JP4118747B2 - 光モジュール、光送受信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野にて光送受信器として利用される光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野では、電気信号と光信号との変換手段として、光素子と光ファイバが備えられた光モジュールが用いられている。光モジュールは、光素子として発光素子又は受光素子が用いられ、電気信号に応じた光信号を発光素子から光ファイバに出射したり、又は光ファイバを伝搬した光信号を受光素子で受信し、電気信号に変換して外部に出力できるようになっている。
【０００３】
従来、光モジュールとしては、導波路型発光素子を具備し、この導波路型発光素子の一方の端面側に光ファイバが配置され、他方の端面側にモニタ用受光素子が配置されたものが提案されている。
特に、基材に実装された導波路型発光素子とモニタ用受光素子との間に駆動素子を配置することによって、光素子と駆動素子との配線距離を短くした構成の光モジュールが提案されている（特許文献１参照）。この光モジュールは、配線経路のインピーダンスが低減され、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を抑制でき、これにより、駆動素子が外部に設けられた光モジュールに比べて、信号光の高速伝送が可能となる。
しかしながら、前記特許文献１に提案された光モジュールは、更なる伝送速度の高速化に対応して、更に配線経路のインピーダンスを低減することは難しい。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３５８３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものであり、従来の基材上の発光素子の近傍に駆動素子を実装する場合に比べて、光素子と駆動素子との配線経路を短くでき、これにより光素子と駆動素子との間のインピーダンスを大幅に低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を大幅に低減でき、信号光の更なる高速伝送が実現できる光モジュールと、前記光モジュールを用いた光送受信システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、半導体基板上に光素子を駆動するための集積回路を形成してなる駆動素子上に、発光素子である光素子と光ファイバを搭載し、光素子からの光を光ファイバに入力し、又は光ファイバからの光を光素子に入力するようにし、前記光素子と前記光ファイバとの間に、少なくとも２つの端面を有する光導波路を形成し、該光導波路を介して光素子からの光を光ファイバに入力し、又は光ファイバからの光を光素子に入力するようにし、前記駆動素子表面には、前記光導波路となる針状突起が形成され、該針状突起の基端部側に光ファイバを収容、固定する固定溝が形成されており、前記光素子の受光部又は発光部が前記針状突起の先端部に位置するように、前記光素子が実装され、前記光ファイバが前記固定溝に収容、固定され、前記光素子の発光部からの光が前記針状突起の先端部に入射され、前記針状突起を伝搬して前記光ファイバに入射されるようにし、かつ前記光ファイバから出力された光が前記針状突起に伝搬され、前記先端部から前記光素子の受光部に入射されるようにし、前記針状突起の基端部が傾斜面に接続され、前記光素子からの出射光は、その一部が前記針状突起から漏れた状態で、前記針状突起の先端部から前記基端部に向かって伝搬し、その光の一部が傾斜面にて基板上方に反射されるようになっており、前記針状突起の基端部に受光部が位置するようにモニタ用の受光素子が実装されたことを特徴とする光モジュールである。
請求項２に係る発明は、前記針状突起の先端部は三角錐状を成し、前記駆動素子の表面の上方から入射した光を前記針状突起の長手方向に反射させるか、または、前記針状突起の長手方向から入射した光を前記駆動素子の上方に反射させることを特徴とする請求項１に記載の光モジュールである。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の光モジュールが用いられたことを特徴とする光送受信システムである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
［光モジュール］
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態の光モジュール１の一例を示す斜視図である。光モジュール１は、駆動素子２と、駆動素子２の表面２１に搭載された光素子３と光ファイバ４から構成されている。
駆動素子２は、半導体基板２２と、この半導体基板２２上に形成された集積回路（ＩＣ：integrated circuit）２３とを具備する。半導体基板２２は、シリコンや、III−Ｖ族化合物等の化合物半導体等の半導体材料の結晶基板から構成されている。前記III−Ｖ族化合物としては、ＩｎＰ，ＧａＡｓ等が挙げられる。
【０００８】
前記駆動素子２の表面２１には、光導波路となる片持ち梁構造の針状突起５と、光ファイバ用の固定溝６とが形成されている。針状突起５は、断面が三角形や四角形等の矩形状や円状等であり、その先端部５１に傾斜面５２が設けられたものである。針状突起５の先端部５１と対向する端部（以下、基端部とも言う。）５３が、駆動素子２に設けられた条溝７の内面に固定された状態で、針状突起５は条溝７内に収容されている。
前記針状突起５の先端部５１の傾斜面５２は、図１（ｂ）に示されたように、駆動素子２の表面２１の上方から傾斜面５２に入射した光（以下、信号光とも言う。）８を針状突起５の長手方向に反射できるか、又は針状突起５の長手方向から傾斜面５２に入射した光を駆動素子２の上方に反射できるように形成されている。
【０００９】
図２は、図１（ｂ）中、Ａ矢視図である。また、図３は、図１（ｂ）中、Ｂ矢視図である。ここで、図中、（ｈｋｌ）（ｈ，ｋ，ｌは整数）は、結晶面のミラー指数を示し、＜ｈｋｌ＞は、結晶面（ｈｋｌ）に垂直な方向を示す。
図２及び図３に一例として示された半導体基板２２は、その表面２２ａが（１００）面となるように形成されたものである。また、針状突起５は、半導体基板２２を用いて形成されたものであり、例えば、半導体基板２２を異方性エッチングすることによって形成される。異方性エッチングとは、結晶面の方向に対するエッチング速度の差を利用したエッチング法である。
前記針状突起５は、条溝７の側面から＜０１１＞方向に伸びた三角柱５４と、この三角柱５４の先端に設けられた三角錐（以下、先端部と同じ符号５１を付す。）とから構成されている。前記三角柱５４は、半導体基板２を構成する半導体結晶の（１００）面，（１１−１）面，（１−１１）面から構成されている。三角柱５４の長手方向に垂直な面における断面形状は、二等辺三角形であり、その頂点が下方に向き、かつ底辺が半導体基板２２の表面２２ａと平行に位置し垂線に対して左右対称な形状である。
前記三角錐５１は、針状突起５の先端部５１となる部分であり、半導体結晶の（１００）面，（−１０１）面，（−１１０）面から構成されている。（−１０１）面と（−１１０）面が先端部５１に設けられた傾斜面５２となる。
（−１０１）面と（−１１０）面の交線は、垂線に対して３５°１６’の傾きをもっている。このため、先端部５１の傾斜面５２は、先端部５１に垂線方向から入射する光８を針状突起５の長手方向に反射するか、又は針状突起５の長手方向から先端部５１に入射する光８を先端部５１上方の垂線方向に反射するように機能する。
【００１０】
前記条溝７は、針状突起５が収容できる大きさであれば、特に限定されないが、一例として図２及び図３に示された光モジュール１の条溝７は、その側面が半導体結晶の（１−１１）面，（１１−１）面，（−１１１）面，（１１１）面から構成された逆メサ形状の溝である。そして、前記条溝７の４つの内側面のうち、（１１１）面に針状突起５の基端部５３が接続されている。
【００１１】
前記針状突起５の基端部５３側には、針状突起５の中心軸の延長線上に光ファイバ用の固定溝６が設けられており、固定溝６に光ファイバ４が収容、固定された際、光ファイバ４の中心軸が前記針状突起５の中心軸と一致するようになっている。
前記固定溝６には、光ファイバ４が収容されており、光ファイバ４と半導体基板２とは接着剤や金錫共晶ハンダ等で固定されている。
【００１２】
前記半導体基板２２の表面２２ａには、透光性の絶縁膜２４が設けられている。絶縁膜２４としては、ＳｉＯ２，ＳｉＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＮ，Ｌａ２Ｏ３，ＭｇＯ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３等の誘電体膜が適用できる。前記絶縁膜２４の厚さは、光８の波長λに対してλ／４の奇数倍である。これにより半導体基板２２の上方から針状突起５の先端部５１に光８が入射する際、半導体基板２２の表面２２ａでの光８の反射を抑える反射防止膜として機能するようになっている。
絶縁膜２４の屈折率は、（ｎｅｆｆ・ｎ０）1/2付近の値であることが好ましく、これにより半導体基板２２の上方から針状突起５の先端部５１に入射する光８の半導体基板２２の表面２２ａでの反射率を更に低減できる。ここで、ｎｅｆｆは、針状突起５の先端部５１の実効的な屈折率であり、ｎ０は、入射媒質の屈折率をそれぞれ示す。前記入射媒質は、通常、空気であるため、ｎ０は１である。
前記した半導体基板２２の表面２２ａには、電気信号の入力部と出力部を有する集積回路２３が形成されている。
【００１３】
光素子３は、面発光素子３ａ又は面受光素子３ｂである。この面発光素子３ａ又は面受光素子３ｂは、直方体等の矩形状であり、その下面に発光部３１ａ又は受光部３１ｂと電極３２とが設けられたものである。光素子３は、その発光部３１ａ又は受光部３１ｂが前記針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように駆動素子２に実装されている。
半導体基板２２と集積回路２３とから構成された駆動素子２は、外部接続用の入出力部（図示省略）を介して外部から電気信号が入力され、この電気信号に応じて面発光素子３ａを発光させたり、又は面受光素子３ｂから出力された電気信号の信号強度等を増幅し、外部接続用の入出力部（図示省略）を介して外部へ出力するものである。
ここで、本実施形態を含めて後述する図１〜図１１において、外部接続用の入出力部の図示を省略している。
【００１４】
光素子３として半導体レーザ等の面発光素子３ａを用いた送信用の光モジュール１について以下に説明する。
図４（ａ）は、光素子３として面発光素子３ａが実装された第１の実施形態の光モジュール１を示す断面概略図であり、図４（ｂ）は、駆動素子２の表面２１の要部を示す上面図である。ここで、図４は、後述するモニタ用受光素子９を省略して図示している。
面発光素子３ａは、その発光部３１ａが針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように駆動素子２の表面２１に実装されている。また、駆動素子２の出力部２５ａは、駆動素子２に実装された面発光素子３ａの電極３２と対向する位置に設けられており、面発光素子３ａの電極３２は配線を用いずに直接、前記駆動素子２の出力部２５ａに接続されている。
【００１５】
外部から光モジュール１の駆動素子２へ電気信号が送信されると、駆動素子２にて電気信号は変調され、電圧変換等の処理が行われた後、レーザ駆動用信号として面発光素子３ａに出力される。そして電気信号に応じたレーザ駆動用信号によって、面発光素子３ａの発光部３１ａから光信号８が発信される。
前記光信号８は、図４（ａ）に示されたように、駆動素子２の針状突起５の先端部５１に入射し、この先端部５１の傾斜面５２にて針状突起５の長手方向に反射される。そして信号光８は、針状突起５を伝搬し光ファイバ４の端面に入射する。
以上により電気信号を光信号８に変換し、この光信号８を光ファイバ４へ送信することができる。
【００１６】
一例として図１に示された光モジュール１は、駆動素子２の表面２１にモニタ用受光素子９が実装され、モニタ用受光素子９によって面発光素子３ａからの出射光の出力光量が検出できるようになっている。
モニタ用受光素子９は面受光素子であり、受光部９１が針状突起５の基端部５３の上方に位置する状態で実装されている。前記モニタ用受光素子９の電極９２は、電極９２と対向する位置に設けられた駆動素子２のモニタ用入力部２５ｃに直接、接続されている。
【００１７】
針状突起５の基端部５３が接続された半導体結晶の（１１１）面は垂線に対して３５°１６’の傾きをもっており、かつ針状突起５は前記（１１１）面と垂直に交わっている。また、光素子３からの出射光８は、その一部が針状突起５から漏れた状態で、針状突起５の先端部５１から基端部５３に向かって伝搬する。
以上により、針状突起５から漏れた光は、針状突起５の基端部５３が接続された（１１１）面にて駆動素子２の上方に反射されることとなる。
モニタ用受光素子９は、（１１１）面にて駆動素子２の上方に反射された光８の光量を検出し、この検出値を駆動素子２に出力する。駆動素子２は、検出値をもとに面発光素子３ａに流す電流値を調整することによって、所望の出力光量の光８が光ファイバ４に出力されるようにする。
【００１８】
次に、光素子３としてフォトダイオード等の面受光素子３ｂが用いられた受信用の光モジュール１について説明する。光素子３として受光素子を用いる場合、駆動素子２は、プリアンプ等の増幅器として機能するようになっている。
面受光素子３ｂは、その受光部３１ｂが針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように駆動素子２の表面２１に実装されている。また、駆動素子２の入力部２５ｂは、駆動素子２に実装された面受光素子３ｂの電極３２と対向する位置に設けられており、面受光素子３ｂの電極３２は配線を用いずに直接、前記駆動素子２の入力部２５ｂに接続されている。
【００１９】
光ファイバ４を伝搬した光信号８は、駆動素子２の針状突起５を伝搬し、先端部５１の傾斜面５２にて駆動素子２の上方へ反射される。そして、光信号８は針状突起５の上方に設けられた面受光素子３ｂの受光部３１ｂにて受信される。
面受光素子３ｂにて受信された光信号８は、面受光素子３ｂにて電気信号に変換された後、駆動素子２に伝達される。電気信号は駆動素子２にて増幅されて信号強度が調整された後、高強度の電気信号として外部に出力される。
以上により光信号８を受信し、この光信号８を電気信号に変換して外部に発信することができる。
【００２０】
本実施形態の光モジュール１は、駆動素子２の表面２１上に光素子３が実装されている。このため、光素子３を所定の位置に配置した際、駆動素子２の入力部２５ｂ又は出力部２５ａが光素子３の電極３２と対向した位置にくるように、予め入力部２５ｂ又は出力部２５ａを設けておくことによって、光素子３の電極３２は、配線を用いずに直接、駆動素子２の入力部２５ｂ又は出力部２５ａに接続できるようになっている。
これにより、光素子３と駆動素子２間の配線経路を無くすることができ、光素子３と駆動素子２との間のインピーダンスを大幅に低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を低減できる。これにより、信号光８の高速伝送が可能な光モジュール１が実現できる。
【００２１】
また、駆動素子２に光素子３と光ファイバ４が搭載された構成であるため、従来のガラス基板等の基材に駆動素子２と光素子３が実装された光モジュールに比べて、省スペース化が可能である。更に、駆動素子２を実装する工程を省略できるため、光モジュール１の製造コストを低減できる。
【００２２】
また、光素子３として、その発光部３１ａ又は受光部３１ｂが設けられた面と同一面に電極３２が設けられたものを用いた場合、パッシプアライメント法によって光素子３を駆動素子２に実装できる。
このため、ワイヤボンディングを用いて光素子３の電極３２と駆動素子２の入力部２５ｂ又は出力部２５ａとを接続する必要が無く、ワイヤボンディング工程を省略でき、光モジュール１の製造コストを低減できる。また、光素子３を高精度に位置決めでき、かつ容易に実装でき、実装の係る工程や製造コストが低減できる。
【００２３】
［第２の実施形態］
図５（ａ）は、第２の実施形態の光モジュール１０１の一例を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された光モジュール１０１の要部を示す斜視図である。
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、駆動素子１０２の表面２１上に針状突起５が設けられていない点と、光ファイバ用の固定溝６の先端に傾斜面６１が形成され、この固定溝６の傾斜面６１の上方に光素子３の発光部３１ａ又は受光部３１ｂが位置するように光素子３が実装されている点である。第１の実施形態と同一の構成については、説明を省略する。
光素子３が面発光素子３ａの場合、図５（ｂ）に示されたように、面発光素子３ａの発光部３１ａからの光８が固定溝６の傾斜面６１に入射され、この傾斜面６１にて反射されて、固定溝６に収容された光ファイバ４に入射されるようになっている。
また、光素子３が面受光素子３ｂの場合、光ファイバ４から出力された光８が固定溝６の傾斜面６１に入射され、この傾斜面６１にて反射されて面受光素子３ｂの受光部３１ｂに入射されるようになっている。
【００２４】
図６は、図５（ｂ）中Ｃ矢視図である。一例として図６に示された固定溝６はＶ溝であり、長手方向が半導体結晶の＜０１−１＞方向と平行となるように形成されている。固定溝６の側面は、半導体基板２２を構成する半導体結晶の（１１１）面と（−１１１）面とから構成されている。
また、固定溝６の先端の傾斜面６１は、半導体結晶の（１１−１）面から構成されている。（１１−１）面は、垂線に対して３６°１６’の傾きをもっている。このため、固定溝６の先端の傾斜面６１は、垂線方向から傾斜面６１に入射する光８を固定溝６の長手方向に反射するか、又は固定溝６の長手方向から傾斜面６１に入射する光８を垂線方向に反射するように機能する。
【００２５】
図７（ａ）は、光素子３として面受光素子３ｂが実装された第２の実施形態の光モジュール１０１を示す断面概略図であり、図７（ｂ）は、駆動素子１０２の表面２１の要部を示す上面図である。
面受光素子３ｂは、その受光部３１ｂが固定溝６の先端の傾斜面６１の上方に位置するように駆動素子１０２の表面２１に実装されている。また、駆動素子１０２の入力部２５ｂは、駆動素子１０２に実装された面受光素子３ｂの電極３２と対向する位置に設けられており、面受光素子３ｂの電極３２は配線を用いずに直接、前記駆動素子１０２の入力部２５ｂに接続されている。
光ファイバ４を伝搬した光信号８は、固定溝６の先端に設けられた傾斜面６１に入射し、この傾斜面６１にて駆動素子１０２の上方へ反射される。そして、光信号８は傾斜面６１の上方に設けられた面受光素子３ｂの受光部３１ｂにて受信される。以上により光ファイバ４からの光信号８を受信することができ、光受信用の光モジュール１０１として機能する。
【００２６】
光素子３として面発光素子３ａが実装された場合、面発光素子３ａの発光部３１ａから発信された光信号８は、固定溝６の先端に設けられた傾斜面６１に入射し、この傾斜面６１にて固定溝６の長手方向へ反射される。そして、光信号８は、固定溝６に収容、固定された光ファイバ４の端面に入射する。以上により光信号８を光ファイバ４へ送信することができ、光送信用の光モジュール１０１として機能する。
【００２７】
［第３の実施形態］
図８（ａ）は、第３の実施形態の光モジュール２０１を示す断面概略図であり、図８（ｂ）は、駆動素子２０２の表面２１の要部を示す上面図である。
本実施形態の光モジュール２０１は、駆動素子２０２の表面２１上に光素子３として導波路型発光素子３ｃが実装されている。また、モニタ用受光素子９として面受光素子が実装され、導波路型発光素子３ｃからの出射光８の出力光量が検出できるようになっている。
前記導波路型発光素子３ｃは、その共振器方向の対向する２つの端面にそれぞれ発光部３１ａが備えられ、これら発光部３１ａより光８が同時に出射されるようになっている。一例として図８に示された光モジュール２０１は、導波路型発光素子３ｃとして、その上面に電極３２が設けられたものが用いられている。
【００２８】
前記駆動素子２０２の表面２１上に光導波用溝部１０と光ファイバ用の固定溝６とが設けられ、固定溝６に光ファイバ４が収容、固定されている。
前記固定溝６は、導波路型発光素子３ｃの一方の発光部３１ａからの出射光８の光軸の延長線上に形成されており、固定溝６に収容、固定された光ファイバ４の端面が発光部３１ａと対向し、かつ出射光８の光軸と光ファイバ４の中心軸とが一致するようになっている。
前記光導波用溝部１０は、その先端に傾斜面１０ａが設けられ、導波路型発光素子３ｃの他方の発光部３１ａからの出射光８が光導波用溝部１０の底面１０ｂや先端に設けられた傾斜面１０ａ等にて反射され、駆動素子２０２の表面２１上方に出射されるようになっている。
一例として図８に示された光モジュール２０１は、前記光導波用溝部１０として、Ｖ溝であり、その先端に、垂線に対して３５°１６’の傾きをもった傾斜面１０ａが設けられた溝が形成されている。
【００２９】
モニタ用受光素子９は面受光素子であり、その受光部９１が前記光導波用溝部１０の先端の傾斜面１０ａの上方に位置するように駆動素子２０２の表面２１に実装されている。
駆動素子２０２に実装されたモニタ用受光素子９の電極９２と対向する位置に、駆動素子２０２のモニタ用入力部２５ｃが設けられており、モニタ用受光素子９の電極９２は配線を用いずに直接、前記駆動素子２０２のモニタ用入力部２５ｃに接続されている。また、駆動素子２０２の出力部２５ａは、導波路型発光素子３ｃの電極３２の近傍に設けられており、前記出力部２５ａと導波路型発光素子３ｃの電極３２とは、ワイヤボンディングにより接続されている。
【００３０】
導波路型発光素子３ｃの２つの発光部３１ａから光８が出射されると、一方の発光部３１ａからの出射光８は、光ファイバ４へ入射する。他方の発光部３１ａからの出射光８は、光導波路用溝部１０に入射し、この光導波用溝部１０にて反射され、光導波用溝部１０の傾斜面１０ａの上方に位置するモニタ用受光素子９の受光部９１に入射する。モニタ用受光素子９は、光導波用溝部１０にて反射された光９の光量を検出し、この検出値を駆動素子２０２に出力する。駆動素子２０２は、検出値をもとに光素子３の導波路型発光素子３ｃに流す電流値を調整することによって、所望の出力光量の光８が光ファイバ４に出力されるようにする。
【００３１】
本実施形態では、駆動素子２０２に実装された導波路型発光素子３ｃの電極３２の近傍に駆動素子２０２の出力部２５ａを設けることによって、従来の基材上の発光素子の近傍に駆動素子を実装する場合に比べて、駆動素子２０２の出力部２５ａと導波路型発光素子３ｃの電極３２との配線経路を短くすることができ、インピーダンスを低減することができる。
【００３２】
［第４の実施形態］
図９（ａ）は、第４の実施形態の光モジュール３０１を示す断面概略図であり、図９（ｂ）は、駆動素子３０２の表面２１の要部を示す上面図である。
本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、光導波用溝部１０の代わりに光導波路１１が設けられている点と、モニタ用受光素子９として導波路型受光素子が設けられている点である。
前記光導波路１１は、導波路型発光素子３ｃからの出射光８を導波できるものであれば特に限定されず、例えば、石英ガラス等のガラス材料や、半導体基板２２を構成する半導体材料等から構成されたもの等が挙げられる。一例として図９に示された光モジュール３０１は、光導波路１１として、半導体基板２２をエッチングして矩形状に形成されたものが用いられている。
また、前記導波路型受光素子は、その端面に受光部３１ｂが備えられたものである。
【００３３】
光導波路１１は、導波路型発光素子３ｃの発光部３１ａとモニタ用受光素子９の受光部９１とを結んだ直線上に位置し、導波路型発光素子３ｃの発光部３１ａからの出射光８を導波し、モニタ用発光素子９の受光部９１に入射させるように機能するものである。
導波路型発光素子３ｃの２つの発光部３１ａから光８が出射されると、一方の発光部３１ａからの出射光８は、光ファイバ４へ入射する。他方の発光部３１ａからの出射光８は、光導波路１１を介してモニタ用受光素子９の受光部９１に入射する。駆動素子３０２は、モニタ用受光素子９にて検出された光の光量の検出値をもとにして導波路型発光素子３ｃに流す電流値を調整し、所望の出力光量の光８を光ファイバ４に出力できるようにする。
【００３４】
［第５の実施形態］
図１０は、第５の実施形態の光モジュール４０１の一例を示す概略斜視図である。この光モジュール４０１は、光素子３として面発光素子３ａと面受光素子３ｂとがそれぞれ１以上、駆動素子４０２に実装されている。
一例として図１０に示された光モジュール４０１は、２つの針状突起５が並列に設けられた駆動素子４０２を具備する。
面発光素子３ａの発光部３１ａが一方の針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように面発光素子３ａが駆動素子４０２の表面２１に実装され、また、面受光素子３ｂの受光部３１ｂが他方の針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように面受光素子３ｂが駆動素子４０２に実装されている。
また、面発光素子３ａが実装された針状突起５の基端部５３には、モニタ用受光素子９が実装されている。モニタ用受光素子９の受光部９１は、針状突起５の基端部５３の上方に位置している。
【００３５】
駆動素子４０２は、面発光素子３ａの信号光８の発信を調整する半導体レーザ駆動用集積回路（ＩＣ：integrated circuit，以下ＩＣとも言う。）と、面受光素子３ｂからの電気信号を増幅するプリアンプ等の増幅用集積回路とが備えられている。
半導体レーザ駆動用集積回路の出力部２５ａは、面発光素子３ａの電極３２と対向する位置に設けられている。また、半導体レーザ駆動用集積回路のモニタ用入力部２５ｃは、モニタ用受光素子９の電極９２と対向する位置に設けられている。増幅用集積回路の入力部２５ｂは、面受光素子３ｂの電極３２と対向する位置に設けられている。
以上により、面発光素子３ａ，モニタ用受光素子９，面受光素子３ｂのそれぞれの電極３２，９２は、配線を用いずに直接、駆動素子４０２の入力部２５ｂ，モニタ用入力部２５ｃ，出力部２５ａに接続されている。
光素子３として面発光素子３１と面受光素子３２とが実装されたことによって、光信号８の送信と受信が１つの光モジュール４０１で行うことができる。
【００３６】
［第６の実施形態］
図１１は、第６の実施形態の光モジュール５０１の一例を示す概略斜視図である。この光モジュール５０１は、２以上の針状突起５が等間隔に並列に設けられた駆動素子５０２と、この駆動素子５０２に実装された光素子アレイ３３と、２以上の光ファイバ４から構成されている。
光素子アレイ３３は、２以上の光素子３が搭載され、これら光素子３の発光部３１ａ又は受光部３１ｂが等間隔に横一列に並んだ構成をしている。前記光素子アレイ３３は、その発光部３１ａ又は受光部３１ｂがそれぞれの針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように駆動素子５０２上に実装されている。
また駆動素子５０２には、針状突起５の各基端部５３側にそれぞれ固定溝６が設けられており、各固定溝６に光ファイバ４が収容、固定されている。
駆動素子５０２の入力部２５ｂ又は出力部２５ａは、光素子３の各電極３２と対向した位置に設けられており、光素子３のそれぞれの電極３２は、配線を用いずに直接、駆動素子５０２の入力部２５ｂ又は出力部２５ａに接続されている。
【００３７】
光素子３が面発光素子３ａの場合、２以上の複数の光ファイバ４に光信号８をそれぞれ独立して発信することができる。また、光素子３が面受光素子３ｂの場合、２以上の複数の光ファイバ４からの光信号８をそれぞれ独立して受信することができる。
このように、複数の光素子３と光ファイバ４を１つの駆動素子５０２に集約することができる。このため、例えば、複数の光ファイバ４を用いた光信号送受信システムに適用した場合、必要となる光モジュールの個数が少なくてよく、光信号送受信システムの小型化が実現できる。
【００３８】
［第７の実施形態］
図１２は、第７の実施形態の光モジュール６０１の一例を示す概略斜視図である。この光モジュール６０１は、駆動素子の代わりに、半導体基板２２と光素子部３４とこの光素子部３４を駆動するための集積回路２３とから構成され、前記光素子部３４と集積回路２３とが半導体基板２２内部に形成された能動素子６０２が用いられている。光素子部３４と集積回路２３とは、半導体基板２２内で接続されている。
能動素子６０２の表面２１には、外部接続用の入出力部２５ｄが設けられている。この外部接続用の入出力部２５ｄは、半導体基板２２内部に形成された集積回路２３に接続されている。能動素子６０２は、外部接続用の入出力部２５ｄを介して外部に電気信号を送受信できるようになっている。
【００３９】
光素子部３４は、発光部３１ａ又は受光部３１ｂが半導体基板２２の面内方向を向いた状態で形成されている。また、能動素子６０２には、光ファイバ用の固定溝６が形成されている。
固定溝６は、光素子部３４の発光部３１ａ又は受光部３１ｂの中心の延長線上に設けられている。このため、固定溝６に光ファイバ４が収容、固定された際、光ファイバ４の中心軸が前記発光部３１ａ又は受光部３１ｂの中心の延長線と一致し、発光部３１ａ又は受光部３１ｂと光ファイバ４とが光学的に結合するようになっている。
固定溝６には、光ファイバ４が収容されており、光ファイバ４と半導体基板２とは接着剤や金錫共晶ハンダ等で固定されている。
【００４０】
前記能動素子６０２は、例えば結晶成長技術，薄膜形成技術，リソグラフィ技術，エッチング技術，イオン注入技術，イオン拡散技術等を利用して、半導体基板２２内に、集積回路２３から構成された集積回路部２３ａと、光素子部３４を形成し、次いで集積回路部２３ａ上に導電体部を形成し、更にこの導電体部に接続された外部接続用の入出力部２５ｄを半導体基板２２の表面２１に形成することによって得られる。
なお、集積回路２３上に透光性の絶縁膜２４等を形成し、集積回路部２３ａとしても構わない。
【００４１】
光モジュール６０１が送信用の光モジュールの場合、光素子部３４として、発光部３１ａが備えられたものが半導体基板２２内に形成される。外部接続用の入出力部２５ｄを介して外部から能動素子６０２へ電気信号が送信され、電気信号に応じたレーザ駆動用信号が集積回路２３より光素子部３４に出力される。そして光素子部３４の発光部３１ａから光ファイバ４へ光信号８が発信される。
また、光モジュール６０１が受信用の光モジュールの場合、光素子部３４として、受光部３１ｂが備えられたものが半導体基板２２内に形成される。光ファイバ４を伝搬した光信号８は、光素子部３４の受光部３１ｂにて受信される。光素子部３４にて光信号８は電気信号に変換された後、集積回路２３に伝達される。集積回路２３にて増幅され、外部接続用の入出力部２５ｄを介して高強度の電気信号として外部に出力される。
【００４２】
本実施形態では、光素子部３４と集積回路２３とが、半導体基板２２内部に形成されて能動素子６０２に集約されたことによって、部品点数及び部品の実装に係る工程が削減でき、容易に光モジュール６０１を製造できる。また、能動素子６０２の表面２１には、外部接続用の入出力部２５ｄのみを設けるだけでよく、表面２１上の省スペース化が実現できる。
更に、光素子部３４を半導体基板２２内に形成することによって、光素子部３４から配線を引き出す必要が無く、直接、光素子部４３と集積回路２３とを接続できる。このため、光素子部３４と能動素子６０２間の配線経路を無くすることができ、インピーダンスを大幅に低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を低減できる。これにより、信号光８の高速伝送が可能な光モジュール６０１が実現できる。
【００４３】
［第８の実施形態］
図１３は、第８の実施形態の光モジュール７０１の一例を示す概略斜視図である。本実施形態が、第７の実施形態と異なる点は、能動素子７０２として、発光素子部３４ａと受光素子部３４ｂとがそれぞれ１以上、半導体基板２２内部に形成されたものを用いる点である。
集積回路２３は、発光素子部３４ａの信号光８の発信を調整する半導体レーザ駆動用集積回路（ＩＣ：integrated circuit，以下ＩＣとも言う。）と、受光素子部３４ｂからの電気信号を増幅するプリアンプ等の増幅用集積回路とが備えられている。
光素子部３４の発光部３１ａと受光部３１ｂのそれぞれの中心の延長線上に固定溝６が設けられ、この固定溝６に光ファイバ４が収容、固定されている。
【００４４】
光発光部３４ａと光受光部３４ｂを半導体基板２２内に形成することによって、光発光部３４ａ又は光受光部３４ｂから配線を引き出す必要が無く、直接、光発光部３４ａと光受光部３４ｂをそれぞれ集積回路２３に接続できる。このため、光発光部３４ａ又は光受光部３４ｂと能動素子７０２との間の配線経路を無くすることができ、インピーダンスを大幅に低減できる。
また、光素子３として光発光部３４ａと光受光部３４ｂとが実装されたことによって、光信号８の送信と受信が１つの光モジュール７０１で行うことができる。
【００４５】
［第９の実施形態］
本実施形態が、第７の実施形態と異なる点は、駆動素子として、光素子部３４となる発光素子部３４ａ又は受光素子部３４ｂが２以上、半導体基板２２内部に形成されたものを用いる点である。光素子部３４の発光部３１ａ又は受光部３１ｂのそれぞれの中心の延長線上に固定溝６が設けられ、この固定溝６に光ファイバ４が収容、固定されている。
本実施形態では、複数の光素子部３４を半導体基板２２内に形成することによって、各光素子部３４から配線を引き出す必要が無く、直接、光素子部３４をそれぞれ集積回路２３に接続できる。また、複数の光素子部３４と光ファイバ４を１つの駆動素子５０２に集約することができる。このため、例えば、複数の光ファイバ４を用いた光信号送受信システムに適用した場合、必要となる光モジュールの個数が少なくてよく、光信号送受信システムの小型化が実現できる。
【００４６】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
光モジュールは、駆動素子２上に光素子３と光ファイバ４が搭載され、光素子３からの光８を光ファイバ４に入力し、又は光ファイバ４からの光８を光素子３に入力できる構成であれば、特に限定されず適用できる。
例えば、光素子３の発光部３１ａ又は受光部３１ｂと、光ファイバ４の端面との間に、少なくとも２つの端面を有する光導波路が形成され、光導波路を介して光素子３の発光部３１ａからの光８を光ファイバ４に入力し、又は光ファイバ４からの光８を光素子３の受光部３１ｂに入力するようにしても構わない。
前記光導波路としては、半導体基板２２から形成されたもの、石英ガラス等の透光性材料から構成され、コアとクラッドからなるもの、スラブ導波路等が挙げられる。
【００４７】
［光送受信システム］
次に、本実施形態の光送受信システムについて以下に説明する。
光送信システムは、光素子３として発光素子が備えられた送信用光モジュールと、光素子３として受光素子が備えられた受信用光モジュールを具備し、送信用光モジュールと受信用光モジュールとが伝送用光ファイバ４によって接続されている。
前記光送受信システムは、送信用光モジュールと受信用光モジュールのうち、少なくとも一方又は双方に前述した本実施形態（第１の実施形態〜第９の実施形態）の光モジュールが用いられている。
電気信号に応じた光信号８が、送信用光モジュールの光素子３から光ファイバ４へ発信される。そして光信号８は光ファイバ４を伝搬して受信用光モジュールの光素子３にて受信され、電気信号に変換されて外部に発信される。以上により送信用光モジュールと受信用光モジュールとの間で光信号８の送受信が行われる。
【００４８】
本実施形態の光送受信システムは、前述した本実施形態の光モジュ−ルが用いられたことによって、配線経路のインピーダンスを低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を低減できる。これにより、信号光の高速伝送が可能な光送受信システムが実現できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、駆動素子の表面上に光素子が実装されている。このため、光素子を駆動素子表面上の所定の位置に配置した際、駆動素子の入力部又は出力部が光素子の電極と対向した位置にくるように、予め入力部又は出力部を設けておくことによって、光素子の電極は、配線を用いずに直接、駆動素子の入力部又は出力部に接続できるようになっている。
これにより、光素子と駆動素子間の配線経路を無くすることができ、光素子と駆動素子との間のインピーダンスを大幅に低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を低減できる。これにより、信号光の高速伝送が可能な光モジュールが実現できる。
【００５０】
また、駆動素子上に光素子と光ファイバが搭載された構成であるため、従来の駆動素子が発光素子の近傍に設けられた光モジュールに比べて、省スペース化が可能である。更に、駆動素子を実装する工程を省略できるため、光モジュールの製造コストを低減できる。
【００５１】
光素子として、その発光部又は受光部が設けられた面と同一面に電極が設けられたものを用いた場合、パッシプアライメント法によって光素子を駆動素子表面上に実装できる。
このため、ワイヤボンディングを用いて光素子の電極と駆動素子の入力部又は出力部とを接続する必要が無く、ワイヤボンディングを形成する工程を省略でき、光モジュールの製造コストを低減できる。また、光素子を高精度に位置決めでき、かつ容易に実装でき、実装の係る工程や製造コストが低減できる。
【００５２】
また、光素子として、上面に電極が設けられたものを用いた場合、光素子を駆動素子表面上の所定の位置に配置した際、駆動素子の入力部又は出力部が光素子の電極の近傍にくるように、予め入力部又は出力部を設けておくことによって、従来のように基材上の発光素子の近傍に駆動素子を実装する場合に比べて、駆動素子の入力部又は出力部と光素子の電極との配線経路を短くすることができる。このため、従来に比べて駆動素子の入力部又は出力部と光素子の電極間のインピーダンスを低減できる。
【００５３】
本発明の光送受信システムは、前記した本発明の光モジュ−ルが用いられたことによって、配線経路のインピーダンスを低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を低減できる。これにより、信号光の高速伝送が可能な光モジュールが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態の光モジュール１の一例を示す斜視図である。
【図２】 図１（ｂ）中Ａ矢視図である。
【図３】 図１（ｂ）中Ｂ矢視図である。
【図４】 （ａ）は、光素子として面発光素子が実装された第１の実施形態の光モジュールを示す断面概略図であり、（ｂ）は、駆動素子の表面の要部を示す上面図である。
【図５】 （ａ）は、第２の実施形態の光モジュールの一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示された光モジュールの要部を示す斜視図である。
【図６】 図５（ｂ）中Ｃ矢視図である。
【図７】 （ａ）は、光素子として面受光素子が実装された第２の実施形態の光モジュールを示す断面概略図であり、（ｂ）は、駆動素子の表面の要部を示す上面図である。
【図８】 （ａ）は、第３の実施形態の光モジュールを示す断面概略図であり、（ｂ）は、駆動素子の表面の要部を示す上面図である。
【図９】 （ａ）は、第４の実施形態の光モジュールを示す断面概略図であり、（ｂ）は、駆動素子の表面の要部を示す上面図である。
【図１０】 第５の実施形態の光モジュールの一例を示す概略斜視図である。
【図１１】 第６の実施形態の光モジュールの一例を示す概略斜視図である。
【図１２】 第７の実施形態の光モジュールの一例を示す概略斜視図である。
【図１３】 第８の実施形態の光モジュールの一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１‥‥光モジュール、２，１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７０２‥‥駆動素子、３‥‥光素子、３ｃ‥‥導波路型発光素子、４‥‥光ファイバ、５‥‥針状突起、６‥‥固定溝、８‥‥光（信号光）、９‥‥モニタ用の受光素子、２１‥‥駆動素子の表面、２２‥‥半導体基板、２３‥‥集積回路、３１ａ‥‥発光部、３１ｂ‥‥受光部、３４‥‥光素子部、５１‥‥針状突起の先端部、５３‥‥針状突起の基端部、６１‥‥固定溝の先端の傾斜面９１‥‥モニタ用の受光素子の受光部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野にて光送受信器として利用される光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野では、電気信号と光信号との変換手段として、光素子と光ファイバが備えられた光モジュールが用いられている。光モジュールは、光素子として発光素子又は受光素子が用いられ、電気信号に応じた光信号を発光素子から光ファイバに出射したり、又は光ファイバを伝搬した光信号を受光素子で受信し、電気信号に変換して外部に出力できるようになっている。
【０００３】
従来、光モジュールとしては、導波路型発光素子を具備し、この導波路型発光素子の一方の端面側に光ファイバが配置され、他方の端面側にモニタ用受光素子が配置されたものが提案されている。
特に、基材に実装された導波路型発光素子とモニタ用受光素子との間に駆動素子を配置することによって、光素子と駆動素子との配線距離を短くした構成の光モジュールが提案されている（特許文献１参照）。この光モジュールは、配線経路のインピーダンスが低減され、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を抑制でき、これにより、駆動素子が外部に設けられた光モジュールに比べて、信号光の高速伝送が可能となる。
しかしながら、前記特許文献１に提案された光モジュールは、更なる伝送速度の高速化に対応して、更に配線経路のインピーダンスを低減することは難しい。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１３５８３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した事情に鑑みなされたものであり、従来の基材上の発光素子の近傍に駆動素子を実装する場合に比べて、光素子と駆動素子との配線経路を短くでき、これにより光素子と駆動素子との間のインピーダンスを大幅に低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を大幅に低減でき、信号光の更なる高速伝送が実現できる光モジュールと、前記光モジュールを用いた光送受信システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、半導体基板上に光素子を駆動するための集積回路を形成してなる駆動素子上に、発光素子である光素子と光ファイバを搭載し、光素子からの光を光ファイバに入力し、又は光ファイバからの光を光素子に入力するようにし、前記光素子と前記光ファイバとの間に、少なくとも２つの端面を有する光導波路を形成し、該光導波路を介して光素子からの光を光ファイバに入力し、又は光ファイバからの光を光素子に入力するようにし、前記駆動素子表面には、前記光導波路となる針状突起が形成され、該針状突起の基端部側に光ファイバを収容、固定する固定溝が形成されており、前記光素子の受光部又は発光部が前記針状突起の先端部に位置するように、前記光素子が実装され、前記光ファイバが前記固定溝に収容、固定され、前記光素子の発光部からの光が前記針状突起の先端部に入射され、前記針状突起を伝搬して前記光ファイバに入射されるようにし、かつ前記光ファイバから出力された光が前記針状突起に伝搬され、前記先端部から前記光素子の受光部に入射されるようにし、前記針状突起の基端部が傾斜面に接続され、前記光素子からの出射光は、その一部が前記針状突起から漏れた状態で、前記針状突起の先端部から前記基端部に向かって伝搬し、その光の一部が傾斜面にて基板上方に反射されるようになっており、前記針状突起の基端部に受光部が位置するようにモニタ用の受光素子が実装されたことを特徴とする光モジュールである。
請求項２に係る発明は、前記針状突起の先端部は三角錐状を成し、前記駆動素子の表面の上方から入射した光を前記針状突起の長手方向に反射させるか、または、前記針状突起の長手方向から入射した光を前記駆動素子の上方に反射させることを特徴とする請求項１に記載の光モジュールである。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の光モジュールが用いられたことを特徴とする光送受信システムである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
［光モジュール］
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態の光モジュール１の一例を示す斜視図である。光モジュール１は、駆動素子２と、駆動素子２の表面２１に搭載された光素子３と光ファイバ４から構成されている。
駆動素子２は、半導体基板２２と、この半導体基板２２上に形成された集積回路（ＩＣ：integrated circuit）２３とを具備する。半導体基板２２は、シリコンや、III−Ｖ族化合物等の化合物半導体等の半導体材料の結晶基板から構成されている。前記III−Ｖ族化合物としては、ＩｎＰ，ＧａＡｓ等が挙げられる。
【０００８】
前記駆動素子２の表面２１には、光導波路となる片持ち梁構造の針状突起５と、光ファイバ用の固定溝６とが形成されている。針状突起５は、断面が三角形や四角形等の矩形状や円状等であり、その先端部５１に傾斜面５２が設けられたものである。針状突起５の先端部５１と対向する端部（以下、基端部とも言う。）５３が、駆動素子２に設けられた条溝７の内面に固定された状態で、針状突起５は条溝７内に収容されている。
前記針状突起５の先端部５１の傾斜面５２は、図１（ｂ）に示されたように、駆動素子２の表面２１の上方から傾斜面５２に入射した光（以下、信号光とも言う。）８を針状突起５の長手方向に反射できるか、又は針状突起５の長手方向から傾斜面５２に入射した光を駆動素子２の上方に反射できるように形成されている。
【０００９】
図２は、図１（ｂ）中、Ａ矢視図である。また、図３は、図１（ｂ）中、Ｂ矢視図である。ここで、図中、（ｈｋｌ）（ｈ，ｋ，ｌは整数）は、結晶面のミラー指数を示し、＜ｈｋｌ＞は、結晶面（ｈｋｌ）に垂直な方向を示す。
図２及び図３に一例として示された半導体基板２２は、その表面２２ａが（１００）面となるように形成されたものである。また、針状突起５は、半導体基板２２を用いて形成されたものであり、例えば、半導体基板２２を異方性エッチングすることによって形成される。異方性エッチングとは、結晶面の方向に対するエッチング速度の差を利用したエッチング法である。
前記針状突起５は、条溝７の側面から＜０１１＞方向に伸びた三角柱５４と、この三角柱５４の先端に設けられた三角錐（以下、先端部と同じ符号５１を付す。）とから構成されている。前記三角柱５４は、半導体基板２を構成する半導体結晶の（１００）面，（１１−１）面，（１−１１）面から構成されている。三角柱５４の長手方向に垂直な面における断面形状は、二等辺三角形であり、その頂点が下方に向き、かつ底辺が半導体基板２２の表面２２ａと平行に位置し垂線に対して左右対称な形状である。
前記三角錐５１は、針状突起５の先端部５１となる部分であり、半導体結晶の（１００）面，（−１０１）面，（−１１０）面から構成されている。（−１０１）面と（−１１０）面が先端部５１に設けられた傾斜面５２となる。
（−１０１）面と（−１１０）面の交線は、垂線に対して３５°１６’の傾きをもっている。このため、先端部５１の傾斜面５２は、先端部５１に垂線方向から入射する光８を針状突起５の長手方向に反射するか、又は針状突起５の長手方向から先端部５１に入射する光８を先端部５１上方の垂線方向に反射するように機能する。
【００１０】
前記条溝７は、針状突起５が収容できる大きさであれば、特に限定されないが、一例として図２及び図３に示された光モジュール１の条溝７は、その側面が半導体結晶の（１−１１）面，（１１−１）面，（−１１１）面，（１１１）面から構成された逆メサ形状の溝である。そして、前記条溝７の４つの内側面のうち、（１１１）面に針状突起５の基端部５３が接続されている。
【００１１】
前記針状突起５の基端部５３側には、針状突起５の中心軸の延長線上に光ファイバ用の固定溝６が設けられており、固定溝６に光ファイバ４が収容、固定された際、光ファイバ４の中心軸が前記針状突起５の中心軸と一致するようになっている。
前記固定溝６には、光ファイバ４が収容されており、光ファイバ４と半導体基板２とは接着剤や金錫共晶ハンダ等で固定されている。
【００１２】
前記半導体基板２２の表面２２ａには、透光性の絶縁膜２４が設けられている。絶縁膜２４としては、ＳｉＯ２，ＳｉＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＮ，Ｌａ２Ｏ３，ＭｇＯ，Ｓｃ２Ｏ３，Ｙ２Ｏ３等の誘電体膜が適用できる。前記絶縁膜２４の厚さは、光８の波長λに対してλ／４の奇数倍である。これにより半導体基板２２の上方から針状突起５の先端部５１に光８が入射する際、半導体基板２２の表面２２ａでの光８の反射を抑える反射防止膜として機能するようになっている。
絶縁膜２４の屈折率は、（ｎｅｆｆ・ｎ０）1/2付近の値であることが好ましく、これにより半導体基板２２の上方から針状突起５の先端部５１に入射する光８の半導体基板２２の表面２２ａでの反射率を更に低減できる。ここで、ｎｅｆｆは、針状突起５の先端部５１の実効的な屈折率であり、ｎ０は、入射媒質の屈折率をそれぞれ示す。前記入射媒質は、通常、空気であるため、ｎ０は１である。
前記した半導体基板２２の表面２２ａには、電気信号の入力部と出力部を有する集積回路２３が形成されている。
【００１３】
光素子３は、面発光素子３ａ又は面受光素子３ｂである。この面発光素子３ａ又は面受光素子３ｂは、直方体等の矩形状であり、その下面に発光部３１ａ又は受光部３１ｂと電極３２とが設けられたものである。光素子３は、その発光部３１ａ又は受光部３１ｂが前記針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように駆動素子２に実装されている。
半導体基板２２と集積回路２３とから構成された駆動素子２は、外部接続用の入出力部（図示省略）を介して外部から電気信号が入力され、この電気信号に応じて面発光素子３ａを発光させたり、又は面受光素子３ｂから出力された電気信号の信号強度等を増幅し、外部接続用の入出力部（図示省略）を介して外部へ出力するものである。
ここで、本実施形態を含めて後述する図１〜図１１において、外部接続用の入出力部の図示を省略している。
【００１４】
光素子３として半導体レーザ等の面発光素子３ａを用いた送信用の光モジュール１について以下に説明する。
図４（ａ）は、光素子３として面発光素子３ａが実装された第１の実施形態の光モジュール１を示す断面概略図であり、図４（ｂ）は、駆動素子２の表面２１の要部を示す上面図である。ここで、図４は、後述するモニタ用受光素子９を省略して図示している。
面発光素子３ａは、その発光部３１ａが針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように駆動素子２の表面２１に実装されている。また、駆動素子２の出力部２５ａは、駆動素子２に実装された面発光素子３ａの電極３２と対向する位置に設けられており、面発光素子３ａの電極３２は配線を用いずに直接、前記駆動素子２の出力部２５ａに接続されている。
【００１５】
外部から光モジュール１の駆動素子２へ電気信号が送信されると、駆動素子２にて電気信号は変調され、電圧変換等の処理が行われた後、レーザ駆動用信号として面発光素子３ａに出力される。そして電気信号に応じたレーザ駆動用信号によって、面発光素子３ａの発光部３１ａから光信号８が発信される。
前記光信号８は、図４（ａ）に示されたように、駆動素子２の針状突起５の先端部５１に入射し、この先端部５１の傾斜面５２にて針状突起５の長手方向に反射される。そして信号光８は、針状突起５を伝搬し光ファイバ４の端面に入射する。
以上により電気信号を光信号８に変換し、この光信号８を光ファイバ４へ送信することができる。
【００１６】
一例として図１に示された光モジュール１は、駆動素子２の表面２１にモニタ用受光素子９が実装され、モニタ用受光素子９によって面発光素子３ａからの出射光の出力光量が検出できるようになっている。
モニタ用受光素子９は面受光素子であり、受光部９１が針状突起５の基端部５３の上方に位置する状態で実装されている。前記モニタ用受光素子９の電極９２は、電極９２と対向する位置に設けられた駆動素子２のモニタ用入力部２５ｃに直接、接続されている。
【００１７】
針状突起５の基端部５３が接続された半導体結晶の（１１１）面は垂線に対して３５°１６’の傾きをもっており、かつ針状突起５は前記（１１１）面と垂直に交わっている。また、光素子３からの出射光８は、その一部が針状突起５から漏れた状態で、針状突起５の先端部５１から基端部５３に向かって伝搬する。
以上により、針状突起５から漏れた光は、針状突起５の基端部５３が接続された（１１１）面にて駆動素子２の上方に反射されることとなる。
モニタ用受光素子９は、（１１１）面にて駆動素子２の上方に反射された光８の光量を検出し、この検出値を駆動素子２に出力する。駆動素子２は、検出値をもとに面発光素子３ａに流す電流値を調整することによって、所望の出力光量の光８が光ファイバ４に出力されるようにする。
【００１８】
次に、光素子３としてフォトダイオード等の面受光素子３ｂが用いられた受信用の光モジュール１について説明する。光素子３として受光素子を用いる場合、駆動素子２は、プリアンプ等の増幅器として機能するようになっている。
面受光素子３ｂは、その受光部３１ｂが針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように駆動素子２の表面２１に実装されている。また、駆動素子２の入力部２５ｂは、駆動素子２に実装された面受光素子３ｂの電極３２と対向する位置に設けられており、面受光素子３ｂの電極３２は配線を用いずに直接、前記駆動素子２の入力部２５ｂに接続されている。
【００１９】
光ファイバ４を伝搬した光信号８は、駆動素子２の針状突起５を伝搬し、先端部５１の傾斜面５２にて駆動素子２の上方へ反射される。そして、光信号８は針状突起５の上方に設けられた面受光素子３ｂの受光部３１ｂにて受信される。
面受光素子３ｂにて受信された光信号８は、面受光素子３ｂにて電気信号に変換された後、駆動素子２に伝達される。電気信号は駆動素子２にて増幅されて信号強度が調整された後、高強度の電気信号として外部に出力される。
以上により光信号８を受信し、この光信号８を電気信号に変換して外部に発信することができる。
【００２０】
本実施形態の光モジュール１は、駆動素子２の表面２１上に光素子３が実装されている。このため、光素子３を所定の位置に配置した際、駆動素子２の入力部２５ｂ又は出力部２５ａが光素子３の電極３２と対向した位置にくるように、予め入力部２５ｂ又は出力部２５ａを設けておくことによって、光素子３の電極３２は、配線を用いずに直接、駆動素子２の入力部２５ｂ又は出力部２５ａに接続できるようになっている。
これにより、光素子３と駆動素子２間の配線経路を無くすることができ、光素子３と駆動素子２との間のインピーダンスを大幅に低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を低減できる。これにより、信号光８の高速伝送が可能な光モジュール１が実現できる。
【００２１】
また、駆動素子２に光素子３と光ファイバ４が搭載された構成であるため、従来のガラス基板等の基材に駆動素子２と光素子３が実装された光モジュールに比べて、省スペース化が可能である。更に、駆動素子２を実装する工程を省略できるため、光モジュール１の製造コストを低減できる。
【００２２】
また、光素子３として、その発光部３１ａ又は受光部３１ｂが設けられた面と同一面に電極３２が設けられたものを用いた場合、パッシプアライメント法によって光素子３を駆動素子２に実装できる。
このため、ワイヤボンディングを用いて光素子３の電極３２と駆動素子２の入力部２５ｂ又は出力部２５ａとを接続する必要が無く、ワイヤボンディング工程を省略でき、光モジュール１の製造コストを低減できる。また、光素子３を高精度に位置決めでき、かつ容易に実装でき、実装の係る工程や製造コストが低減できる。
【００２３】
［第２の実施形態］
図５（ａ）は、第２の実施形態の光モジュール１０１の一例を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された光モジュール１０１の要部を示す斜視図である。
本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、駆動素子１０２の表面２１上に針状突起５が設けられていない点と、光ファイバ用の固定溝６の先端に傾斜面６１が形成され、この固定溝６の傾斜面６１の上方に光素子３の発光部３１ａ又は受光部３１ｂが位置するように光素子３が実装されている点である。第１の実施形態と同一の構成については、説明を省略する。
光素子３が面発光素子３ａの場合、図５（ｂ）に示されたように、面発光素子３ａの発光部３１ａからの光８が固定溝６の傾斜面６１に入射され、この傾斜面６１にて反射されて、固定溝６に収容された光ファイバ４に入射されるようになっている。
また、光素子３が面受光素子３ｂの場合、光ファイバ４から出力された光８が固定溝６の傾斜面６１に入射され、この傾斜面６１にて反射されて面受光素子３ｂの受光部３１ｂに入射されるようになっている。
【００２４】
図６は、図５（ｂ）中Ｃ矢視図である。一例として図６に示された固定溝６はＶ溝であり、長手方向が半導体結晶の＜０１−１＞方向と平行となるように形成されている。固定溝６の側面は、半導体基板２２を構成する半導体結晶の（１１１）面と（−１１１）面とから構成されている。
また、固定溝６の先端の傾斜面６１は、半導体結晶の（１１−１）面から構成されている。（１１−１）面は、垂線に対して３６°１６’の傾きをもっている。このため、固定溝６の先端の傾斜面６１は、垂線方向から傾斜面６１に入射する光８を固定溝６の長手方向に反射するか、又は固定溝６の長手方向から傾斜面６１に入射する光８を垂線方向に反射するように機能する。
【００２５】
図７（ａ）は、光素子３として面受光素子３ｂが実装された第２の実施形態の光モジュール１０１を示す断面概略図であり、図７（ｂ）は、駆動素子１０２の表面２１の要部を示す上面図である。
面受光素子３ｂは、その受光部３１ｂが固定溝６の先端の傾斜面６１の上方に位置するように駆動素子１０２の表面２１に実装されている。また、駆動素子１０２の入力部２５ｂは、駆動素子１０２に実装された面受光素子３ｂの電極３２と対向する位置に設けられており、面受光素子３ｂの電極３２は配線を用いずに直接、前記駆動素子１０２の入力部２５ｂに接続されている。
光ファイバ４を伝搬した光信号８は、固定溝６の先端に設けられた傾斜面６１に入射し、この傾斜面６１にて駆動素子１０２の上方へ反射される。そして、光信号８は傾斜面６１の上方に設けられた面受光素子３ｂの受光部３１ｂにて受信される。以上により光ファイバ４からの光信号８を受信することができ、光受信用の光モジュール１０１として機能する。
【００２６】
光素子３として面発光素子３ａが実装された場合、面発光素子３ａの発光部３１ａから発信された光信号８は、固定溝６の先端に設けられた傾斜面６１に入射し、この傾斜面６１にて固定溝６の長手方向へ反射される。そして、光信号８は、固定溝６に収容、固定された光ファイバ４の端面に入射する。以上により光信号８を光ファイバ４へ送信することができ、光送信用の光モジュール１０１として機能する。
【００２７】
［第３の実施形態］
図８（ａ）は、第３の実施形態の光モジュール２０１を示す断面概略図であり、図８（ｂ）は、駆動素子２０２の表面２１の要部を示す上面図である。
本実施形態の光モジュール２０１は、駆動素子２０２の表面２１上に光素子３として導波路型発光素子３ｃが実装されている。また、モニタ用受光素子９として面受光素子が実装され、導波路型発光素子３ｃからの出射光８の出力光量が検出できるようになっている。
前記導波路型発光素子３ｃは、その共振器方向の対向する２つの端面にそれぞれ発光部３１ａが備えられ、これら発光部３１ａより光８が同時に出射されるようになっている。一例として図８に示された光モジュール２０１は、導波路型発光素子３ｃとして、その上面に電極３２が設けられたものが用いられている。
【００２８】
前記駆動素子２０２の表面２１上に光導波用溝部１０と光ファイバ用の固定溝６とが設けられ、固定溝６に光ファイバ４が収容、固定されている。
前記固定溝６は、導波路型発光素子３ｃの一方の発光部３１ａからの出射光８の光軸の延長線上に形成されており、固定溝６に収容、固定された光ファイバ４の端面が発光部３１ａと対向し、かつ出射光８の光軸と光ファイバ４の中心軸とが一致するようになっている。
前記光導波用溝部１０は、その先端に傾斜面１０ａが設けられ、導波路型発光素子３ｃの他方の発光部３１ａからの出射光８が光導波用溝部１０の底面１０ｂや先端に設けられた傾斜面１０ａ等にて反射され、駆動素子２０２の表面２１上方に出射されるようになっている。
一例として図８に示された光モジュール２０１は、前記光導波用溝部１０として、Ｖ溝であり、その先端に、垂線に対して３５°１６’の傾きをもった傾斜面１０ａが設けられた溝が形成されている。
【００２９】
モニタ用受光素子９は面受光素子であり、その受光部９１が前記光導波用溝部１０の先端の傾斜面１０ａの上方に位置するように駆動素子２０２の表面２１に実装されている。
駆動素子２０２に実装されたモニタ用受光素子９の電極９２と対向する位置に、駆動素子２０２のモニタ用入力部２５ｃが設けられており、モニタ用受光素子９の電極９２は配線を用いずに直接、前記駆動素子２０２のモニタ用入力部２５ｃに接続されている。また、駆動素子２０２の出力部２５ａは、導波路型発光素子３ｃの電極３２の近傍に設けられており、前記出力部２５ａと導波路型発光素子３ｃの電極３２とは、ワイヤボンディングにより接続されている。
【００３０】
導波路型発光素子３ｃの２つの発光部３１ａから光８が出射されると、一方の発光部３１ａからの出射光８は、光ファイバ４へ入射する。他方の発光部３１ａからの出射光８は、光導波路用溝部１０に入射し、この光導波用溝部１０にて反射され、光導波用溝部１０の傾斜面１０ａの上方に位置するモニタ用受光素子９の受光部９１に入射する。モニタ用受光素子９は、光導波用溝部１０にて反射された光９の光量を検出し、この検出値を駆動素子２０２に出力する。駆動素子２０２は、検出値をもとに光素子３の導波路型発光素子３ｃに流す電流値を調整することによって、所望の出力光量の光８が光ファイバ４に出力されるようにする。
【００３１】
本実施形態では、駆動素子２０２に実装された導波路型発光素子３ｃの電極３２の近傍に駆動素子２０２の出力部２５ａを設けることによって、従来の基材上の発光素子の近傍に駆動素子を実装する場合に比べて、駆動素子２０２の出力部２５ａと導波路型発光素子３ｃの電極３２との配線経路を短くすることができ、インピーダンスを低減することができる。
【００３２】
［第４の実施形態］
図９（ａ）は、第４の実施形態の光モジュール３０１を示す断面概略図であり、図９（ｂ）は、駆動素子３０２の表面２１の要部を示す上面図である。
本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、光導波用溝部１０の代わりに光導波路１１が設けられている点と、モニタ用受光素子９として導波路型受光素子が設けられている点である。
前記光導波路１１は、導波路型発光素子３ｃからの出射光８を導波できるものであれば特に限定されず、例えば、石英ガラス等のガラス材料や、半導体基板２２を構成する半導体材料等から構成されたもの等が挙げられる。一例として図９に示された光モジュール３０１は、光導波路１１として、半導体基板２２をエッチングして矩形状に形成されたものが用いられている。
また、前記導波路型受光素子は、その端面に受光部３１ｂが備えられたものである。
【００３３】
光導波路１１は、導波路型発光素子３ｃの発光部３１ａとモニタ用受光素子９の受光部９１とを結んだ直線上に位置し、導波路型発光素子３ｃの発光部３１ａからの出射光８を導波し、モニタ用発光素子９の受光部９１に入射させるように機能するものである。
導波路型発光素子３ｃの２つの発光部３１ａから光８が出射されると、一方の発光部３１ａからの出射光８は、光ファイバ４へ入射する。他方の発光部３１ａからの出射光８は、光導波路１１を介してモニタ用受光素子９の受光部９１に入射する。駆動素子３０２は、モニタ用受光素子９にて検出された光の光量の検出値をもとにして導波路型発光素子３ｃに流す電流値を調整し、所望の出力光量の光８を光ファイバ４に出力できるようにする。
【００３４】
［第５の実施形態］
図１０は、第５の実施形態の光モジュール４０１の一例を示す概略斜視図である。この光モジュール４０１は、光素子３として面発光素子３ａと面受光素子３ｂとがそれぞれ１以上、駆動素子４０２に実装されている。
一例として図１０に示された光モジュール４０１は、２つの針状突起５が並列に設けられた駆動素子４０２を具備する。
面発光素子３ａの発光部３１ａが一方の針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように面発光素子３ａが駆動素子４０２の表面２１に実装され、また、面受光素子３ｂの受光部３１ｂが他方の針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように面受光素子３ｂが駆動素子４０２に実装されている。
また、面発光素子３ａが実装された針状突起５の基端部５３には、モニタ用受光素子９が実装されている。モニタ用受光素子９の受光部９１は、針状突起５の基端部５３の上方に位置している。
【００３５】
駆動素子４０２は、面発光素子３ａの信号光８の発信を調整する半導体レーザ駆動用集積回路（ＩＣ：integrated circuit，以下ＩＣとも言う。）と、面受光素子３ｂからの電気信号を増幅するプリアンプ等の増幅用集積回路とが備えられている。
半導体レーザ駆動用集積回路の出力部２５ａは、面発光素子３ａの電極３２と対向する位置に設けられている。また、半導体レーザ駆動用集積回路のモニタ用入力部２５ｃは、モニタ用受光素子９の電極９２と対向する位置に設けられている。増幅用集積回路の入力部２５ｂは、面受光素子３ｂの電極３２と対向する位置に設けられている。
以上により、面発光素子３ａ，モニタ用受光素子９，面受光素子３ｂのそれぞれの電極３２，９２は、配線を用いずに直接、駆動素子４０２の入力部２５ｂ，モニタ用入力部２５ｃ，出力部２５ａに接続されている。
光素子３として面発光素子３１と面受光素子３２とが実装されたことによって、光信号８の送信と受信が１つの光モジュール４０１で行うことができる。
【００３６】
［第６の実施形態］
図１１は、第６の実施形態の光モジュール５０１の一例を示す概略斜視図である。この光モジュール５０１は、２以上の針状突起５が等間隔に並列に設けられた駆動素子５０２と、この駆動素子５０２に実装された光素子アレイ３３と、２以上の光ファイバ４から構成されている。
光素子アレイ３３は、２以上の光素子３が搭載され、これら光素子３の発光部３１ａ又は受光部３１ｂが等間隔に横一列に並んだ構成をしている。前記光素子アレイ３３は、その発光部３１ａ又は受光部３１ｂがそれぞれの針状突起５の先端部５１の傾斜面５２の上方に位置するように駆動素子５０２上に実装されている。
また駆動素子５０２には、針状突起５の各基端部５３側にそれぞれ固定溝６が設けられており、各固定溝６に光ファイバ４が収容、固定されている。
駆動素子５０２の入力部２５ｂ又は出力部２５ａは、光素子３の各電極３２と対向した位置に設けられており、光素子３のそれぞれの電極３２は、配線を用いずに直接、駆動素子５０２の入力部２５ｂ又は出力部２５ａに接続されている。
【００３７】
光素子３が面発光素子３ａの場合、２以上の複数の光ファイバ４に光信号８をそれぞれ独立して発信することができる。また、光素子３が面受光素子３ｂの場合、２以上の複数の光ファイバ４からの光信号８をそれぞれ独立して受信することができる。
このように、複数の光素子３と光ファイバ４を１つの駆動素子５０２に集約することができる。このため、例えば、複数の光ファイバ４を用いた光信号送受信システムに適用した場合、必要となる光モジュールの個数が少なくてよく、光信号送受信システムの小型化が実現できる。
【００３８】
［第７の実施形態］
図１２は、第７の実施形態の光モジュール６０１の一例を示す概略斜視図である。この光モジュール６０１は、駆動素子の代わりに、半導体基板２２と光素子部３４とこの光素子部３４を駆動するための集積回路２３とから構成され、前記光素子部３４と集積回路２３とが半導体基板２２内部に形成された能動素子６０２が用いられている。光素子部３４と集積回路２３とは、半導体基板２２内で接続されている。
能動素子６０２の表面２１には、外部接続用の入出力部２５ｄが設けられている。この外部接続用の入出力部２５ｄは、半導体基板２２内部に形成された集積回路２３に接続されている。能動素子６０２は、外部接続用の入出力部２５ｄを介して外部に電気信号を送受信できるようになっている。
【００３９】
光素子部３４は、発光部３１ａ又は受光部３１ｂが半導体基板２２の面内方向を向いた状態で形成されている。また、能動素子６０２には、光ファイバ用の固定溝６が形成されている。
固定溝６は、光素子部３４の発光部３１ａ又は受光部３１ｂの中心の延長線上に設けられている。このため、固定溝６に光ファイバ４が収容、固定された際、光ファイバ４の中心軸が前記発光部３１ａ又は受光部３１ｂの中心の延長線と一致し、発光部３１ａ又は受光部３１ｂと光ファイバ４とが光学的に結合するようになっている。
固定溝６には、光ファイバ４が収容されており、光ファイバ４と半導体基板２とは接着剤や金錫共晶ハンダ等で固定されている。
【００４０】
前記能動素子６０２は、例えば結晶成長技術，薄膜形成技術，リソグラフィ技術，エッチング技術，イオン注入技術，イオン拡散技術等を利用して、半導体基板２２内に、集積回路２３から構成された集積回路部２３ａと、光素子部３４を形成し、次いで集積回路部２３ａ上に導電体部を形成し、更にこの導電体部に接続された外部接続用の入出力部２５ｄを半導体基板２２の表面２１に形成することによって得られる。
なお、集積回路２３上に透光性の絶縁膜２４等を形成し、集積回路部２３ａとしても構わない。
【００４１】
光モジュール６０１が送信用の光モジュールの場合、光素子部３４として、発光部３１ａが備えられたものが半導体基板２２内に形成される。外部接続用の入出力部２５ｄを介して外部から能動素子６０２へ電気信号が送信され、電気信号に応じたレーザ駆動用信号が集積回路２３より光素子部３４に出力される。そして光素子部３４の発光部３１ａから光ファイバ４へ光信号８が発信される。
また、光モジュール６０１が受信用の光モジュールの場合、光素子部３４として、受光部３１ｂが備えられたものが半導体基板２２内に形成される。光ファイバ４を伝搬した光信号８は、光素子部３４の受光部３１ｂにて受信される。光素子部３４にて光信号８は電気信号に変換された後、集積回路２３に伝達される。集積回路２３にて増幅され、外部接続用の入出力部２５ｄを介して高強度の電気信号として外部に出力される。
【００４２】
本実施形態では、光素子部３４と集積回路２３とが、半導体基板２２内部に形成されて能動素子６０２に集約されたことによって、部品点数及び部品の実装に係る工程が削減でき、容易に光モジュール６０１を製造できる。また、能動素子６０２の表面２１には、外部接続用の入出力部２５ｄのみを設けるだけでよく、表面２１上の省スペース化が実現できる。
更に、光素子部３４を半導体基板２２内に形成することによって、光素子部３４から配線を引き出す必要が無く、直接、光素子部４３と集積回路２３とを接続できる。このため、光素子部３４と能動素子６０２間の配線経路を無くすることができ、インピーダンスを大幅に低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を低減できる。これにより、信号光８の高速伝送が可能な光モジュール６０１が実現できる。
【００４３】
［第８の実施形態］
図１３は、第８の実施形態の光モジュール７０１の一例を示す概略斜視図である。本実施形態が、第７の実施形態と異なる点は、能動素子７０２として、発光素子部３４ａと受光素子部３４ｂとがそれぞれ１以上、半導体基板２２内部に形成されたものを用いる点である。
集積回路２３は、発光素子部３４ａの信号光８の発信を調整する半導体レーザ駆動用集積回路（ＩＣ：integrated circuit，以下ＩＣとも言う。）と、受光素子部３４ｂからの電気信号を増幅するプリアンプ等の増幅用集積回路とが備えられている。
光素子部３４の発光部３１ａと受光部３１ｂのそれぞれの中心の延長線上に固定溝６が設けられ、この固定溝６に光ファイバ４が収容、固定されている。
【００４４】
光発光部３４ａと光受光部３４ｂを半導体基板２２内に形成することによって、光発光部３４ａ又は光受光部３４ｂから配線を引き出す必要が無く、直接、光発光部３４ａと光受光部３４ｂをそれぞれ集積回路２３に接続できる。このため、光発光部３４ａ又は光受光部３４ｂと能動素子７０２との間の配線経路を無くすることができ、インピーダンスを大幅に低減できる。
また、光素子３として光発光部３４ａと光受光部３４ｂとが実装されたことによって、光信号８の送信と受信が１つの光モジュール７０１で行うことができる。
【００４５】
［第９の実施形態］
本実施形態が、第７の実施形態と異なる点は、駆動素子として、光素子部３４となる発光素子部３４ａ又は受光素子部３４ｂが２以上、半導体基板２２内部に形成されたものを用いる点である。光素子部３４の発光部３１ａ又は受光部３１ｂのそれぞれの中心の延長線上に固定溝６が設けられ、この固定溝６に光ファイバ４が収容、固定されている。
本実施形態では、複数の光素子部３４を半導体基板２２内に形成することによって、各光素子部３４から配線を引き出す必要が無く、直接、光素子部３４をそれぞれ集積回路２３に接続できる。また、複数の光素子部３４と光ファイバ４を１つの駆動素子５０２に集約することができる。このため、例えば、複数の光ファイバ４を用いた光信号送受信システムに適用した場合、必要となる光モジュールの個数が少なくてよく、光信号送受信システムの小型化が実現できる。
【００４６】
なお、本発明の技術範囲は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
光モジュールは、駆動素子２上に光素子３と光ファイバ４が搭載され、光素子３からの光８を光ファイバ４に入力し、又は光ファイバ４からの光８を光素子３に入力できる構成であれば、特に限定されず適用できる。
例えば、光素子３の発光部３１ａ又は受光部３１ｂと、光ファイバ４の端面との間に、少なくとも２つの端面を有する光導波路が形成され、光導波路を介して光素子３の発光部３１ａからの光８を光ファイバ４に入力し、又は光ファイバ４からの光８を光素子３の受光部３１ｂに入力するようにしても構わない。
前記光導波路としては、半導体基板２２から形成されたもの、石英ガラス等の透光性材料から構成され、コアとクラッドからなるもの、スラブ導波路等が挙げられる。
【００４７】
［光送受信システム］
次に、本実施形態の光送受信システムについて以下に説明する。
光送信システムは、光素子３として発光素子が備えられた送信用光モジュールと、光素子３として受光素子が備えられた受信用光モジュールを具備し、送信用光モジュールと受信用光モジュールとが伝送用光ファイバ４によって接続されている。
前記光送受信システムは、送信用光モジュールと受信用光モジュールのうち、少なくとも一方又は双方に前述した本実施形態（第１の実施形態〜第９の実施形態）の光モジュールが用いられている。
電気信号に応じた光信号８が、送信用光モジュールの光素子３から光ファイバ４へ発信される。そして光信号８は光ファイバ４を伝搬して受信用光モジュールの光素子３にて受信され、電気信号に変換されて外部に発信される。以上により送信用光モジュールと受信用光モジュールとの間で光信号８の送受信が行われる。
【００４８】
本実施形態の光送受信システムは、前述した本実施形態の光モジュ−ルが用いられたことによって、配線経路のインピーダンスを低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を低減できる。これにより、信号光の高速伝送が可能な光送受信システムが実現できる。
【００４９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、駆動素子の表面上に光素子が実装されている。このため、光素子を駆動素子表面上の所定の位置に配置した際、駆動素子の入力部又は出力部が光素子の電極と対向した位置にくるように、予め入力部又は出力部を設けておくことによって、光素子の電極は、配線を用いずに直接、駆動素子の入力部又は出力部に接続できるようになっている。
これにより、光素子と駆動素子間の配線経路を無くすることができ、光素子と駆動素子との間のインピーダンスを大幅に低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を低減できる。これにより、信号光の高速伝送が可能な光モジュールが実現できる。
【００５０】
また、駆動素子上に光素子と光ファイバが搭載された構成であるため、従来の駆動素子が発光素子の近傍に設けられた光モジュールに比べて、省スペース化が可能である。更に、駆動素子を実装する工程を省略できるため、光モジュールの製造コストを低減できる。
【００５１】
光素子として、その発光部又は受光部が設けられた面と同一面に電極が設けられたものを用いた場合、パッシプアライメント法によって光素子を駆動素子表面上に実装できる。
このため、ワイヤボンディングを用いて光素子の電極と駆動素子の入力部又は出力部とを接続する必要が無く、ワイヤボンディングを形成する工程を省略でき、光モジュールの製造コストを低減できる。また、光素子を高精度に位置決めでき、かつ容易に実装でき、実装の係る工程や製造コストが低減できる。
【００５２】
また、光素子として、上面に電極が設けられたものを用いた場合、光素子を駆動素子表面上の所定の位置に配置した際、駆動素子の入力部又は出力部が光素子の電極の近傍にくるように、予め入力部又は出力部を設けておくことによって、従来のように基材上の発光素子の近傍に駆動素子を実装する場合に比べて、駆動素子の入力部又は出力部と光素子の電極との配線経路を短くすることができる。このため、従来に比べて駆動素子の入力部又は出力部と光素子の電極間のインピーダンスを低減できる。
【００５３】
本発明の光送受信システムは、前記した本発明の光モジュ−ルが用いられたことによって、配線経路のインピーダンスを低減でき、信号の遅延，歪み，ノイズ等の発生を低減できる。これにより、信号光の高速伝送が可能な光モジュールが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施形態の光モジュール１の一例を示す斜視図である。
【図２】 図１（ｂ）中Ａ矢視図である。
【図３】 図１（ｂ）中Ｂ矢視図である。
【図４】 （ａ）は、光素子として面発光素子が実装された第１の実施形態の光モジュールを示す断面概略図であり、（ｂ）は、駆動素子の表面の要部を示す上面図である。
【図５】 （ａ）は、第２の実施形態の光モジュールの一例を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示された光モジュールの要部を示す斜視図である。
【図６】 図５（ｂ）中Ｃ矢視図である。
【図７】 （ａ）は、光素子として面受光素子が実装された第２の実施形態の光モジュールを示す断面概略図であり、（ｂ）は、駆動素子の表面の要部を示す上面図である。
【図８】 （ａ）は、第３の実施形態の光モジュールを示す断面概略図であり、（ｂ）は、駆動素子の表面の要部を示す上面図である。
【図９】 （ａ）は、第４の実施形態の光モジュールを示す断面概略図であり、（ｂ）は、駆動素子の表面の要部を示す上面図である。
【図１０】 第５の実施形態の光モジュールの一例を示す概略斜視図である。
【図１１】 第６の実施形態の光モジュールの一例を示す概略斜視図である。
【図１２】 第７の実施形態の光モジュールの一例を示す概略斜視図である。
【図１３】 第８の実施形態の光モジュールの一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１‥‥光モジュール、２，１０２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２，７０２‥‥駆動素子、３‥‥光素子、３ｃ‥‥導波路型発光素子、４‥‥光ファイバ、５‥‥針状突起、６‥‥固定溝、８‥‥光（信号光）、９‥‥モニタ用の受光素子、２１‥‥駆動素子の表面、２２‥‥半導体基板、２３‥‥集積回路、３１ａ‥‥発光部、３１ｂ‥‥受光部、３４‥‥光素子部、５１‥‥針状突起の先端部、５３‥‥針状突起の基端部、６１‥‥固定溝の先端の傾斜面９１‥‥モニタ用の受光素子の受光部
Claims (3)
- 半導体基板上に光素子を駆動するための集積回路を形成してなる駆動素子上に、発光素子である光素子と光ファイバを搭載し、光素子からの光を光ファイバに入力し、又は光ファイバからの光を光素子に入力するようにし、
前記光素子と前記光ファイバとの間に、少なくとも２つの端面を有する光導波路を形成し、該光導波路を介して光素子からの光を光ファイバに入力し、又は光ファイバからの光を光素子に入力するようにし、
前記駆動素子表面には、前記光導波路となる針状突起が形成され、該針状突起の基端部側に光ファイバを収容、固定する固定溝が形成されており、
前記光素子の受光部又は発光部が前記針状突起の先端部に位置するように、前記光素子が実装され、前記光ファイバが前記固定溝に収容、固定され、
前記光素子の発光部からの光が前記針状突起の先端部に入射され、前記針状突起を伝搬して前記光ファイバに入射されるようにし、かつ前記光ファイバから出力された光が前記針状突起に伝搬され、前記先端部から前記光素子の受光部に入射されるようにし、
前記針状突起の基端部が傾斜面に接続され、
前記光素子からの出射光は、その一部が前記針状突起から漏れた状態で、前記針状突起の先端部から前記基端部に向かって伝搬し、その光の一部が傾斜面にて基板上方に反射されるようになっており、
前記針状突起の基端部に受光部が位置するようにモニタ用の受光素子が実装されたことを特徴とする光モジュール。 - 前記針状突起の先端部は三角錐状を成し、前記駆動素子の表面の上方から入射した光を前記針状突起の長手方向に反射させるか、または、前記針状突起の長手方向から入射した光を前記駆動素子の上方に反射させることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
- 請求項１または２のいずれかに記載の光モジュールが用いられたことを特徴とする光送受信システム。
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