JP4250630B2 - 光素子及び光モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、基体に１以上の受光領域が形成された光素子と、１本の光ファイバ、あるいは複数本の光ファイバ（光ファイバアレイ）、又は１つの光導波路、あるいは複数の光導波路等を有する光モジュールに関し、特に、これら光伝達手段を伝搬する信号光を途中でモニタする場合に好適な光素子及び光モジュールに関する。
現在の光通信技術において、通信品質の監視技術は重要な項目となっている。中でも、光出力の監視については、特に、波長多重通信技術の分野において重要な位置を占めている。
近年、このような光出力監視技術に対する小型化、高性能化、低コスト化の要求が高まりつつある。その中で、光ファイバあるいは光導波路に直接スリット構造を設けて信号光の一部を取り出し検出することで、信号光の品質の監視を行う、ＴＡＰ（入力信号モニタ用分岐カプラ）方式が注目を集めている。
従来では、例えば特許文献１に示すような技術が提案されている。この技術は、ガラス基板のＶ溝内に光ファイバを配置し、その後、ガラス基板に対して光ファイバを（その光軸に対して）斜めに横切るように平行溝を形成する。そして、前記平行溝内に光分岐部材を挿入し、その隙間に紫外線硬化樹脂（接着剤）を充填するようにしている。
これにより、光ファイバを伝搬する信号光のうち、光分岐部材で分岐した光成分（分岐光）がクラッド外に取り出されることになる。従って、この分岐光を例えば受光素子にて検知することで、信号光のモニタが可能となる。
ところで、上述のようなＴＡＰ方式を採用した光モジュールでは、受光素子を使用することが必須であり、受光素子への分岐光を特性を劣化させずにどのように入射させるかが課題である。
また、複数の光ファイバや光導波路を横一列に並べたインライン型の光モジュールにおいては、光ファイバや光導波路に対応して複数の受光領域を配列させた受光素子を用いることが必須となってくる。この場合、受光素子が隣接して形成されるため、迷光の影響を受け易いことと、各受光領域で発生した光電流（キャリア）の一部が漏れ電流として、隣接する受光領域や他の受光領域を介してコモン電極に流れることにより、クロストーク（混信）特性を悪化させるという問題が発生する。
また、従来の例えば裏面入射型の受光素子１００には、図１１に示すように、光透過性の基体１０２の表面に受光領域１０４が形成され、基体１０２の裏面（光の入射面）にはパッシベーションと反射防止のために、耐湿性の高いＳｉＮ等の１つの膜（単層膜）１０６をコーティングしている。
そして、受光素子１００への光の入射は、通常、基体１０２の裏面に対して垂直になされる。垂直入射の場合、単層膜１０６の膜厚を変更するだけで、特定の波長の光の特性、例えば反射特性や偏光依存性（ＰＤＣ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）をほとんど変化させることなく、光を受光領域１０４に入射させることができる。
しかし、光ファイバや光導波路にスリットを形成したＴＡＰ方式の光モジュールにおいては、光ファイバや光導波路から斜め方向に分岐光１０８が出射することになる。そのため、分岐光１０８を受光素子１００の受光領域１０４に対して垂直入射させるには、受光素子１００を実装する際に、分岐光１０８の入射面を斜めにして実装しなければならない。この場合、受光素子１００を実装する際の角度の制御が困難であり、実装のためのコストが上がり、しかも、光モジュールのサイズの大型化にもつながる。
そこで、受光素子１００を実装する際に、分岐光１０８の入射面を水平に、即ち、光ファイバや光導波路の信号光の光軸と平行にして実装することが考えられるが、この場合、受光素子１００の裏面に対する分岐光１０８の入射が斜め方向となり、特定の波長の光の特性、例えば反射特性や偏光依存性（ＰＤＣ）が大きく変動し、分岐光１０８の検出精度、即ち、信号光のモニタ精度が低下するという問題が生じる。
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、分岐光が斜めに入射されても、該分岐光の反射特性や偏光依存性（ＰＤＣ）をほとんど変動させることがなく、信号光のモニタ精度の低下を抑制することができ、信号光のモニタ機能の信頼性を向上させることができる光素子及び光モジュールを提供することを目的とする。
本発明に係る光素子は、光透過性の基体の表面に１以上の受光領域が形成され、前記基体の裏面側に少なくとも屈折率整合を目的とした樹脂が形成され、前記基体の裏面側に対して光が斜め方向に入射される光素子であって、前記基体の裏面に特性劣化防止のコーティング膜が形成され、前記コーティング膜は、前記樹脂の存在による特性劣化を防止するための膜と、前記反射防止用の多層膜とが積層されて構成され、前記樹脂の存在による特性劣化を防止するための膜は、耐湿用の膜であることを特徴とする。
これにより、光の入射面に対して光が斜めに入射されても、該光の反射特性や偏光依存性（ＰＤＣ）をほとんど変動させることがない。従って、この光素子を例えばインライン型のＴＡＰ方式の光モジュールにおける信号光のモニタ機能に適用した場合に、分岐光が斜め入射したとしても、分岐光の検出精度の低下を抑制することができ、信号光のモニタ機能の信頼性を向上させることができる。
そして、前記基体は光透過性であって、前記基体の表面に前記１以上の受光領域が形成され、前記基体の裏面が前記光の入射面であってもよい。この場合、理論的には光素子の裏面を光ファイバや光導波路等の光伝達手段に近接させて実装させることができる。しかも、光の入射角（鉛直方向とのなす角）を小さくすることができる。これは、受光領域での受光効率等を向上させる上で有利となる。
また、本発明において、前記コーティング膜は、２つ以上の膜が積層されて構成されていることが好ましい。具体的には、前記コーティング膜は、反射防止用の多層膜を有することが好ましい。従来のように、光の入射面に単層膜を形成した場合、前記入射面に光が斜めに入射すると、光の偏光状態によって受光領域から出力される電流（検出電流）が変動することとなる。即ち、偏光依存性が大きい。
しかし、本発明では、前記光の入射面に反射防止用の多層膜を形成するようにしたので、斜めに入射される光に対して予想される角度に合わせて多層膜の膜質や膜厚等を設計することが可能となる。その結果、斜めに入射される光の偏光状態をコントロールすることができ、検出電流の変動を抑えることができる。これは、偏光依存性の低減につながる。
また、前記構成において、コーティング膜を耐湿用の膜と反射防止用の多層膜とを積層して構成するようにしてもよい。光の入射面に多層膜を形成する場合、多層膜の形成条件によっては、ポーラスが形成される場合がある。このような場合、水分が多層膜を通り抜けて基体等に到達し、光素子の特性劣化（リーク電流の増加、暗電流の増加等）を引き起こすおそれがある。そこで、この発明のように、コーティング膜を耐湿用の膜と反射防止用の多層膜とを積層して構成することで、耐湿性に優れ、かつ、入射光の偏光状態に依存することなく、安定に検出電流を取り出すことができる。
また、前記構成において、前記光の入射面に少なくとも屈折率整合を目的とした樹脂が形成される場合に、前記コーティング膜は、前記樹脂の存在による特性劣化を防止するための膜と、反射防止用の多層膜とが積層されて構成されていてもよい。ここで、前記樹脂の存在による特性劣化を防止するための膜は、耐湿用の膜であってもよい。
光の入射面に少なくとも屈折率整合を目的とした樹脂を形成する場合、水分を吸着する樹脂を用いることが考えられる。その場合、多層膜のみでは、水分の浸入を防ぐことができず、光素子の特性劣化（リーク電流の増加、暗電流の増加等）を引き起こすおそれがある。そこで、この発明のように、コーティング膜を前記樹脂の存在による特性劣化を防止するための膜と反射防止用の多層膜とを積層して構成することで、耐湿性に優れ、かつ、入射光の偏光状態に依存することなく、安定に検出電流を取り出すことができる。
また、前記構成において、前記コーティング膜の端面に１以上の光遮蔽マスクを有し、前記光遮蔽マスクは、前記コーティング膜に対して斜めに入射する光を考慮した位置に形成されていてもよい。
偏光依存性と共に光素子の出力電流の特性として重要なファクタがクロストークである。クロストークの原因の１つとして迷光が挙げられる。迷光は、光素子の受光領域以外に光が入射し、反射、散乱を繰り返して隣接する受光領域あるいは他の受光領域に入射し、クロストークとなる。
迷光を防ぐ有効な手段は、光の入射面にマスクをして光の入射を制限し、光素子内に入射する光を受光領域で受けて電流（検出電流）に変換し、受光領域以外の場所に光を入射させないという方法が挙げられる。通常、マスクは受光領域に対応した位置に設置される。
しかし、裏面入射型の場合、光の入射面から受光領域までに距離があるため、光の入射面のうち、受光領域の真下の部分に窓が形成されるように、マスクを形成したとしても、斜めに入射する光に対しては、依然、受光領域に到達しない光が発生し、迷光となる場合がある。また、入るべき光がマスクで遮断されてしまい、効率の低下にもつながる。
一方、この発明においては、前記光遮蔽マスクを、斜めに入射する光を考慮した位置に形成するようにしたので、迷光の発生をほとんどなくすことができ、クロストークを改善することができると共に、受光領域での受光効率等を向上させることができる。
光素子の出力電流の特性に影響を与えるファクタとして、上述の光学的なクロストークのほかに、電気的なクロストークも挙げられる。基体に複数の受光領域が形成されている場合に、各受光領域に対して共通にコモン電極が接続されるが、各受光領域にて発生した光電流（キャリア）の一部が漏れ電流として隣接する受光領域や他の受光領域を介してコモン電極に流れてしまい、電気的なクロストークとなる。
従って、前記構成において、前記基体に２以上の受光領域が形成されている場合においては、受光領域のそれぞれにアノード電極とカソード電極とを設けることで、電気的なクロストークを抑えることができる。これは低抵抗の電極（例えばＡｕ）がカソードに繋がれることにより、発生したキャリアが隣接チャネルのカソードに漏れることなく、低抵抗のＡｕ電極に引っ張られるため、クロストークの減少を実現する。
また、前記構成において、前記基体に２以上の受光領域が形成されている場合に、前記基体は、前記受光領域間にスリットを有するようにしてもよい。受光領域間にスリットを設けて物理的に分離することで、漏れ電流の経路が分断され、上述のような電気的なクロストークを防ぐことができる。しかも、迷光が隣接する受光領域や他の受光領域に進入することもなくなるため、迷光によるクロストークも改善させることができる。
また、前記構成において、複数の前記基体がそれぞれ所定の間隔を置いて配列され、前記各基体にそれぞれ１つの受光領域が形成されていてもよい。この場合も、漏れ電流の経路が分断されることから、上述のような電気的なクロストークを防ぐことができ、しかも、迷光が隣接する受光領域や他の受光領域に進入することもなくなるため、迷光によるクロストークも改善させることができる。
また、本発明に係る光モジュールは、光分岐機能が設けられた１以上の光伝達手段と、前記光伝達手段の上方で、かつ、前記光伝達手段の少なくとも前記光分岐機能によって発生した分岐光の光路上に樹脂を介して固着された光素子とを有する光モジュールにおいて、前記光素子は、光透過性の基体と、該基体の表面に形成された１以上の受光領域と、前記基体の裏面に形成された特性劣化防止のコーティング膜とを有し、前記基体の裏面側に対して光が斜め方向に入射される光素子であって、前記コーティング膜は、前記樹脂の存在による特性劣化を防止するための膜と、前記反射防止用の多層膜とが積層されて構成されていることを特徴とする。
これにより、分岐光が光素子に対して斜めに入射したとしても、該光の反射特性や偏光依存性をほとんど変動させることがないため、分岐光の検出精度の低下を抑制することができ、信号光のモニタ機能の信頼性を向上させることができる。
以上説明したように、本発明に係る光素子及び光モジュールによれば、分岐光が斜めに入射されても、該分岐光の反射特性や偏光依存性（ＰＤＣ）をほとんど変動させることがなく、信号光のモニタ精度の低下を抑制することができ、信号光のモニタ機能の信頼性を向上させることができる。
以下、本発明に係る光素子及び光モジュールを例えば１２ｃｈインライン型パワーモニタモジュールに適用した実施の形態例について図１〜図１０を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る光モジュール１０は、図１及び図２に示すように、ガラス基板１２と、該ガラス基板１２に設けられた複数のＶ溝１４に固定された複数の光ファイバ１６からなる光ファイバアレイ１８と、各光ファイバ１６の各上面からガラス基板１２にかけて設けられたスリット２０（図２参照）と、該スリット２０内に挿入された分岐部材（フィルタ部材２２：図２参照）と、各光ファイバ１６を透過する信号光２４のうち、少なくともフィルタ部材２２等にて反射された光（分岐光）２６を検出する受光領域２８が複数配列された本実施の形態に係るＰＤ（フォトダイオード）アレイ３０と、該ＰＤアレイ３０が実装され、かつ、ＰＤアレイ３０を光ファイバアレイ１８に向けて固定するためのサブマウント３２と、少なくともＰＤアレイ３０を安定に固定するためのスペーサ３４とを有する。なお、スリット２０の２つの端面とフィルタ部材２２の表面及び裏面は光ファイバ１６を透過する信号光２４の一部を分岐する分岐部３６（図２参照）として機能することになる。また、光ファイバ１６は、図３に示すように、コア４０とクラッド４２とを有する。
即ち、本実施の形態に係る光モジュール１０は、Ｖ溝１４が形成されたガラス基板１２と、該ガラス基板１２のＶ溝１４に固定され、かつ、各光ファイバ１６に光分岐機能（スリット２０、フィルタ部材２２等）が設けられた光ファイバアレイ１８と、各光ファイバ１６のクラッド外のうち、少なくとも光分岐機能によって発生した分岐光２６の光路上に屈折率整合を目的とした樹脂（屈折率整合樹脂）４４を介して固着された本実施の形態に係るＰＤアレイ３０と、該ＰＤアレイ３０を実装するためのサブマウント３２とを有する。該サブマウント３２は、ＰＤアレイ３０の実装面がガラス基板１２に対向されて設置されている。
ガラス基板１２に形成されるＶ溝１４の角度は、後にスリット２０を加工する際に光ファイバアレイ１８の各光ファイバ１６に与える負荷を考えると４５°以上が好ましく、逆にフタ無し光ファイバアレイとするため、十分な接着剤量（＝接着強度）の確保のために９５°以下が好ましく、この実施の形態では７０°としている。
光ファイバアレイ１８のガラス基板１２への固定は、まず、光ファイバアレイ１８をＶ溝１４に収容載置し、この状態で固定用接着剤（紫外線硬化型接着剤）４６（図１参照）を塗布し、光ファイバアレイ１８の裏面並びに上方から紫外線を照射して、前記固定用接着剤４６を本硬化させることにより行う。
スリット２０の傾斜角度α（図２参照）、即ち、鉛直面とのなす角は、１５°〜２５°であることが好ましい。傾斜角度αが小さすぎると、フィルタ部材２２からの分岐光２６の広がりが大きくなりすぎてしまい、多チャネルに適用した場合に、クロストークの悪化を招くおそれがある。一方、傾斜角度αが大きすぎると、フィルタ部材２２からの分岐光２６の偏光依存性が大きくなり、特性の劣化につながるおそれがあるからである。
フィルタ部材２２は、図３に示すように、石英基板４８と、該石英基板４８の主面に形成された分岐用の多層膜５０とを有する。フィルタ部材２２の材料は、該フィルタ部材２２のハンドリング等を考慮した場合、プラスチック材料、高分子材料、ポリイミド材料でもよいが、スリット２０の傾斜角度αが１５°〜２５°と大きいので、屈折により透過側の光軸がずれることを抑えるために光ファイバ１６（石英）と同じ屈折率の材料が好ましい。
また、スリット２０内における該スリット２０とフィルタ部材２２との隙間に紫外線硬化樹脂（接着剤）５２が充填されている。該樹脂５２には、その屈折率が、光ファイバ１６のコア４０の屈折率やフィルタ部材２２の石英基板４８の屈折率とほぼ同じになるように、シリコーン系の樹脂を用いた。
本実施の形態に係るＰＤアレイ３０の構造は、図２に示すように、裏面入射型を採用した。即ち、このＰＤアレイ３０は、光透過性の基体５４と、該基体５４の表面に形成された複数（チャンネル数に応じた数）の前記受光領域２８とを有する。
受光領域２８の上部（サブマウント３２側）はＡｕ半田や電極又は銀ペーストではなく異方性導電ペースト５６とした。この部分はＡｕ等のように反射率の高い材質ではなく、異方性導電ペースト５６や空気等のように反射率の低い状態であることがクロストークの観点から好ましい。もちろん、ＰＤアレイ３０として、表面入射型のＰＤアレイを使用してもよい。
ＰＤアレイ３０の受光領域２８の大きさはφ４０〜８０μｍであることが望ましい。本実施の形態では約φ６０μｍとした。φ４０μｍ未満の場合、受光領域２８の大きさが小さすぎるために受光効率の低下が懸念される。φ８０μｍ以上の場合、迷光を拾い易くなるためにクロストーク特性が悪化するおそれがある。
また、サブマウント３２の取付け構造は、光ファイバアレイ１８−ＰＤアレイ３０−サブマウント３２という構成を採用した。光ファイバアレイ１８−サブマウント３２−ＰＤアレイ３０という構成も取り得るが、この場合、サブマウント３２が光ファイバアレイ１８とＰＤアレイ３０間に存在してしまうため、分岐光２６の光路長が長くなり、分岐光２６の広がりが大きくなってしまい、受光効率やクロストークの観点で好ましくないからである。なお、サブマウント３２の構成材料はＡｌ2Ｏ3とした。
光ファイバアレイ１８−ＰＤアレイ３０−サブマウント３２の構成の場合、ＰＤアレイ３０を表面入射の状態とすると、表面からサブマウント３２への導通のためにはワイヤボンディングが必要となる。この場合、ワイヤボンディングのために１００μｍ程度は空間が必要となる。この空間は、光ファイバ１６（石英）との屈折率整合や信頼性という意味で屈折率整合樹脂４４で埋める必要がある。つまり、表面入射の場合、１００μｍもの屈折率整合樹脂４４が光路に存在することになり、この屈折率整合樹脂４４がＰＤＬ（偏波依存性）や波長依存性等の特性に不安定性を招く。また、ボンディングワイヤには、通常Ａｕ等の金属を用いるため、そこに光が当ると光が散乱し、迷光になるおそれもある。
一方、裏面入射の場合、理論的には光ファイバ１６にＰＤアレイ３０を接することも可能である。ＰＤアレイ３０と光ファイバ１６が接することは、物理的な欠陥を招くおそれがあるので１０μｍ程度の空間（間隔）をあけ、この空間に屈折率整合樹脂４４を充填すればよい。
また、ＰＤアレイ３０は、受光領域２８側（サブマウント３２側）にアノード電極、カソード電極が配置されており、サブマウント３２には共通のカソード電極と各チャネルのアノード電極がＡｕ電極パターン５８でパターニングされている。
各チャネルのアノード電極及びカソード電極に対応する部分にＡｕバンプ６０を設け、受光領域２８の部分には異方性導電ペースト５６を充填した。Ａｕバンプ６０を設けることで確実な導通を図ることができるほか、受光領域２８とサブマウント３２の電極間距離を離すことができるため、この部分の反射・散乱による迷光を小さくすることができる。異方性導電ペースト５６は熱を加えることにより、異方性導電ペースト５６内にある銀等の導電物質がＡｕバンプ６０のような導電性のものに集まる性質がある。これにより、Ａｕ電極パターン５８との間にのみ導電性をもたらすのである。
また、サブマウント３２の実装面には、光ファイバアレイ１８とＰＤアレイ３０とのギャップを決定するためのスペーサ３４が例えば紫外線硬化型接着剤にて固着されている。
そして、本実施の形態に係るＰＤアレイ３０は、図３に示すように、基体５４の裏面に特性劣化防止のコーティング膜７０が形成されている。このコーティング膜７０としては、２つ以上の膜が積層されて構成されていることが好ましい。
ここで、本実施の形態に係るＰＤアレイ３０のいくつかの具体例について図４〜図１０を参照しながら説明する。
まず、第１の具体例に係るＰＤアレイ３０Ａは、代表的に１チャネルに対応した部分のみを示すと、図４に示すように、特性劣化防止のコーティング膜７０として、ＰＤアレイ３０Ａの基体５４の裏面に反射防止用の多層膜７２が形成されている。具体的には、基体５４の裏面に屈折率整合樹脂４４の存在による特性劣化を防止するための膜７６を形成し、更に、該膜７６の端面に反射防止用の多層膜７２を積層するようにしている。ここで、前記膜７６は、耐湿用の膜７６であってもよい。
図１１に示す従来例のように、分岐光１０８の入射面に単層膜１０６を形成した場合、前記入射面に分岐光１０８が斜めに入射すると、分岐光１０８の偏光状態によって受光領域１０４から出力される検出電流が変動することとなる。即ち、偏光依存性が大きい。
しかし、この第１の具体例では、図４に示すように、基体５４の裏面に反射防止用の多層膜７２を形成するようにしたので、斜めに入射される分岐光２６に対して予想される角度に合わせて多層膜７２の膜質や膜厚等を設計することが可能となる。その結果、斜めに入射される分岐光２６の偏光状態をコントロールすることができ、検出電流の変動を抑えることができる。これは、偏光依存性の低減につながる。
光の入射面に多層膜７２を形成する場合、多層膜７２の形成条件によっては、ポーラスが形成される場合がある。このような場合、水分が多層膜７２を通り抜けて基体５４等に到達し、ＰＤアレイ３０Ａの特性劣化（リーク電流の増加、暗電流の増加等）を引き起こすおそれがある。そこで、この第１の具体例のように、コーティング膜７０を耐湿用の膜７６と反射防止用の多層膜７２とを積層して構成することで、耐湿性に優れ、かつ、分岐光２６の偏光状態に依存することなく、安定に検出電流を取り出すことができる。
また、光の入射面に少なくとも屈折率整合樹脂４４を形成する場合、水分を吸着する樹脂を用いることが考えられる。その場合、多層膜７２のみでは、水分の浸入を防ぐことができず、ＰＤアレイ３０Ａの特性劣化（リーク電流の増加、暗電流の増加等）を引き起こすおそれがある。そこで、この第１の具体例のように、コーティング膜７０を前記屈折率整合樹脂４４の存在による特性劣化を防止するための膜７６と反射防止用の多層膜７２とを積層して構成することで、耐湿性に優れ、かつ、分岐光２６の偏光状態に依存することなく、安定に検出電流を取り出すことができる。
次に、第２の具体例に係るＰＤアレイ３０Ｂは、代表的に３チャネルに対応した部分のみを示すと、図５に示すように、コーティング膜７０の端面に１以上の光遮蔽マスク７８（以下、単にマスクと記す）が形成されている。特に、これらマスク７８は、コーティング膜７０の端面のうち、コーティング膜７０に対して斜めに入射する分岐光２６を考慮した位置に形成されている。
偏光依存性と共にＰＤアレイ３０Ｂの出力電流の特性として重要なファクタがクロストークである。クロストークの原因の１つとして迷光が挙げられる。迷光は、ＰＤアレイ３０Ｂの受光領域２８以外に光が入射し、反射、散乱を繰り返して隣接する受光領域２８、あるいは他の受光領域２８に入射し、クロストークとなる。
迷光を防ぐ有効な手段は、図６に示す第１の比較例に係るＰＤアレイ８０のように、分岐光２６の入射面にマスク７８を形成して分岐光２６の入射を制限し、ＰＤアレイ８０内に入射する分岐光２６を受光領域２８で受けて電流（検出電流）に変換し、受光領域２８以外の場所に光を入射させないという方法が挙げられる。通常、マスク７８は受光領域２８に対応した位置に設置される。
しかし、裏面入射型の場合、コーティング膜７０の端面から受光領域２８までに距離があるため、第１の比較例に係るＰＤアレイ８０のように、コーティング膜７０の端面のうち、受光領域２８の真下の部分に窓８２が形成されるようにマスク７８を形成したとしても、斜めに入射する分岐光２６に対しては、依然、受光領域２８に到達しない光が発生し、迷光８４となる場合がある。また、受光領域２８に入るべきであった光がマスク７８で遮断されてしまい、効率の低下にもつながる。
一方、この第２の具体例に係るＰＤアレイ３０Ｂにおいては、図５に示すように、マスク７８を、斜めに入射する分岐光２６を考慮した位置に形成するようにしている。つまり、オフセットを設けるようにしている。例えば、受光領域２８の中心部から真下に延ばした線を基準線ｍとすると、マスク７８の窓８２の中心線ｎが基準線ｍよりも分岐部３６（図２参照）寄りに所定距離ｄ（例えば５０μｍ）程度ずらした位置にくるようにマスク７８を形成する。これにより、迷光８４の発生をほとんどなくすことができ、クロストークを改善することができると共に、受光領域２８での受光効率等を向上させることができる。
次に、第３の具体例に係るＰＤアレイ３０Ｃは、図７に示すように、基体５４に形成された各受光領域２８に対応してそれぞれカソード電極９１とアノード電極９２とが形成されて構成されている。
ＰＤアレイ３０Ｃの出力電流ｉの特性に影響を与えるファクタとして、上述の光学的なクロストークのほかに、電気的なクロストークも挙げられる。つまり、基体５４に複数の受光領域２８が形成されている場合に、例えば図８に示す第２の比較例に係るＰＤアレイ９０に示すように、各受光領域２８に対して共通にカソード電極９１が接続されることから、各受光領域２８にて発生した電荷の一部が漏れ電流ｉｄとして、隣接する受光領域２８や他の受光領域２８を介してアノード電極９２に流れてしまい、電気的なクロストークとなる。
しかし、この第３の具体例に係るＰＤアレイ３０Ｃでは、図７に示すように、前記受光領域２８のそれぞれがアノード電極９２とカソード電極９１とを有することから、電気的なクロストークを抑えることができる。これは低抵抗の電極（例えばＡｕ）がカソードに繋がれることにより、発生したキャリアが隣接チャネルのカソードに漏れることなく、低抵抗のＡｕ電極に引っ張られるため、クロストークの減少を実現する。
また、他の構成例としては、図９に示す第４の具体例に係るＰＤアレイ３０Ｄのように、基体５４のうち、受光領域２８間にそれぞれスリット８５を設けるようにしてもよい。この場合、各受光領域２８に対応してカソード電極９１とアノード電極９２が形成されることとなる。
この第４の具体例に係るＰＤアレイ３０Ｄでは、受光領域２８間にスリット８５を設けて物理的に分離するようにしたので、漏れ電流ｉｄの経路が分断されることから、各チャネルの検出電流ｉがそれぞれ対応するアノード電極９２に流れ、上述のような電気的なクロストークを防ぐことができる。しかも、隣接する受光領域２８や他の受光領域２８に迷光８４が進入することもなくなるため、迷光８４によるクロストークも改善させることができる。
次に、第５の具体例に係るＰＤアレイ３０Ｅは、図１０に示すように、複数の基体５４Ａ、５４Ｂ及び５４Ｃがそれぞれ所定の間隔を置いて配列され、各基体５４Ａ、５４Ｂ及び５４Ｃにそれぞれ１つの受光領域２８が形成されている。
この場合も、漏れ電流ｉｄの経路が分断されることから、上述のような電気的なクロストークを防ぐことができ、しかも、隣接する受光領域２８や他の受光領域２８に迷光が進入することもなくなるため、迷光によるクロストークも改善させることができる。
本実施の形態に係る光モジュール１０の実施例について説明する。先ず、実施例に係る光モジュールに使用するガラス基板１２を研削加工にて作製した。ガラス基板１２の材料として、ホウケイ酸ガラス（ここでは特にパイレックス（登録商標）ガラス材料）を使用した。このガラス基板１２に角度７０°のＶ溝１４を１２本研削加工にて形成した。
次に、光ファイバアレイ１８の組み立てを行った。光ファイバアレイ１８は２５０μｍピッチの１２芯テープ心線を用いた。１２芯テープ心線を、途中の被覆除去部（中剥き部）が１２ｍｍになるように中剥きし、ガラス基板１２のＶ溝１４へ載置し、固定用接着剤４６にて固定した。
次に、光ファイバアレイ１８に対するスリット２０の加工を行った。スリット２０は、幅３０μｍ、深さ２００μｍ、傾斜角度αは２０°とした。
次に、フィルタ部材２２の製作を行った。石英基板４８に例えば酸化タンタル、石英、アルミナ、酸化チタン等から任意に選ばれた多層膜５０を蒸着により形成し、多層膜５０が形成された石英基板４８を厚さ２０μｍ、長さ５ｍｍ、幅２００μｍの形状に加工してフィルタ部材２２を作製した。傾斜設計は２０°、分岐比率は透過９０％、反射１０％とした。
その後、フィルタ部材２２をスリット２０内へ挿入し、光ファイバ１６のコア４０とほぼ同等の屈折率（光ファイバ１６のコア４０の屈折率の±０．１程度の屈折率）をもつ樹脂５２をスリット２０内における該スリット２０とフィルタ部材２２との隙間に充填して、フィルタ部材２２の実装を行った。樹脂５２にはシリコーン系樹脂を用いた。樹脂５２の充填後、該樹脂５２を硬化させた。
その後、ＰＤアレイ３０のサブマウント３２への実装を行った。ＰＤアレイ３０のチャネル数は１２ｃｈとし、寸法は、高さ１５０μｍ、幅４２０μｍ、長さ３ｍｍとした。
ＰＤアレイ３０の構造は、本実施の形態に係る光モジュール１０と同様に、裏面入射型を採用した。受光領域２８の上部（サブマウント３２側）は異方性導電ペースト５６を充填した。
具体的には、ＰＤアレイ３０は、１２チャネルのＰＩＮフォトダイオードを用いた。受光領域２８の径は６０μｍ、受光領域２８の配列ピッチは２５０μｍ、基体５４の厚みは１５０μｍ、アノード電極及びカソード電極には、それぞれ厚みが３０μｍのＡｕバンプ６０を用いた。
そして、ＰＩＮフォトダイオードの裏面に、耐湿用の膜７４として屈折率１．９３のＳｉＮ膜を厚み２００ｎｍ程度堆積させた。このＳｉＮ膜は、ＰＤアレイの耐湿性等を向上させ、保護するものであり、厚みは５０ｎｍ以上あればよい。その後、ＰＩＮフォトダイオードをアレイ状に切断して、ＰＤアレイ３０とした後、該ＰＤアレイ３０をアルミナのサブマウント３２に銀ペーストを用いて実装した。
その後、ＰＤアレイ３０の端面（耐湿用の膜７４の端面）上に反射防止用の多層膜７２を形成した。反射防止用の多層膜７２は、分岐光２６の入射角（鉛直線とのなす角）を４０〜５０°で想定し、ＳｉＮの屈折率、膜厚を考慮し、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2、Ｔａ4Ｏ5の多層膜７２とした。
上述したＰＩＮフォトダイオードをアレイ状に切断してＰＤアレイ３０としたとき、ＰＤアレイ３０の側面は何も保護されていないため、上述のように、ＰＤアレイ３０とした後に、多層膜７２を形成することで、該多層膜７２が保護層の役目も果たすため好ましい。
その後、ＰＤアレイ３０の端面（多層膜７２の端面）上にＡｕ膜を選択的にスパッタし、Ａｕによるマスク７８を形成した。このとき、分岐光２６の入射角（鉛直線とのなす角）を４０〜５０°で想定し、マスク７８の窓８２の開口径を８０μｍ、窓８２の中心線ｎを受光領域２８の基準線ｍ（図７参照）から分岐部３６寄りに約５０μｍ程度のオフセットを設けて、マスク７８を形成した。
その後、ＰＤアレイ３０をチャネル毎に分離した。この分離は、ＰＤアレイ３０を２５０μｍピッチで切断を行い、チャネル毎の分離幅は３０μｍとし、深さは基体５４が完全に分離できる深さ（この実施例では１５０μｍ以上）とした。もちろん、ＰＤアレイ３０は、チャネル毎に分離されても、サブマウント３２に実装された状態を維持している。なお、ＰＤアレイ３０のサブマウント３２への実装前に、ＰＤアレイ３０をチャネル毎に分離し、その後、チャネル毎にサブマウント３２に並べて実装するようにしてもよい。
次に、ＰＤアレイ３０の調心を行った。具体的には、サブマウント３２に光ファイバアレイ１８とＰＤアレイ３０とのギャップを決定するためのスペーサ３４を取り付けた。
スペーサ３４の構成材料はホウケイ酸ガラス、この場合、特にパイレックス（登録商標）ガラス材料とした。また、ギャップ長は１０μｍに設定した。つまり、Ａｕバンプ６０も含めＰＤアレイ３０の厚みが１９０μｍなので、スペーサ３４を２００μｍとした。
そして、分岐光２６の光路となる光ファイバ１６の上部に必要量の屈折率整合樹脂４４（スリット２０内に充填した樹脂５２と同じ材質の樹脂）を塗布した。ＰＤアレイ３０のアライメントは、光ファイバアレイ１８の両端のチャネルに光を入射し、分岐光２６のＰＤ受光パワー（両端チャンネルに対応する受光領域２８での受光パワー）が最大になるように、アクティブアライメントにて行った。このときのＰＤ受光パワーのモニタは、両端チャネルに対応する受光領域２８からの出力を、サブマウント３２にプローブを当て、電流値を見ながら行った。もちろん、予め分岐光２６の出射する位置を計算によって求めておき、その位置が容易に判別できるようにアライメントマークを形成し、該アライメントマークに合わせてＰＤアレイ３０をアライメント（パッシブアライメント）するようにしてもよい。
その後、紫外線によりＰＤアレイ３０を光ファイバアレイ１８上に固定した。この段階で、実施例に係る光モジュールが完成する。最後に、実施例に係る光モジュールをパッケージに実装し、製品とした。
そして、実施例に係る光デバイスの測定評価を実施した。分岐光２６の偏光依存性は各チャネルで０．２ｄＢ未満と良好であり、クロストークも４０ｄＢ以上と良好な結果を得た。
なお、本発明に係る光素子及び光モジュールは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
Claims (6)
- 光透過性の基体（５４）の表面に１以上の受光領域（２８）が形成され、前記基体（５４）の裏面側に少なくとも屈折率整合を目的とした樹脂（４４）が形成され、前記基体（５４）の裏面側に対して光（２６）が斜め方向に入射される光素子であって、
前記基体（５４）の裏面に特性劣化防止のコーティング膜（７０）が形成され、
前記コーティング膜（７０）は、前記樹脂（４４）の存在による特性劣化を防止するための膜（７６）と、反射防止用の多層膜（７２）とが積層されて構成され、
前記樹脂（４４）の存在による特性劣化を防止するための膜（７６）は、耐湿用の膜であることを特徴とする光素子。 - 請求項１記載の光素子において、
前記コーティング膜（７０）の端面に１以上の光遮蔽マスク（７８）を有し、
前記光遮蔽マスク（７８）は、前記コーティング膜（７０）に対して斜めに入射する前記光（２６）を考慮した位置に形成されていることを特徴とする光素子。 - 請求項１又は２記載の光素子において、
前記基体（５４）に２以上の受光領域（２８）が形成され、
前記受光領域（２８）のそれぞれがアノード電極（９２）とカソード電極（９１）とを有することを特徴とする光素子。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光素子において、
前記基体（５４）に２以上の受光領域（２８）が形成され、
前記基体（５４）は、前記受光領域（２８）間にスリット（８５）を有することを特徴とする光素子。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光素子において、
複数の前記基体（５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ）がそれぞれ所定の間隔を置いて配列され、
前記各基体（５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ）にそれぞれ１つの受光領域（２８）が形成されていることを特徴とする光素子。 - 光分岐機能が設けられた１以上の光伝達手段（１６）と、
前記光伝達手段（１６）の上方で、かつ、前記光伝達手段（１６）の少なくとも前記光分岐機能によって発生した分岐光（２６）の光路上に樹脂（４４）を介して固着された光素子（３０）とを有する光モジュールにおいて、
前記光素子（３０）は、光透過性の基体（５４）と、該基体（５４）の表面に形成された１以上の受光領域（２８）と、前記基体（５４）の裏面に形成された特性劣化防止のコーティング膜（７０）とを有し、前記基体（５４）の裏面側に対して光（２６）が斜め方向に入射される光素子であって、
前記コーティング膜（７０）は、前記樹脂（４４）の存在による特性劣化を防止するための膜（７６）と、反射防止用の多層膜（７２）とが積層されて構成され、
前記樹脂（４４）の存在による特性劣化を防止するための膜（７６）は、耐湿用の膜であることを特徴とする光モジュール。
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