JP4247944B2 - 双方向光モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に光ファイバや光導波路等の光導波体、および発光素子や受光素子等の光素子を配置して、これら光部品を精度よく光学的に結合させることが可能で、通信分野において好適に使用が可能な双方向光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、ＣＡＴＶや公衆通信の分野において、光ファイバ通信の実用化がはじまっている。また、高速で高信頼性の光半導体モジュールが、同軸型あるいはＤｕａｌ- ｉｎｌｉｎｅ型と呼ばれるモジュール構造で実現されており、これらは主に幹線系と呼ばれる領域で既に実用化されている。
【０００３】
また、波長が１．３μｍ帯の光や１．５５μｍ帯の光などの長波長の光を用い、１本の光ファイバを用いて信号を双方向に送り、同時に信号を送受信できるシステムが検討されている。このように信号を双方向に送る通信を双方向通信と呼んでいる。この方式の利点はファイバが１本ですむことである。
【０００４】
例えば図５に示すように、従来から使用されている空間光学系で構成された双方向光モジュールＪ１は、光パッケージ７２に、光信号入出力用の光ファイバ６５、光信号分岐用の光分波器７１、受光素子体６７、および発光素子体６８を備えてなるものであり、光ファイバ６５、受光素子本体６７、発光素子体６８のそれぞれの直前にレンズ６６、６９、７０を備えている。
【０００５】
そして、発光素子体６８から出射された光信号７４は光分波器７１を通過して光ファイバ６５へ導入され、光ファイバ６５より導入された光信号７３は光分波器７１で反射され受光素子体６７で受光される。
【０００６】
なお、７５は光ファイバホルダ、７６および７８、８１はレンズホルダ、７７は受光素子、７９は発光素子、８０はモニター用受光素子、８２は光分波器ホルダである。
【０００７】
このような双方向光モジュールＪ１の一般的な実装方法としては、半導体レーザ等の光半導体素子を発光させ、結合用のレンズや伝送用の光ファイバの位置決めを行ない、最大結合効率が得られる位置で、レンズや光ファイバをＹＡＧ溶接等の接合方法を用いて固定する、いわゆるアクティブアライメントと称される方法が利用されてきた。
【０００８】
この実装方法の特徴は、高結合効率と高信頼性が得られることであるが、反面、組み立て作業が煩雑となるという問題点があった。特に、特定波長の光のみを透過させる目的で、波長フィルター等の光学素子を挿入する場合は、さらに調芯箇所が多くなるため、工程がいっそう複雑になり、組み立て時間も長くなる。これは主に加入者系と呼ばれる領域での実用化が目標とされており、高結合効率化、小型化、低価格化等が要求されている。
【０００９】
一方、工程を簡略にする方法として、半導体レーザやフォトダイオード等の光半導体素子と光ファイバとを無調芯で実装するパッシブアライメントによる実装方法が提案されている。この方法は、シリコン基板等の異方性エッチングの技術を用いて高精度に形成されたＶ溝と、このＶ溝に対してさらに高精度に形成された光半導体素子搭載用電極、または、位置決め用マーカーからなる光部品実装用基板を用いることにより可能となる。
【００１０】
例えば図６に示すように、シリコンプラットフォームを使用した双方向光モジュールＪ２は、光パッケージ６３にシリコンプラットフォーム４８が組み込まれ、そのシリコンプラットフォーム４８上に光信号の入出力のための光ファイバ４７と、光信号を分岐するための光分波器６１と受光素子５３と発光素子５６を備えてなるものであり、光ファイバ４７、受光素子５３、発光素子５６の直前にレンズ５１を備えている。発光素子５６から出射した光信号は光分波器６１を通過して光ファイバ４７へ導入され、光ファイバ４７より導入した光信号は光分波器６１で反射して受光素子５３で受光するようになっている。
【００１１】
なお、４９および５５、６０は信号光光路確保用Ｖ溝、５０はレンズ搭載用Ｖ溝、５２は受光素子搭載用チップキャリア、５４は受光素子搭載用チップキャリア配設溝、５７はモニター用受光素子、５８ａおよび５８ｂはモニター用受光素子駆動用電極、５９ａおよび５９ｂは発光素子駆動用電極、６２は光分波器搭載用溝、６４はリード端子である。また、Ｇ−ＧＧ線は光ファイバの光軸に一致する直線であり、Ｈ−ＨＨ線はＧ−ＧＧ線に直交する線である。
【００１２】
この実装方法の特徴は、光半導体素子と光ファイバとを、光パワーをモニターすることなく無調芯で直接接続でき、短時間で簡便に実装が行なえるため、自動化が容易で大量生産に適している。反面、結合効率が上記シリコン基板のパターニング精度や、半導体素子等の実装精度に依存するため、高効率の結合には不向きである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光モジュールＪ１の場合、光学素子を空間光学系で構成しアクティブアライメントにより調芯したのち、複数の箇所を接合する必要があるため、結合効率は高いが、部品点数が多く、すべての光学素子を位置合わせする作業が複雑となり、作業時間が長く光モジュールが大型化する。
【００１４】
また、光モジュールＪ２の場合、シリコンプラットフォームを用いてパッシブアライメントにより位置決めすることにより、すべての光学素子を位置合わせする作業が比較的簡便になるため作業時間が短くなり比較的小型になる。その反面、結合効率がシリコンプラットフォーム上の光半導体素子搭載用電極、また位置決め用マーカー、光部品搭載用溝等の設計パターン精度や光分波器搭載用溝の加工精度に依存してしまう。パターン精度や加工精度を高精度にしようとすると、より高精度なマスク合わせ技術や溝加工技術が必要となり作業が複雑化する。その結果、光モジュールの高結合効率化と低コスト化の両立が困難であった。
【００１５】
本発明では、双方向光モジュールにおいて、必要最小限の部品点数で結合効率がよく、小型化が可能でアライメントがきわめて簡易な双方向光モジュールを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明の双方向光モジュールの製造方法は、発光素子搭載用電極が形成されるとともに、レンズ搭載用Ｖ溝が異方性エッチングにより形成され、光伝送路へ光信号を送信する発光素子の送信光軸に対して４５度の角度をなすように端面が形成され、該端面に光分波器が接合された第１の光部品実装用シリコン基板を準備する工程と、受光素子搭載用チップキャリア搭載用Ｖ溝が異方性エッチングにより形成され、前記発光素子の前記送信光軸に対して４５度の角度をなすように端面が形成された第２の光部品実装用シリコン基板を準備する工程と、前記光伝送路が側壁に形成され、光ファイバフォルダを備えた光パッケージを準備する工程と、前記第１の光部品実装用シリコン基板と前記第２の光部品実装用シリコン基板とに、それぞれ形成された前記送信光軸に対して４５度の角度をなす端面で前記光分波器をはさみ込むようにして、前記第１の光部品実装用シリコン基板と前記第２の光部品実装用シリコン基板とを前記光パッケージに収納する工程と、前記第１の光部品実装用シリコン基板の前記発光素子搭載用電極に前記発光素子を搭載するとともに、前記レンズ搭載用Ｖ溝にレンズを搭載して前記発光素子と前記レンズとをパッシブアライメント法で実装する工程と、前記第２の光部品実装用シリコン基板の前記受光素子搭載用チップキャリア搭載用Ｖ溝に、前記光分波器で分波された前記光伝送路からの外部光信号を受信する受光素子が搭載された受光素子搭載用チップキャリアを受信光軸が前記光分波器の分波方向に一致するように搭載する工程と、前記発光素子および前記レンズが搭載された前記第１の光部品実装用シリコン基板と、前記受光素子搭載用チップキャリアが搭載された前記第２の光部品実装用シリコン基板とを収納した前記光パッケージと前記光パッケージの前記光ファイバフォルダに挿入された光ファイバとをアクティブアライメント法により調芯する工程と、具備することを特徴とする。なおここで、光分波器による分波とは光の透過や反射等を意味するものとする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る光モジュールの実施形態について図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図１に光モジュールＭ１の模式的な平面図を、図２にその側面図を示す。発光素子９から出射した光信号は信号光光路確保用Ｖ溝７、そして光分波器１５を通過して光ファイバ１へ導入し、光ファイバ１より導入した光信号は光分波器１５で反射して受光素子２１で受光するようにしている。すなわち、光伝送路Ｌが側壁に形成されたパッケージ２５内に、光伝送路Ｌへ光信号を送信する発光素子９と、発光素子９の送信光軸Ａ−ＡＡに対し所定角度傾斜させた光分波器１５とが配設された基板４を収容しており、光分波器１５で分波された光伝送路Ｌからの外部光信号を受信する受光素子２１の受信光軸Ｂ−ＢＢが光分波器１５の分波方向（光の透過方向または光の反射方向）に一致するように収容している。
【００１９】
具体的には、発光素子９から出射した光信号は、第１の光部品実装用基板４に配設された第１のレンズ６を通過し、送信光軸Ａ−ＡＡに対して４５度の角度をなすように形成された第１の光部品実装用基板４の端面１４に接合された光分波器１５で反射し、第１のレンズ６および光パッケージ２５に組み込まれた第３のレンズ３を通過して、光ファイバ１に導入されることになる。
【００２０】
一方、光ファイバ１より導入した光信号は光パッケージ２５に組み込まれた第３のレンズ３を通過し、さらに送信光軸Ａ−ＡＡに対して所定角度（例えば４５度）の角度をなすように形成された第１の光部品実装用基板４の端面１４ａに配設された光分波器１５で反射した後、第２の光部品実装用基板１６に配設された第２のレンズ１９を通過し、パッシブアライメント用Ｖ溝２０に搭載した受光素子用チップキャリア２２に配置された受光素子２１で受光される。
【００２１】
光部品搭載用溝５、１９、２０を形成した第１および第２の光部品実装用基板４、１６を用い、送信側となる発光素子９と第１のレンズ６の位置決めを、第１の光部品実装用基板４上に形成した発光素子搭載用電極８と第１のレンズ搭載用光部品搭載用溝５に配置することで行なう。
【００２２】
さらに、第３のレンズ３を、この第１および第２の光部品実装用基板４、１６を収納する光モジュール用光パッケージ２５に一体化する。ここで第１の光部品実装用基板４の寸法と光パッケージ２５の寸法の精度により、ほぼ送信光軸Ａ−ＡＡ上に発光素子９、第１のレンズおよび第３のレンズ３が位置合わせされる。その後、光伝送用光ファイバ１の調芯のみに従来のアクティブアライメント法を採用する。これにより、光半導体素子９と第１のレンズ６の位置ずれ量と、この第１および第２の光部品実装用基板４、１６と光パッケージ２５に一体化された第３のレンズ３との位置ずれ量を、最後の光ファイバ１の調芯のみをアクティブアライメントすることにより補正し、高効率の結合を得るものである。
【００２３】
なお、送信光軸Ａ−ＡＡに平行方向の位置ずれは垂直方向の位置ずれに比べて精度が緩いので、送信光軸Ａ−ＡＡに平行方向の調芯については、第１の光部品実装用基板４と光モジュール用パッケージ２５に一体化されたレンズ３との位置ずれを機械加工の精度で追い込むことにより省略できる。このため従来のすべてをアクティブアライメントする方法と比較すると、部品構成を減少させ、組み立て工程を簡略化できる。
【００２４】
また、従来のシリコンプラットフォームを用いたパッシブアライメントする方法と比較すると、送信側となる第１のレンズ搭載用溝５や発光素子搭載用電極８が形成される第１の光部品実装用基板４と、受信側となる第２のレンズ搭載用溝１９や受光素子搭載用溝２０が形成される第２の光部品実装用基板１６での光部品搭載溝や電極に求められる精度は後者に比べて前者の方が厳しい。
【００２５】
このため、第１のレンズ搭載用溝５や発光素子搭載用電極８が形成される基板と第２のレンズ搭載用溝１９や受光素子搭載用溝２０が形成される基板に設けられた光部品搭載溝とが混在した基板にする場合と比べて、基板が分割されている場合の受信側となる第２のレンズ搭載用溝１９や受光素子搭載用溝２０が形成される基板は精度が緩やかになるため歩留まりがよくなる。また、受信側の基板であるシリコンプラットフォームは省いても良い。
【００２６】
なお、２は光ファイバを保持する光ファイバホルダ、１０はモニター用受光素子、１１はモニター用受光素子搭載用電極、１２は発光素子駆動用電極、１３はモニター用受光素子駆動用電極、１４ａは第１の光部品実装用基板の端面、１４ｂは第２の光部品実装用基板の端面、１７は信号光光路確保用Ｖ溝、１８は第２のレンズ、２３ａ、２３ｂは信号光光路確保用ダイシング溝、２４はリード端子である。
【００２７】
つまり、上述したそれぞれの実装技術の利点を生かし、最も高精度な位置決めが求められる光パッケージと光ファイバとの実装には、アクティブアライメントによる実装法を用い、次に実装精度の求められる発光素子とレンズとの実装には光部品実装用基板であるシリコンプラットフォームを用いたパッシブアライメント法で実装する。そして、実装精度の緩い光部品である受光素子は精度の緩い光部品実装用基板を用いるか、もしくは光部品実装用基板を用いず直接光パッケージに実装する。このように求められる精度に応じた実装方法を用いて、必要最小限の部品点数で結合効率がよく、小型で、アライメントが比較的簡易な低コストの双方向光モジュールを提供することができる。
【００２８】
【実施例】
以下により具体的な実施例について詳細に説明する。
【００２９】
〔実施例１〕
図１に示すように、まず、第１の光部品実装用基板４はシリコン単結晶からなるシリコン基板を熱酸化し、シリコン基板面に膜厚０．１μｍの熱酸化膜を形成する。次に、基板全面にシリコン窒化膜を膜厚０．１μｍ成膜した。
【００３０】
その後、フォトリソグラフィーを行い、幅０．９８ｍｍの第１のレンズ搭載用のＶ溝５および幅０．１５ｍｍの信号光光路確保用Ｖ溝７のＶ溝のパターンを形成し、シリコン窒化膜をＲＩＥドライエッチングにより、熱酸化膜をバッファふっ酸のウエットエッチングを用いて、パターン内のシリコン窒化膜および熱酸化膜を除去した。
【００３１】
次に、残っているシリコン窒化膜に形成した第１のレンズ搭載用のＶ溝５および信号光光路確保用Ｖ溝７のＶ溝パターンをエッチングマスクとしてシリコン面をＫＯＨ（濃度４３重量％、温度６３．５℃）に漬し、異方性エッチングを行い、第１のレンズ搭載用のＶ溝５および信号光光路確保用Ｖ溝７を形成した。
【００３２】
次に、ＲＩＥのドライエッチングにより第１のレンズ搭載用のＶ溝５および信号光光路確保用Ｖ溝７形成用エッチングマスクのシリコン窒化膜を除去した。
【００３３】
次に、基板上にフォトリソグラフィーを行って光半導体実装用電極８、１１及び駆動用電極１２、１３のパターンを形成した後、光半導体実装用電極８、１１及び駆動用電極１２、１３をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを０．１μｍ／０．３μｍ／０．３μｍで構成した。なお、上記電極材料は下層／上層の順で表記している。光半導体実装用電極８、１１上に半田（重量比Ａｕ：Ｓｎ＝７０：３０、厚み２．５μｍ）（不図示）を形成した。
【００３４】
第１の光部品実装用基板４は送信光軸Ａ−ＡＡに対して４５度の角度をなすように端面１４ａを形成し、最後に光軸に対して４５度の角度をなすように形成された第１の光部品実装用基板４の端面１４a に波長フィルター等の光分波器１５をエポキシ等の接着剤で接合を行なった。
【００３５】
一方、第２の光部品実装用基板１６は、シリコン単結晶からなるシリコン基板を熱酸化し、シリコン基板面に膜厚０．５μｍの熱酸化膜を形成した。
【００３６】
次に、基板全面にシリコン窒化膜を膜厚０．１μｍ成膜した。それからフォトリソグラフィーを行って幅０．９８ｍｍの第２のレンズ搭載用のＶ溝１９および幅１．５０ｍｍの受光素子用チップキャリア搭載用のＶ溝２０および幅０．１５ｍｍの信号光光路確保用Ｖ溝１７のパターンを形成し、シリコン窒化膜をＲＩＥドライエッチングで、熱酸化膜をバッファふっ酸のウエットエッチングを用いてパターン内のシリコン窒化膜および熱酸化膜を除去した。
【００３７】
次に、残っているシリコン窒化膜に形成した第２のレンズ搭載用のＶ溝１９および受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝２０および信号光光路確保用Ｖ溝１７のパターンをエッチングマスクとしてシリコン面をＫＯＨ（濃度４３重量％、温度６３．５℃）に浸して異方性エッチングを行い、第２のレンズ搭載用のＶ溝１９および受光素子用チップキャリア載用Ｖ溝２０および信号光光路確保用Ｖ溝１７を形成した。
【００３８】
次に、ＲＩＥ等のドライエッチングにより第２のレンズ搭載用のＶ溝１９および受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝２０および信号光光路確保用Ｖ溝１７形成用エッチングマスクのシリコン窒化膜を除去した。
【００３９】
最後に、第２の光部品実装用基板１６は送信光軸Ａ−ＡＡに対して４５度の角度をなすように端面１４ｂを形成した。
【００４０】
これらの第１の光部品実装用基板４および第２の光部品実装用基板１６をそれぞれ送信光軸Ａ−ＡＡに対して４５度の角度をなす端面１４ａ、１４ｂどうしを向かい合わせ波長フィルター等の光分波器１５をはさみ込む構造になるように第３のレンズ３が組み込まれた光パッケージ２５に収納し、各溝に素子を配設し、その後に結合効率が最大となるように光ファイバ１および光ファイバホルダ２を調芯して接合をおこなった。なお、２は光ファイバを保持する光ファイバホルダ、１０はモニター用受光素子、１４ｂは第２の光部品実装用基板の端面、１８は第２のレンズ、２３ａ、２３ｂは信号光光路確保用ダイシング溝、２４はリード端子である。
【００４１】
光ファイバ１より導入した光信号は第３のレンズ３および信号光光路確保用Ｖ溝１７を通り光分波器１５で反射して第２のレンズ１８を通って受光素子２１で受光し、発光素子９から出射した光信号は第１のレンズ６を通って光分波器１５を通過して信号光光路確保用Ｖ溝７、１７および第３のレンズを通って光ファイバ１へ導入するようになっている。
【００４２】
これにより、発光素子９および第１のレンズ６が搭載される光部品実装用基板４の位置決め精度を向上させた上で、必要最小限の部品点数にて結合効率がよく、小型で、アライメントが比較的簡易で低コストな双方向光モジュールＭ１を提供することができる。
【００４３】
〔実施例２〕
図３に示すように、まず、第１の光部品実装用基板２９ａはシリコン単結晶からなるシリコン基板を熱酸化し、シリコン基板面に膜厚０．１μｍの熱酸化膜を形成する。次に、基板全面にシリコン窒化膜を膜厚０．１μｍ成膜した。
【００４４】
その後、フォトリソグラフィーを行って幅０．９８ｍｍの第１のレンズ搭載用のＶ溝４３および幅０．１５ｍｍの信号光光路確保用Ｖ溝４２ａのパターンを形成し、シリコン窒化膜をＲＩＥドライエッチングで、熱酸化膜をバッファふっ酸のウエットエッチングを用いてパターン内のシリコン窒化膜および熱酸化膜を除去した。
【００４５】
次に、残っているシリコン窒化膜に形成した第１のレンズ搭載用のＶ溝４３および信号光光路確保用Ｖ溝４２のＶ溝パターンをエッチングマスクとし、シリコン面をＫＯＨ（濃度４３重量％、温度６３．５℃）に浸して異方性エッチングを行い、第１のレンズ搭載用のＶ溝４３および信号光光路確保用Ｖ溝４２ａを形成した。
【００４６】
次に、ＲＩＥのドライエッチングにより第１のレンズ搭載用のＶ溝４３および信号光光路確保用Ｖ溝４２ａ形成用エッチングマスクのシリコン窒化膜を除去した。
【００４７】
次に、第１の光部品実装用基板２９ａ上にフォトリソグラフィーを行って光半導体実装用電極３８、３９及び駆動用電極４０、４１のパターンを形成した後、光半導体実装用電極３８、３９及び駆動用電極４０、４１をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを０．１μｍ／０．３μｍ／０．３μｍで構成した。上記電極材料は下層／上層の順で表記している。光半導体実装用電極４０、４１上に半田（重量比Ａｕ：Ｓｎ＝７０：３０、厚み２．５μｍ）（不図示）で形成した。
【００４８】
第１の光部品実装用基板２９ａは受信光軸Ｃ−ＣＣに対して４５度の角度をなすように端面３４ａを形成し、最後に受信光軸Ｃ−ＣＣに対して４５度の角度をなすように形成された第１の光部品実装用基板２９ａの端面３４a に波長フィルター等の光分波器３５をエポキシ等の接着剤で接合を行なった。一方、第２の光部品実装用基板２９ｂは、シリコン単結晶からなるシリコン基板を熱酸化し、シリコン基板面に膜厚０．５μｍの熱酸化膜を形成する。
【００４９】
次に、基板全面にシリコン窒化膜を膜厚０．１μｍ成膜した。それからフォトリソグラフィーを行って幅１．５０ｍｍの受光素子用チップキャリア搭載用のＶ溝３０および幅０．１５ｍｍの信号光光路確保用Ｖ溝３３ａのパターンを形成し、シリコン窒化膜をＲＩＥドライエッチングで、熱酸化膜をバッファふっ酸のウエットエッチングを用いてパターン内のシリコン窒化膜および熱酸化膜を除去した。
【００５０】
次に、残っているシリコン窒化膜に形成した受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝３０および信号光光路確保用Ｖ溝３３ａのパターンをエッチングマスクとしてシリコン面をＫＯＨ（濃度４３重量％、温度６３．５℃）に漬してよる異方性エッチングを行い、受光素子用チップキャリア載用Ｖ溝３０および信号光光路確保用Ｖ溝３３ａを形成した。次に、ＲＩＥ等のドライエッチングにより受光素子用チップキャリア搭載用Ｖ溝３０および信号光光路確保用Ｖ溝３３ａ形成用エッチングマスクのシリコン窒化膜を除去した。最後に、第２の光部品実装用基板２９ｂは受信光軸Ｃ−ＣＣに対して４５度の角度をなすように端面３４ｂは形成した。
【００５１】
これらの第１の光部品実装用基板２９ａおよび第２の光部品実装用基板２９ｂをそれぞれ受信光軸Ｃ−ＣＣに対して４５度の角度をなす端面３４ａ、３４ｂどうしを向かい合わせ波長フィルター等の光分波器３５をはさみ込む構造になるように第２のレンズ２８が組み込まれた光パッケージ４６に収納し、各溝に素子を配設し、その後に結合効率が最大となるように光ファイバ２６および光ファイバホルダ２７を調芯して接合をおこなった。
【００５２】
なお、３１は受光素子搭載用チップキャリア、３２は受光素子、３３ｂは信号光光路確保用ダイシング溝、３６は発光素子、３７はモニター用受光素子である。また、Ｄ−ＤＤは送信光軸である。
【００５３】
光ファイバ２６より導入した光信号は第２のレンズ２８および第１のレンズ４４を透過し信号光光路確保用Ｖ溝４２ａ、３３ａを通り光分波器３５を透過して受光素子２１で受光し、発光素子９から出射した光信号は第１のレンズ６を通って光分波器３２を通過して信号光光路確保用Ｖ溝３３ａ、４２ａと、第１のレンズ４４および第２のレンズ２８を通って光ファイバ２６へ導入するようになっている。
【００５４】
発光素子３６および第１のレンズ４４が搭載される光部品実装用基板２９ａと第２のレンズ２８との位置決めが光部品実装用基板２９ａを光パッケージ４６に収めることで可能となるため、必要最小限の部品点数にて結合効率がよく、小型で、アライメントが比較的簡易で低コストな双方向光モジュールＭ２を提供することができる。
【００５５】
〔実施例３〕
図４に示すように、まず、第１の光部品実装用基板８８はシリコン単結晶からなるシリコン基板を熱酸化し、シリコン基板面に膜厚０．１μｍの熱酸化膜を形成した。
【００５６】
次に、基板全面にシリコン窒化膜を膜厚０．１μｍ成膜した。それからフォトリソグラフィーを行って幅０．９８ｍｍの第１のレンズ搭載用のＶ溝８６および幅０．１５ｍｍの信号光光路確保用Ｖ溝８９のパターンを形成し、シリコン窒化膜をＲＩＥドライエッチングで、熱酸化膜をバッファふっ酸のウエットエッチングを用いてパターン内のシリコン窒化膜および熱酸化膜を除去した。次に残っているシリコン窒化膜に形成した第１のレンズ搭載用のＶ溝８６および信号光光路確保用Ｖ溝８９のＶ溝パターンをエッチングマスクとしてシリコン面をＫＯＨ（濃度４３重量％、温度６３．５℃）に漬してよる異方性エッチングを行い、第１のレンズ搭載用のＶ溝８６および信号光光路確保用Ｖ溝８６を形成した。
【００５７】
次に、ＲＩＥのドライエッチングにより第１のレンズ搭載用のＶ溝８６および信号光光路確保用Ｖ溝８９形成用エッチングマスクのシリコン窒化膜を除去した。
【００５８】
次に、第１の光部品実装用基板８８上にフォトリソグラフィーを行って光半導体実装用電極９４、９５及び駆動用電極９６、９７のパターンを形成した後、光半導体実装用電極９４、９５及び駆動用電極９６、９７をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを０．１μｍ／０．３μｍ／０．３μｍで構成した。上記電極材料は下層／上層の順で表記している。光半導体実装用電極９４、９５上に半田（重量比Ａｕ：Ｓｎ＝７０：３０、厚み２．５μｍ）（不図示）で形成した。
【００５９】
第１の光部品実装用基板８８は受信光軸Ｅ−ＥＥに対して４５度の角度をなすように端面９１を形成し、最後に受信光軸Ｅ−ＥＥに対して４５度の角度をなすように形成された第１の光部品実装用基板８８の端面９１に波長フィルター等の光分波器９０をエポキシ等の接着剤で接合を行なった。
【００６０】
これらの第１の光部品実装用基板８８は、第２のレンズ８５を有しかつ光パッケージ９９内に受光素子用キャリア１０１および受光素子１００が位置決めされて配設された光パッケージ９９に収納された後、結合効率が最大となるように光ファイバ８３および光ファイバホルダ８４を調芯して接合をおこなった。なお、８４は光ファイバホルダ、８７は第１のレンズ、９２は発光素子、９３はモニター用受光素子、９８は信号光光路確保用ダイシング溝、１０２はリード端子である。また、Ｆ−ＦＦは送信光軸である。
【００６１】
光ファイバ８３より導入した光信号は第２のレンズ８５および第１のレンズ８７を透過し信号光光路確保用Ｖ溝８９を通り光分波器９０を透過して受光素子１００で受光し、発光素子９２から出射した光信号は光分波器９０で反射して信号光光路確保用Ｖ溝８９、第１のレンズ８７および第２のレンズ８５を通って光ファイバ８３へ導入するようになっている。
【００６２】
発光素子９２および第１のレンズ８７が搭載される光部品実装用基板８８と第２のレンズ８５との位置決めが光部品実装用基板８８を光パッケージ９９に収めることで可能となるため、必要最小限の部品点数にて結合効率がよく、小型で、アライメントが比較的簡易で低コストな双方向光モジュールＭ３を提供することができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上、詳述にしたように、本発明の双方向光モジュールによれば、基板上に受光素子と光ファイバからの出射光をコリメートするためのレンズとを無調芯で搭載できるため、高結合効率で組み立てが簡便な光モジュールが提供できる。
【００６４】
また、基板の端面に波長フィルター等の光分波器を直接接合できるため、従来のように光分波器搭載用ダイシング溝に光分波器を配設する際に角度ずれが生じる問題がなくなる。
【００６５】
また、レンズ搭載用溝や発光素子搭載用電極が形成される基板と、レンズ搭載用溝や受光素子搭載用溝が形成される基板での光部品搭載溝に求められる精度は前者が厳しく後者が緩いため、レンズ搭載用溝や発光素子搭載用電極が形成される基板と、レンズ搭載用溝や受光素子搭載用溝が形成される基板に設けられた光部品搭載溝が混在した基板と比べて、基板が分割されている場合の受光素子搭載用溝が形成される基板は精度の公差が緩やかであるので歩留まりが向上する。
【００６６】
また、受信側の基板であるシリコンプラットフォームは省いても良いことから、部品点数を低減できる。
【００６７】
したがって、最も高精度な位置決めが求められる光パッケージと光ファイバとの実装にはアクティブアライメントによる実装法を用い、次に実装精度の求められる発光素子とレンズとの実装には光部品実装用基板であるシリコンプラットフォームを用いたパッシブアライメント法で実装する。そして、実装精度の緩い光部品である受光素子は精度の緩い光部品実装用基板を用いるか、もしくは光部品実装用基板を用いず、直接光パッケージに実装する。このように、求められる精度に応じた実装方法を用いて、必要最小限の部品点数で結合効率がよく、小型で、アライメントが簡易な双方向光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る双方向光モジュールの一実施形態を模式的に示す平面図である。
【図２】本発明に係る双方向光モジュールの側面図である。
【図３】本発明に係る双方向光モジュールの他の実施形態を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明に係る双方向光モジュールの他の実施形態を模式的に示す平面図である。
【図５】従来の双方向光モジュールを模式的に示す平面図である。
【図６】従来の他の双方向光モジュールを模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
１、２６、４７、６５、８３：光ファイバ
２、２７、７５、８４：光ファイバホルダ
３：第３のレンズ
４、２９ａ、８８：第１の光部品実装用基板
５、４３、８６：第１のレンズ搭載用Ｖ溝
６、４４、８７：第１のレンズ
７、１７、３３ａ、４２ａ、４９、５５、６０、８９：信号光光路確保用Ｖ溝
８、３８、９５：発光素子搭載用電極
９、３６、５６、７９、９２：発光素子
１０、３７、５７、８０、９３：モニター用受光素子
１１、３９、９４：モニター用受光素子搭載用電極
１２、４０、５９ａ、５９ｂ、９７：発光素子駆動用電極
１３、４１、９６：受光素子駆動用電極
１４ａ、３４ａ、９１：第１の光部品実装用基板端面
１４ｂ、３４ｂ：第２の光部品実装用基板端面
１５、３５、６１、７１、９０：光分波器
１６、２９ｂ：第２の光部品実装用基板
１８、２８、８５：第２のレンズ
１９：第２のレンズ搭載用Ｖ溝
２０、３０、５４：受光素子搭載用チップキャリア搭載用Ｖ溝
２１、３２、５３、７７、１００：受光素子
２２、３１、５２、１０１：受光素子搭載用チップキャリア
２３ａ、２３ｂ、３３ｂ、４２ｂ、９８：信号光光路確保用ダイシング溝
２４、４５、６４、１０２：リード端子
２５、４６、６３、９９：光パッケージ
４８：シリコンプラットフォーム
５０：レンズ搭載用Ｖ溝
５１、６６、６９、７０：レンズ
５８ａ、５８ｂ：モニター用受光素子の駆動用電極
６２：光分波器搭載用溝
６７：受光素子モジュール
６８：発光素子モジュール
７２：ハウジング
７３：受信信号
７４：送信信号
７６、７８、８１：レンズホルダ
８２：光分波器用ホルダ
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３：本発明の双方向光モジュール
Ｊ１、Ｊ２：従来の双方向光モジュール

Claims (1)

1. 発光素子搭載用電極が形成されるとともに、レンズ搭載用Ｖ溝が異方性エッチングにより形成され、光伝送路へ光信号を送信する発光素子の送信光軸に対して４５度の角度をなすように端面が形成され、該端面に光分波器が接合された第１の光部品実装用シリコン基板を準備する工程と、
   受光素子搭載用チップキャリア搭載用Ｖ溝が異方性エッチングにより形成され、前記発光素子の前記送信光軸に対して４５度の角度をなすように端面が形成された第２の光部品実装用シリコン基板を準備する工程と、
   前記光伝送路が側壁に形成され、光ファイバフォルダを備えた光パッケージを準備する工程と、
   前記第１の光部品実装用シリコン基板と前記第２の光部品実装用シリコン基板とに、それぞれ形成された前記送信光軸に対して４５度の角度をなす端面で前記光分波器をはさみ込むようにして、前記第１の光部品実装用シリコン基板と前記第２の光部品実装用シリコン基板とを前記光パッケージに収納する工程と、
   前記第１の光部品実装用シリコン基板の前記発光素子搭載用電極に前記発光素子を搭載するとともに、前記レンズ搭載用Ｖ溝にレンズを搭載して前記発光素子と前記レンズとをパッシブアライメント法で実装する工程と、
   前記第２の光部品実装用シリコン基板の前記受光素子搭載用チップキャリア搭載用Ｖ溝に、前記光分波器で分波された前記光伝送路からの外部光信号を受信する受光素子が搭載された受光素子搭載用チップキャリアを受信光軸が前記光分波器の分波方向に一致するように搭載する工程と、
   前記発光素子および前記レンズが搭載された前記第１の光部品実装用シリコン基板と、前記受光素子搭載用チップキャリアが搭載された前記第２の光部品実装用シリコン基板とを収納した前記光パッケージと前記光パッケージの前記光ファイバフォルダに挿入された光ファイバとをアクティブアライメント法により調芯する工程と、
   を具備することを特徴とする双方向光モジュールの製造方法。

Images