実装する場合、発光素子または受光素子と光学素子とは、互いに押し付けられ、これにより、第1,第2の構造物は変形することになる。この変形を利用することで、第1の構造物と第2の構造物との間に存在する隙間の厚みとして、利用している光の波長以下の隙間厚さを実現できる。この時、変形すると材質の屈折率に歪みが生じるため、できる限り、応力を緩和することが望まれる。この変形が第1,第2のどちらの構造物によって支配的に起きるかは、第1,第2の構造物の硬度の大小関係で決まる。凸面の方が軟らかい場合、凸面における応力緩和は凸面部分のみに集中し、その残留応力が非常に大きくなり、透過光の収差劣化が激しい。本発明では、凸面の材質の方が硬くしてあるので、凹面側が変形することになる。凹面は応力緩和する領域が広く、光が透過領域での残留応力が小さい。   That is, when fitting and mounting the light emitting element or the light receiving element and the optical element, the light emitting element or the light receiving element and the optical element are pressed against each other, whereby the first and second structures are deformed. . By utilizing this deformation, it is possible to realize a gap thickness equal to or less than the wavelength of the light used as the gap thickness between the first structure and the second structure. At this time, if the material is deformed, the refractive index of the material is distorted. Therefore, it is desirable to relax the stress as much as possible. Whether the deformation is predominantly caused by the first or second structure depends on the hardness relationship of the first and second structures. When the convex surface is softer, stress relaxation on the convex surface is concentrated only on the convex surface portion, the residual stress becomes very large, and the aberration deterioration of transmitted light is severe. In the present invention, since the material of the convex surface is hardened, the concave surface side is deformed. The concave surface has a wide stress relaxation region, and the residual stress in the light transmission region is small.

また、上述した本発明の光モジュールにおいて、第1の構造物と第2の構造物との材質における融点が高い方を凸面にし、小さい方を凹面にすることができる。嵌合実装する際には、嵌合部を加熱することで、第1,第2の構造物を軟化させて変形させることができ、これにより、第1の構造物と第2の構造物との間に存在する隙間の厚みを、利用している光の波長以下にすることができる。この時、温度を調整することで、第1,第2の構造物のうちの一方だけを軟化することができる。凹面側の材質の軟化点が低い場合には、凹面だけを軟化させて変形させることができる。この時、変形すると材質の屈折率に歪みが生じるため、できる限り、応力を緩和することが望まれる。凸面の方が変形した場合、凸面における応力緩和は凸面部分のみに集中し、その残留応力が非常に大きくなり、透過光の収差劣化が激しい。本発明では、凹面の方が融点が低いことで、凹面側が変形することになる。凹面は応力緩和する領域が広く、光が透過領域での残留応力が小さい。   In the optical module of the present invention described above, the higher melting point in the material of the first structure and the second structure can be a convex surface, and the smaller one can be a concave surface. When fitting and mounting, by heating the fitting portion, the first and second structures can be softened and deformed, whereby the first structure and the second structure The thickness of the gap existing between the two can be made equal to or less than the wavelength of the light being used. At this time, only one of the first and second structures can be softened by adjusting the temperature. When the softening point of the material on the concave side is low, only the concave surface can be softened and deformed. At this time, if the material is deformed, the refractive index of the material is distorted. Therefore, it is desirable to relax the stress as much as possible. When the convex surface is deformed, stress relaxation on the convex surface is concentrated only on the convex surface portion, the residual stress becomes very large, and the aberration deterioration of transmitted light is severe. In the present invention, the concave surface has a lower melting point, so that the concave surface is deformed. The concave surface has a wide stress relaxation region, and the residual stress in the light transmission region is small.

また、上述した本発明の光モジュールにおける第1の構造物もしくは第2の構造物を作製する工程において、フォトリソグラフィー工程を有し、フォトリソグラフィー工程におけるフォトマスクとして、グレースケールマスクを用いるのが好ましい。   Further, it is preferable to have a photolithography process in the step of manufacturing the first structure or the second structure in the optical module of the present invention described above, and to use a gray scale mask as a photomask in the photolithography process. .

グレースケールマスク方法では、フォトリソグラフィーに用いるマスクを、透過率が1と0の細かいドットによって階調表現したものや中間調によって表現されたものにする。階調表現によって、明るい部分,暗い部分ができ、これをフォトレジストに露光する事で、暗い所は高く、明るい所は低く(ポジレジストの場合)、中間高さを含む、高さ表現されたレジスト形状を得ることができる。このようにマスク形状を工夫する事で、レジストを3次元的かつ任意形状に加工する事ができる(グレースケールマスク方法の作製方法の詳細は特開平11−177123、特開2000−280366などに示されている)。グレースケールマスクを利用することで、凹面,凸面の形状を任意に整形することができる。これにより、第1,第2の構造物をそれぞれ適当な形に整形し、第1の構造物と第2の構造物との間に存在する隙間の厚みが、利用している光の波長以下であるという条件を満足させることができる。すなわち、凹面と凸面との隙間が無くなり(第1の構造物と第2の構造物との間に隙間ができないようにすることができ)、結合効率が高い光モジュールを提供できる。   In the gray scale mask method, a mask used for photolithography is expressed in gradation by fine dots with transmittance of 1 and 0 or expressed in halftone. By gradation expression, bright part and dark part are created, and by exposing this to photoresist, the dark part is high, the bright part is low (in the case of positive resist), and the height is expressed including the intermediate height. A resist shape can be obtained. By devising the mask shape in this way, the resist can be processed into a three-dimensional and arbitrary shape (details of a gray scale mask manufacturing method are disclosed in JP-A-11-177123, JP-A-2000-280366, etc.). Have been). By using a grayscale mask, the concave and convex shapes can be arbitrarily shaped. Thereby, the first and second structures are respectively shaped into appropriate shapes, and the thickness of the gap existing between the first structure and the second structure is less than the wavelength of the light used. Can be satisfied. That is, there is no gap between the concave surface and the convex surface (a gap can be prevented between the first structure and the second structure), and an optical module with high coupling efficiency can be provided.

また、上述した本発明の光モジュールにおいて、発光素子または受光素子と光学素子とを複数配列してアレーにすることができる。このようにアレーにすることで、複数の素子を同時に実装することができ、製造コスト(実装コスト)を低減することができる。   In the optical module of the present invention described above, a plurality of light emitting elements or light receiving elements and optical elements can be arranged to form an array. By using such an array, a plurality of elements can be mounted simultaneously, and the manufacturing cost (mounting cost) can be reduced.

図3は本発明の実施例1の光モジュールを示す図である。図3に示すように、この実施例1の光モジュールは、面発光レーザと、光ファイバーとからなり、それぞれの表面に、第1,第2の構造物が設けられている。ここで、第1の構造物は、面発光レーザの発光領域に設けられ、第2の構造物は、光ファイバーの先端のコア領域に設けられており、第1,第2の構造物は、嵌合実装可能となっている。   FIG. 3 is a diagram illustrating the optical module according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the optical module of the first embodiment includes a surface emitting laser and an optical fiber, and first and second structures are provided on the respective surfaces. Here, the first structure is provided in the light emitting region of the surface emitting laser, the second structure is provided in the core region at the tip of the optical fiber, and the first and second structures are fitted. Can be combined.

先ず、第2の構造物は、例えば、文献「MOC1995予稿集p62」や文献「1998IEEE/LEOS Summer Topical Meeting予稿集p57」に示されている仕方で作製できる。この実施例1では、光ファイバーの一端をHF−NHF系緩衝溶液を用いた化学エッチング法によって作製した。光ファイバーには、GeOのドープ濃度が3〜15mol%程度の石英系単心シングルモードファイバを用いた。光ファイバーのコア部分には不純物が含まれており、フッ化水素溶液に対するエッチング速度が異なる。このため、適当な条件を与えることによって、コア部分が円錐状もしくは凸面状に選択的に残される。この第2の構造物は、コアの濃度分布を利用して作成しているため、コア部分に自動的に作成できるセルフアセンブルであり、その位置精度は非常に良い。フッ化水素の濃度やエッチング時間をコントロールすることで、その形状は任意にコントロールできる。 First, the second structure can be manufactured in the manner shown in, for example, the literature “MOC 1995 Proceedings p62” and the literature “1998 IEEE / LEOS Summer Topical Meeting Proceedings p57”. In Example 1, one end of the optical fiber was produced by a chemical etching method using an HF—NH 4 F buffer solution. A quartz-based single-core single-mode fiber having a GeO 2 doping concentration of about 3 to 15 mol% was used as the optical fiber. Impurities are contained in the core portion of the optical fiber, and the etching rate for the hydrogen fluoride solution is different. For this reason, by giving an appropriate condition, the core portion is selectively left in a conical or convex shape. Since the second structure is created using the concentration distribution of the core, it is self-assembled that can be automatically created in the core portion, and its positional accuracy is very good. By controlling the concentration and etching time of hydrogen fluoride, the shape can be controlled arbitrarily.

具体的に、光ファイバーのクラッド径は125μm、コア径は10μmである。また、フッ化水素酸(HF)には、濃度が47wt%のものを使用した。また、フッ化アンモニウム(NHF)には、濃度が50wt%〜100wt%のものを使用した。また、緩衝溶液は体積比HF:NHF:HO=X:1:1として、Xが0.02〜0.8でそれぞれ1時間のエッチングを行った。室温20℃で溶液温度を20℃で一定に保ち、エッチング時間を1時間から6時間まで1時間毎に変化させ検討した。緩衝溶液1.5mlに端面を出した光ファイバー端を液面下1mmで固定して流動パラフィンを10μl滴下してエッチングを行った。これにより、第2の構造物として、直径10μm,高さ3μm程度の凸面形状を作製した。この第2の構造物のコアとの相対的な位置ずれはサブμm以下であった。また、第2の構造物の物性値としては、屈折率が1.5であり、ヤング率が7.3Paであり、融点が1600℃であった。 Specifically, the clad diameter of the optical fiber is 125 μm, and the core diameter is 10 μm. Further, hydrofluoric acid (HF) having a concentration of 47 wt% was used. Further, ammonium fluoride (NH 4 F) having a concentration of 50 wt% to 100 wt% was used. Further, the buffer solution was subjected to etching for 1 hour at a volume ratio of HF: NH 4 F: H 2 O = X: 1: 1, with X being 0.02 to 0.8. The solution temperature was kept constant at 20 ° C. at room temperature of 20 ° C., and the etching time was changed every hour from 1 hour to 6 hours. Etching was performed by dropping 10 μl of liquid paraffin by fixing the optical fiber end protruding from 1.5 ml of the buffer solution at 1 mm below the liquid surface. Thereby, a convex shape having a diameter of about 10 μm and a height of about 3 μm was produced as the second structure. The relative positional deviation from the core of the second structure was not more than sub μm. The physical properties of the second structure were a refractive index of 1.5, a Young's modulus of 7.3 Pa, and a melting point of 1600 ° C.

また、図4は実施例1の光モジュールに用いられる面発光レーザを示す図であり、図4の面発光レーザはGaInNAs面発光レーザとして構成されている。図4を参照すると、実施例1における面発光型半導体レーザ素子は、3インチの大きさの面方位(100)のn−GaAs基板上に,それぞれの媒質内における発振波長の1/4倍の厚さでn−AlGa1−xAs(x=0.9)とn−GaAsとを交互に35周期積層した周期構造からなるn−半導体分布ブラッグ反射鏡(下部半導体分布ブラッグ反射鏡:単に下部反射鏡ともいう)が形成され、その上に、アンドープ下部GaAsスペーサ層,4層のGaInNAs井戸層と5層のGaNPAs障壁層からなる多重量子井戸活性層,アンドープ上部GaAsスペーサ層が形成されている。そして、その上に、p−半導体分布ブラッグ反射鏡(上部半導体分布ブラッグ反射鏡:単に上部反射鏡ともいう)が形成されている。上部反射鏡は、Cドープのp−AlGa1−xAs(x=0.9)とp−GaAsとをそれぞれの媒質内における発振波長の1/4倍の厚さで交互に積層した周期構造(例えば、25周期)から構成されている。なお、上部反射鏡中の活性層に近い位置には、AlAsからなる被選択酸化層が例えば30nm厚さで設けられている。また、上部反射鏡の最上部のGaAs層は、電極とコンタクトを取るコンタクト層を兼ねている。 FIG. 4 is a diagram showing a surface emitting laser used in the optical module of Example 1. The surface emitting laser of FIG. 4 is configured as a GaInNAs surface emitting laser. Referring to FIG. 4, the surface-emitting type semiconductor laser device in Example 1 is ¼ times the oscillation wavelength in each medium on an n-GaAs substrate having a surface orientation (100) of 3 inches. thickness using a n-Al x Ga 1-x as (x = 0.9) and the n-GaAs consisting 35 cycles stacked periodic structure alternately n- semiconductor distributed Bragg reflector (lower semiconductor distributed Bragg reflector: An undoped lower GaAs spacer layer, a four-layer GaInNAs well layer and a five-layer GaNPAs barrier layer, and an undoped upper GaAs spacer layer are formed thereon. ing. A p-semiconductor distributed Bragg reflector (upper semiconductor distributed Bragg reflector: also simply referred to as an upper reflector) is formed thereon. The upper reflector is formed by alternately stacking C-doped p-Al x Ga 1-x As (x = 0.9) and p-GaAs at a thickness that is ¼ times the oscillation wavelength in each medium. It is composed of a periodic structure (for example, 25 periods). A selective oxidation layer made of AlAs is provided with a thickness of, for example, 30 nm at a position near the active layer in the upper reflecting mirror. The uppermost GaAs layer of the upper reflecting mirror also serves as a contact layer that contacts the electrode.

図4の面発光レーザは、MOCVD法によって作製され、MOCVD法によるGaInNAs活性層の原料には、TMG(トリメチルガリウム),TMI(トリメチルインジウム),AsH(アルシン),そして窒素の原料にはDMHy(ジメチルヒドラジン)を用いた。また、キャリアガスにはHを用いた。DMHyは低温で分解するので600℃以下のような低温成長に適しており,特に低温成長の必要な歪みの大きい量子井戸層を成長する場合好ましい原料である。この実施例1のGaInNAs面発光型半導体レーザ素子の活性層のように歪が大きい場合は、非平衡となる低温成長が好ましい。この実施例1では、GaInNAs層は540℃で成長させた。 The surface emitting laser shown in FIG. 4 is manufactured by MOCVD, and TMG (trimethylgallium), TMI (trimethylindium), AsH 3 (arsine), and DMHy are used as raw materials for the GaInNAs active layer by MOCVD. (Dimethylhydrazine) was used. Further, the carrier gas was used H 2. DMHy decomposes at a low temperature and is suitable for low temperature growth of 600 ° C. or less, and is a preferable raw material when growing a quantum well layer having a large strain required for low temperature growth. When the strain is large as in the active layer of the GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser element of Example 1, low temperature growth that is non-equilibrium is preferable. In Example 1, the GaInNAs layer was grown at 540 ° C.

そして、所定の大きさのメサを少なくともp−AlAs被選択酸化層の側面を露出させて形成し、側面の現れたAlAsを水蒸気で側面から酸化してAl電流狭さく部を形成した。そして、次に、ポリイミドでエッチング部を埋め込んで平坦化し、pコンタクト部と光出射部のある上部反射鏡上のポリイミドを除去し、pコンタクト層上の光出射部以外にp側電極を形成し、また、基板の裏面にn側電極を形成した。光出射部の直径は約8μm程度とし、電流狭さく部は直径5μm程度である。また、出射光の出射面での直径は8μm程度、発散角は10°程度である。 Then, a mesa having a predetermined size was formed by exposing at least the side surface of the p-AlAs selective oxidation layer, and the AlAs that appeared on the side surface was oxidized from the side surface with water vapor to form an Al x O y current narrowing portion. Next, the etched portion is filled with polyimide and flattened, the polyimide on the upper reflecting mirror having the p contact portion and the light emitting portion is removed, and a p-side electrode is formed in addition to the light emitting portion on the p contact layer. In addition, an n-side electrode was formed on the back surface of the substrate. The diameter of the light emitting portion is about 8 μm, and the current narrowing portion is about 5 μm in diameter. Further, the diameter of the outgoing light at the exit surface is about 8 μm, and the divergence angle is about 10 °.

そして、この実施例1では、ポリイミド上部に、出射波長に対して透明である樹脂を塗布する。透明樹脂は、フォトリソエッチングを行ない、第1の構造物となる。樹脂には、屈折率が1.3程度のものを利用し、ヤング率は0.2Pa、融点は200℃である。これに対し、前述したように、第2の構造物は石英であり、物性値としては、屈折率が1.5、ヤング率が7.3Pa、融点が1600℃である。第1の構造物は凹面として、第2の構造物を凸面として、これらの数値は、請求項4,請求項6,請求項7を満足している。   And in this Example 1, resin transparent with respect to an emitted wavelength is apply | coated to the polyimide upper part. The transparent resin is subjected to photolithography etching and becomes the first structure. Resin having a refractive index of about 1.3 is used, Young's modulus is 0.2 Pa, and melting point is 200 ° C. On the other hand, as described above, the second structure is quartz, and as physical properties, the refractive index is 1.5, the Young's modulus is 7.3 Pa, and the melting point is 1600 ° C. The first structure is a concave surface, and the second structure is a convex surface, and these numerical values satisfy claims 4, 6, and 7.

より具体的に、第1の構造物は次のように作製される。すなわち、樹脂はスピンコートを利用して、膜厚が約5μm程度になるようにプロセスを設計した。樹脂の上にはレジストを5μm程度塗布する。レジストはグレースケールマスクを用いて、露光する。グレースケールマスクを利用することで、任意の形状を形成することができる。このとき、先のp側電極を作成する際に、アライメントマークは作りこんでおき、このアライメントマークを赤外線顕微鏡で観察しながら、マスク位置を決定する。これにより、パターニングはサブμmオーダーの位置精度が保たれる。パターニングされたレジストをドライエッチングによって、透明樹脂へ転写する。ドライエッチングの条件は、ガス流量比やエッチング時間,バイアス電圧を制御することで、転写される形状を制御することができる。今回はガスとしてCとArを1:1の割合で入れた。エッチング深さは5μm程度とし、レジストの残さはほとんどない状態である。これにより、第1の構造物として凹面形状が形成され、その形状は先の光ファイバーに作成したものとほぼ同じ形状となった。 More specifically, the first structure is manufactured as follows. In other words, the process was designed so that the resin had a film thickness of about 5 μm using spin coating. About 5 μm of resist is applied on the resin. The resist is exposed using a gray scale mask. An arbitrary shape can be formed by using a gray scale mask. At this time, when the previous p-side electrode is formed, an alignment mark is formed, and the mask position is determined while observing the alignment mark with an infrared microscope. As a result, the patterning can maintain the positional accuracy on the order of sub-μm. The patterned resist is transferred to a transparent resin by dry etching. The dry etching conditions can control the shape to be transferred by controlling the gas flow rate ratio, etching time, and bias voltage. This time, C 4 F 8 and Ar were added at a ratio of 1: 1 as gas. The etching depth is about 5 μm, and there is almost no resist residue. As a result, a concave surface shape was formed as the first structure, and the shape was substantially the same as that of the previous optical fiber.

図5には、図4に示した面発光レーザに光ファイバーを実装した形態が示されている。図5に示すように、第1の構造物(凹面形状)と第2の構造物(凸面形状)とは嵌合しており、これにより、高精度の実装が実現できている。以下に、光ファイバーと面発光レーザとの実装方法をより詳細に述べる。   FIG. 5 shows a form in which an optical fiber is mounted on the surface emitting laser shown in FIG. As shown in FIG. 5, the first structure (concave surface shape) and the second structure (convex surface shape) are fitted to each other, thereby realizing high-precision mounting. Hereinafter, a mounting method of the optical fiber and the surface emitting laser will be described in more detail.

図6に示すように、光ファイバーは固定治具に固定され、第2構造物(凸面形状)を作りつけた端面を上方に向けるように配置する。固定治具と光ファイバーの平行度は高い精度で一致している。固定治具の表面にはスペーサーとなる粒子が配置されている。このスペーサーには、液晶パネルに用いるような数μm径の樹脂を用いた。この時、顕微鏡観察し、光ファイバーのコアの位置を測定し、パソコンに記憶させておく。次に、面発光レーザの裏面を真空吸着のコレットによって保持する。このコレットと面発光レーザの発光位置とをパソコンに記録する。これによって、光学顕微鏡で観察できるレベルの実装精度で、面発光レーザを光ファイバ上に移動させることができる。この状態でμmオーダーでの精度を実現できている。面発光レーザは裏面をコレットで保持され、表面にある第1の構造物(凹面形状)は、光ファイバーにある第2の構造物(凸面形状)と接触している。次に、コレットの真空吸着を弱め、コレットを下方に力を加える。この時、第1,第2の構造物同士が最も一致する位置へ面発光レーザのチップは移動する。この状態で、面発光レーザ基板を加熱する。加熱する温度は、第1の構造物の表面だけが若干融解する程度とした。これにより、面発光レーザに設けられた第1の構造物である樹脂の最表面だけを溶かことができ、第1の構造物と第2の構造物との間にできた隙間を消滅させることができる。次に、光ファイバーの固定治具と面発光レーザのチップとを固定する。   As shown in FIG. 6, the optical fiber is fixed to a fixing jig, and is arranged so that the end surface on which the second structure (convex shape) is formed faces upward. The parallelism between the fixture and the optical fiber matches with high accuracy. Particles serving as spacers are arranged on the surface of the fixing jig. For this spacer, a resin having a diameter of several μm as used in a liquid crystal panel was used. At this time, the position of the core of the optical fiber is measured with a microscope and stored in a personal computer. Next, the back surface of the surface emitting laser is held by a vacuum suction collet. The collet and the emission position of the surface emitting laser are recorded on a personal computer. Accordingly, the surface emitting laser can be moved onto the optical fiber with a mounting accuracy that can be observed with an optical microscope. In this state, accuracy on the order of μm can be realized. In the surface emitting laser, the back surface is held by a collet, and the first structure (concave shape) on the front surface is in contact with the second structure (convex shape) on the optical fiber. Next, the vacuum suction of the collet is weakened and a force is applied to the collet downward. At this time, the surface emitting laser chip moves to the position where the first and second structures are most closely matched. In this state, the surface emitting laser substrate is heated. The heating temperature was such that only the surface of the first structure was slightly melted. Thereby, only the outermost surface of the resin that is the first structure provided in the surface emitting laser can be melted, and the gap formed between the first structure and the second structure is eliminated. be able to. Next, an optical fiber fixing jig and a surface emitting laser chip are fixed.

図7は本発明の実施例2の光モジュールを示す図である。この実施例2の光モジュールは、複数の光ファイバーと複数の面発光レーザとからなり、それぞれの表面に第1,第2の構造物が設けられ、第1,第2の構造物によって嵌合実装されるようになっている。ここで、第1の構造物は、面発光レーザの発光領域に設けられ、第2の構造物は、光ファイバーの先端のコア領域に設けられており、第1,第2の構造物は嵌合実装可能となっている。この実施例2の特徴は、光ファイバーおよび面発光レーザがアレー状に配列されている点である。   FIG. 7 is a diagram showing an optical module according to Embodiment 2 of the present invention. The optical module according to the second embodiment includes a plurality of optical fibers and a plurality of surface emitting lasers. First and second structures are provided on the respective surfaces, and the first and second structures are fitted and mounted. It has come to be. Here, the first structure is provided in the light emitting region of the surface emitting laser, the second structure is provided in the core region at the tip of the optical fiber, and the first and second structures are fitted. Can be implemented. The feature of the second embodiment is that optical fibers and surface emitting lasers are arranged in an array.

各光ファイバーのコア領域には、実施例1に述べた方法によって、それぞれ、第2の構造物を作成することができる。この光ファイバーを複数束ねるため、各光ファイバーは固定次具によって固定される。固定方法は、弾性に富んだ樹脂によって固定次具と固定し、数μm程度であれば、外力によって移動できるようにしている。   In the core region of each optical fiber, the second structure can be formed by the method described in the first embodiment. In order to bundle a plurality of optical fibers, each optical fiber is fixed by a fixing tool. The fixing method is to fix to the fixing fixture with a resin rich in elasticity, and if it is about several μm, it can be moved by external force.

また、各面発光レーザの作製方法は実施例1と同様であり、それぞれの発光部を同一表面上に複数並べる。それぞれの発光部の間隔は、上述した光ファイバーの固定次具と同じ間隔にしている。各光ファイバーは固定治具に固定され、第2の構造物を作りつけた端面を上方に向けるように配置する。これ以降は、実装方法は実施例1とほぼ同様である。ただし、各光ファイバーと固定次具は弾性ある樹脂によって固定されているため、嵌合する際にはそれに沿う形で移動する。その後、嵌合した状態で、固定用の樹脂を流し込み光ファイバーと固定次具とを強固に固定する。   In addition, the method for manufacturing each surface emitting laser is the same as that in Example 1, and a plurality of the respective light emitting portions are arranged on the same surface. The intervals between the light emitting portions are set to be the same as those of the above-described optical fiber fixing fixture. Each optical fiber is fixed to a fixing jig, and is arranged so that the end surface on which the second structure is formed faces upward. Thereafter, the mounting method is almost the same as that of the first embodiment. However, since each optical fiber and the fixing fixture are fixed by an elastic resin, when they are fitted, they move along the same. Thereafter, in the fitted state, a fixing resin is poured to firmly fix the optical fiber and the fixing fixture.

図8は本発明の実施例3の光モジュールを示す図である。この実施例3の光モジュールは、複数のマイクロレンズと、複数の受光素子とからなり、それぞれの表面に第1,第2の構造物が設けられ、第1,第2の構造物によって嵌合実装されるようになっている。ここで、第1の構造物は、受光素子の受光領域に設けられ、第2の構造物はマイクロレンズの中心部に設けれている。   FIG. 8 is a diagram showing an optical module according to Embodiment 3 of the present invention. The optical module according to the third embodiment includes a plurality of microlenses and a plurality of light receiving elements. The first and second structures are provided on the respective surfaces and are fitted by the first and second structures. It is to be implemented. Here, the first structure is provided in the light receiving region of the light receiving element, and the second structure is provided in the center of the microlens.

実施例3において、マイクロレンズの作製には石英基板をウェハー状に加工したものを利用する。すなわち、先ず、ウェハーにレジストを塗布し、そのレジストにグレースケールマスクを用いて、レンズ形状を露光する。レジストの膜厚は30μm程度とし、スピンコーターの回転速度をコントロールすることで、均一に制御することができる。このレンズ状に加工されたレジストをマスクにドライエッチングを行う。ドライエッチングではガス流量比やバイアス電力などをコントロールすることで、マイクロレンズの形状をコントロールすることができる。今回はArとCのガスをそれぞれ、10sccmと10sccmとしてエッチングした。エッチングレートは0.3μm/分程度で、約60分、18μm程度エッチングした。また、面発光レーザは実施例1に述べた方法と同様にして作製した。実装方法も実施例2に述べた方法と同じである。 In Example 3, a microlens is produced by processing a quartz substrate into a wafer shape. That is, first, a resist is applied to a wafer, and a lens shape is exposed to the resist using a gray scale mask. The film thickness of the resist is about 30 μm and can be controlled uniformly by controlling the rotation speed of the spin coater. Dry etching is performed using the resist processed into a lens shape as a mask. In dry etching, the shape of the microlens can be controlled by controlling the gas flow rate ratio and bias power. This time, etching was performed with Ar and C 4 F 8 gases of 10 sccm and 10 sccm, respectively. The etching rate was about 0.3 μm / minute, and the etching was performed for about 60 minutes and about 18 μm. The surface emitting laser was manufactured in the same manner as described in Example 1. The mounting method is the same as the method described in the second embodiment.

本発明は、光通信に用いる光トランシーバーなどに利用される。
The present invention is used in an optical transceiver used for optical communication.

従来例を示す図である。It is a figure which shows a prior art example. 従来例を示す図である。It is a figure which shows a prior art example. 本発明の実施例1の光モジュールを示す図である。It is a figure which shows the optical module of Example 1 of this invention. 実施例1の光モジュールに用いられる面発光レーザを示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a surface emitting laser used in the optical module of Example 1. 図4に示した面発光レーザに光ファイバーを実装した形態を示す図である。It is a figure which shows the form which mounted the optical fiber in the surface emitting laser shown in FIG. 面発光レーザと光ファイバーとの実装方法を示す図である。It is a figure which shows the mounting method of a surface emitting laser and an optical fiber. 本発明の実施例2の光モジュールを示す図である。It is a figure which shows the optical module of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3の光モジュールを示す図である。It is a figure which shows the optical module of Example 3 of this invention.

Claims (5)

発光素子または受光素子と発光素子からの光または受光素子への光を伝送する光学素子とからなる光モジュールの製造方法であって、
発光素子または受光素子の表面の発光領域または受光領域に第1の構造物をフォトリソグラフィーにより設ける工程と、
該第1の構造物に整合する形の第2の構造物をフォトリソグラフィーにより光学素子側に設ける工程と
第1の構造物と第2の構造物とを嵌合し、第1の構造物と第2の構造物との嵌合部を加熱して、第1の構造物と第2の構造物の少なくとも一方を軟化させて変形させることにより、第1の構造物と第2の構造物との間に存在する隙間の厚みを該光モジュールが利用する光の波長以下にする工程とを有し、
前記フォトリソグラフィーによる工程のフォトマスクとして、グレースケールマスクを用いることを特徴とする光モジュールの製造方法。
A method of manufacturing an optical module comprising a light emitting element or a light receiving element and an optical element for transmitting light from the light emitting element or light to the light receiving element,
Providing the first structure by photolithography in the light emitting region or the light receiving region on the surface of the light emitting device or the light receiving device;
Providing a second structure in alignment with the first structure on the optical element side by photolithography ;
The first structure and the second structure are fitted to each other, the fitting portion between the first structure and the second structure is heated, and the first structure and the second structure are By softening and deforming at least one of the first structure and the second structure so that the thickness of the gap existing between the first structure and the second structure is less than or equal to the wavelength of light used by the optical module,
A method of manufacturing an optical module, wherein a gray scale mask is used as a photomask in the photolithography process .
請求項1記載の光モジュールの製造方法において、第1の構造物と第2の構造物との材質の硬度の大きい方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴とする光モジュールの製造方法。 The method of manufacturing an optical module according to claim 1, wherein the first structure and the second structure are made of a material whose hardness is convex and a surface having a small hardness is concave. Production method. 請求項1記載の光モジュールの製造方法において、第1の構造物と第2の構造物との材質における融点が高い方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴とする光モジュールの製造方法。 The method of manufacturing an optical module according to claim 1, wherein the higher melting point in the material of the first structure and the second structure is a convex surface, and the smaller one is a concave surface. Production method. 請求項1記載の光モジュールの製造方法において、第1の構造物と第2の構造物との材質の屈折率の大きい方が凸面であり、小さい方が凹面であることを特徴とする光モジュールの製造方法。 2. The optical module manufacturing method according to claim 1, wherein the material having the first structure and the second structure having a higher refractive index is a convex surface and the smaller one is a concave surface. Manufacturing method. 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の光モジュールの製造方法において、前記光学素子は光ファイバーであり、前記第2の構造物は光ファイバーのコア領域に設けられていることを特徴とする光モジュールの製造方法。 5. The method of manufacturing an optical module according to claim 1, wherein the optical element is an optical fiber, and the second structure is provided in a core region of the optical fiber. A method for manufacturing an optical module.
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