JP4338036B2

JP4338036B2 - 光モジュール

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Publication number: JP4338036B2
Application number: JP2004347406A
Authority: JP
Inventors: 真弘上川; 毅高森; 浩紀佐々木
Original assignee: Oki Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2024-11-30
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Description

本発明は，光モジュールに関し，特に，単一の光ファイバを伝搬する２つ以上の異なる波長の光信号の送受信を行うのに好適な光送受信モジュールに関するものである。

光通信の分野，特にファイバトゥザホーム（ＦＴＴＨ）において，１本の光ファイバに波長の異なる２種の光信号を双方向に伝搬させて通信を行う一芯双方向通信方式が普及してきている。例えば，異なる２種の波長の光を１本の光ファイバにいれて双方向通信を行う方式がある。

そのような一芯双方向通信方式においては，例えば一本の光ファイバの一端のＡ点において送信用の波長λ１の光信号を発信し，光ファイバの他端のＢ点においてλ１と異なる波長λ２の信号を発信する。そして，Ｂ点ではＡ点から送られた波長λ１の光信号を受信し，同じようにＡ点ではＢ点から送られた波長λ２の光信号を受信することになる。光ファイバ中は波長λ１と波長λ２の光信号がお互いに逆方向に伝搬するため，光ファイバの両端には通常，それぞれの波長を識別分離する機能を有する波長分波器が設置される。

図１９は上記方式を実現するための構成を示す概略図である。図１９に示す例では一本の光ファイバ１のＡ点側の一端に波長分波器２ａが結合され，波長分波器２ａにはレーザダイオード（Laser Diode，以下，ＬＤと略す）３ａ，フォトダイオード（Photo Diode，以下，ＰＤと略す）４ａが結合されている。また，光ファイバ１のＢ点側の一端には波長分波器２ｂが結合され，波長分波器２ｂにはＬＤ３ａ，ＰＤ４ｂが結合されている。ＬＤ３ａから発した波長λ１の光は波長分波器２ａを通過し波長分波器２ｂで分波されてＰＤ４ｂに入射する。同様にＬＤ３ｂから発した波長λ２の光は波長分波器２ｂを通過し波長分波器２ａで分波されてＰＤ４ａに入射する。

このような分波機能を有し，光信号の送信機能と受信機能とを一体化した送受信モジュールは，例えば各家庭やオフィスにおいて使用される場合があるため小型で低価格な送受信モジュールを提供することが光通信の普及には重要となる。

図２０を用いて従来例に係る一芯双方向光通信用の送受信モジュールについて説明する（非特許文献１参照。）。このモジュールでは，直方体のハウジング２０の内部に波長選択性を有する波長フィルタ２１が固定され，ハウジング２０の外壁に光ファイバ２７，ＬＤ２２，ＰＤ２３が固定され，これらに光ファイバ用レンズ２４，ＬＤ用レンズ２５，ＰＤ用レンズ２６がそれぞれ固定されている。

ＬＤ２２から出射された波長λ１の光信号は，レンズ２５により平行ビームに変換され，波長フィルタ２１によって９０度反射され，光ファイバ用レンズ２４により光ファイバ２７へ集光され伝搬される。一方，光ファイバ２７を伝搬してきた波長λ２の光信号は，光ファイバ用レンズ２４により平行ビームに変換され，波長フィルタ２１を透過して，ＰＤ用レンズ２６によってＰＤ２３へ集光される。このような構成により，一芯双方向光通信用の送受信モジュールとしての機能が発揮される。

「レセプタクル形双方向波長多重光モジュールＩ」，小楠正大，他２名，１９９６年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会，Ｃ−２０８，ｐ２０８

しかしながら，上記従来例のような構成では，光軸を合わせるために光ファイバ２７，ＬＤ２２，ＰＤ２３，光ファイバ用レンズ２４，ＬＤ用レンズ２５，ＰＤ用レンズ２６の各部品を精密に位置決めしなければならず，作製コストの低減や量産化の実現にあたり多大な困難を有するという問題がある。

本発明は，従来の光モジュールが有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の目的は，高精度な実装が可能であるとともに，生産性を向上させることができ，さらにモジュールの小型化を図ることの可能な，新規かつ改良された光モジュールを提供することである。

上記課題を解決するため，本発明によれば，第１の方向にエッチング形成された第１の溝構造（１１０ａ）と第１の方向と９０度をなす第２の方向にエッチング形成された第２の溝構造（１１０ｂ）とを有する基板（１１０）と；基板上に配置され，波長に応じて光を透過または９０度反射する，キューブ型の波長分波器（１５０）と；第１の溝構造に配置された発光素子側シリコン製マイクロレンズ（１４０ａ）と；第２の溝構造に配置された受光素子側シリコン製マイクロレンズ（１４０ｂ）と；第１の溝構造の端部近傍に配置され，光を発光し，発光素子側シリコン製マイクロレンズおよび波長分波器を介して外部への出射光とするための発光素子（１２０）と；第２の溝構造の端部近傍に配置され，外部からの入射光を，波長分波器および受光素子側シリコン製マイクロレンズを介して受光する受光素子（１３０）と；を備えており、発光素子から発光された光は、発光素子側シリコン製マイクロレンズで平行光に変換され、外部からの入射光は、波長分波器により分波され、分波された光は、受光素子側シリコン製マイクロレンズにより集光されて受光素子に入射されることを特徴とする，光モジュールが提供される。

かかる光モジュールによれば，単一の基板上に異なる波長を用いる２つの光学素子を実装するにあたり，基板にエッチングで形成した位置合わせ用の溝構造を設け，この溝構造にシリコン製マイクロレンズを配置した。また，波長分波器として，キューブ型のものを採用した。このようにして，光モジュールの小型化を図ることができる。

さらに，同一の基板上に，発光素子，受光素子，シリコン製マイクロレンズ，および波長分波器を一括して実装できる（例えば，自動実装器にて実装できる）ため，実装時における光学アライメントの時間が不要となる。このため，量産性を格段に向上させることができ，モジュール価格の低減が可能である。

本発明の光モジュールにおいて，以下のような応用が可能である。ただし，本発明はこれに限定されるものではない。

波長分波器および受光素子側シリコン製マイクロレンズを介した入射光は，第１の溝構造の端部で反射されて，受光素子に受光される構成としてもよい。かかる構成によれば，受光素子の受光面を下面に設けた面入射型の受光素子を用いることができる。面入射型の受光素子は，端面入射型の受光素子と比較して価格が低いため，価格の低減を図ることが可能である。また、受光素子側シリコン製マイクロレンズは，入射光の角度を第２の溝構造の深さ方向に傾けつつ入射光を集光させてもよい。そして、受光素子は，受光素子側シリコン製マイクロレンズにより傾けつつ集光されて第１の溝構造の端部で反射した入射光を受光する面反射型であってもよい。

基板と受光素子との間に挿入された光透過性基板（３６０）をさらに備え，入射光は，波長分波器，受光素子側シリコン製マイクロレンズ，および光透過性基板を介して，受光素子に受光される構成としてもよい。かかる構成によれば，発光素子と受光素子が同一基板上に実装されたときに危惧される電気のクロストークについても改善される。

光透過性基板の一の面にバンドパスフィルタ（４６０ａ）が形成されている構成としてもよい。かかる構成によれば，目的の波長以外の光，例えば発光素子からの出射光（例えば，波長１．３μｍ）あるいは外部ネットワークからの別の波長の光（例えば，波長１．５５μｍ）による光のクロストークの問題についても改善される。

受光素子側シリコン製マイクロレンズの一の面にローパスフィルタ（５４５）が形成され，光透過性基板の一の面にハイパスフィルタ（５６０ａ）が形成されている構成としてもよい。かかる構成によれば，バンドパスフィルタの代わりに，ハイパスフィルタとローパスフィルタに分けることでフィルタの歩留が高くなり，部材の実装コストが新たにかからないため，フィルタ価格が低減できる。

波長分波器の一の面にローパスフィルタ（６５０ａ）が形成され，光透過性基板の一の面にハイパスフィルタ（６６０ａ）が形成されている構成としてもよい。かかる構成によれば，光透過性基板の一の面にハイパスフィルタを形成しているため，別部材としての実装費がかからない。さらに基板サイズも全く同じサイズで可能となり，小型モジュールとすることができる。このモジュールサイズは約２ｍｍ角と非常に小さいことから，ＣＡＮやｍｉｎｉ−ＤＩＬ，バタフライパッケージなどパッケージのサイズに限定されることがない。

光透過性基板の少なくとも一の面に反射防止部材が形成されている構成としてもよい。例えば，光の干渉を利用して反射防止効果を得ることができるＡＲコートを，光透過性基板の少なくとも一の面に形成することが可能である。

発光素子側シリコン製マイクロレンズおよび受光素子側シリコン製マイクロレンズには回折光学素子が形成されている構成としてもよい。かかる構成によれば，シリコン製マイクロレンズに回折光学素子を形成することにより，通常のレンズと同様に光を集光する機能を有するほか，光を自在に曲げることも可能である。従って，上述のように受光面を下面に設けた受光素子などへの応用が可能であり，光モジュールの設計の自在性が高まる。

発光素子側シリコン製マイクロレンズおよび受光素子側シリコン製マイクロレンズは，シリコン製マイクロレンズからなる構成としてもよい。かかる構成によれば，シリコン製マイクロレンズをシリコンで作製したシリコン製マイクロレンズとすることにより，エッチングにより高精度に作製できる，一度に大量に作製できる，従来のボールレンズに比べて小型化を図ることができるなどの利点がある。なお，本明細書におけるシリコン製マイクロレンズの構成例としては，例えば特開２００２−３２８２０４号公報に開示のものを採用することができる。また，シリコン製マイクロレンズの他の素材としては，例えば石英でシリコン製マイクロレンズを作製することも可能である。

出射光および入射光の方向に形成された第３の溝構造と，第３の溝構造に配置された外部側レンズ素子（７４０ｃ）と，をさらに備えた構成としてもよい。かかる構成によれば，外部ネットワーク側に設けるレンズ素子についても，溝構造に配置することで，他の構成部材と一括して実装することができる。このため，より一層のコストダウンが図れる。また，この外部側レンズ素子の裏面や，波長分波器の外部側レンズ素子側の側面にも，フィルタをつけることが可能なため，光のクロストークの問題も改善される。

外部側レンズ素子には回折光学素子が形成されている構成としてもよい。かかる構成によれば，レンズ素子に回折光学素子を形成することにより，通常のレンズと同様に光を集光する機能を有するほか，光を自在に曲げることも可能である。従って，上述のように受光面を下面に設けた受光素子などへの応用が可能であり，光モジュールの設計の自在性が高まる。

外部側レンズ素子は，シリコン製マイクロレンズからなる構成としてもよい。かかる構成によれば，レンズ素子をシリコンで作製したシリコン製マイクロレンズとすることにより，エッチングにより高精度に作製できる，一度に大量に作製できる，従来のボールレンズに比べて小型化を図ることができるなどの利点がある。なお，レンズ素子の他の素材としては，例えば石英でレンズ素子を作製することも可能である。

発光素子から発光された光は，発光素子側レンズ素子で平行光に変換される構成としてもよい。

なお上記において，構成要素に付随して括弧書きで記した参照符号は，理解を容易にするため，後述の実施形態および図面における対応する構成要素および信号を一例として記したに過ぎず，本発明がこれに限定されるものではない。

以上のように，本発明によれば，単一の基板上に異なる波長を用いる２つの光学素子を実装するにあたり，基板にエッチングで形成した位置合わせ用の溝構造を設け，この溝構造にレンズ素子を配置した。また，波長分波器として，キューブ型のものを採用した。このようにして，光モジュールの小型化を図ることができる。

さらに，同一の基板上に，発光素子，受光素子，レンズ素子，および波長分波器を一括して実装できる（例えば，自動実装器にて実装できる）ため，実装時における光学アライメントの時間が不要となる。このため，量産性を格段に向上させることができ，モジュール価格の低減が可能である。

以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかる光モジュールの好適な実施形態について詳細に説明する。なお，本明細書および図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。図１，図２は，本実施形態にかかる光モジュールの概略構成を示す説明図であり，図１は斜視図，図２は平面図である。

本実施形態にかかる光モジュール１００は，図１，図２に示したように，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂを有する基板１１０上に，発光素子の一例としてレーザダイオード（Laser Diode，以下，ＬＤという）１２０と，受光素子の一例としてフォトダイオード（Photo
Diode，以下，ＰＤという）１３０と，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂと，波長分波器１５０を実装して構成されている。以下，各構成要素について詳細に説明する。

（基板１１０）
基板１１０には，例えばプラットフォームとして加工技術の成熟してあるシリコン基板を採用することができる。基板１１０の上面には，図１，図２に示したように，横断面形状がＶ字形状であるＶ溝１１０ａ，１１０ｂが形成されている。また，基板１１０の上面には，後述のＬＤ１２０，ＰＤ１３０，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂ，および波長分波器１５０が実装されている。なお，図１に示した一例では，このほかにも，横断面形状が凹字である凹溝１１０ｃ，素子などが何も配置されていない面１１０ｄ，後述の波長分波器１５０を配置するための段差１１０ｅ，電極パッド１１２等が形成されているが，これら部分の形状や用途等は任意に設計変更可能である。

（Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂ）
Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂは，基板１１０をエッチングすることにより形成され，シリコンの（１１１）面群を斜面に持つような構成で精密に作製されている。Ｖ溝１１０ａはＬＤ１２０側に形成され，Ｖ溝１１０ｂはＰＤ１３０側に形成されている。Ｖ溝１１０ａの延在する方向とＶ溝１１０ｂの延在する方向とは，９０度をなすように形成されている。Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂの断面形状等については，さらに後述する。

（波長分波器１５０）
波長分波器１５０は，図１，図２に示したように，基板１１０の凹部に配置されている。本実施形態では，波長分波器１５０として，キューブ型の誘電体フィルタを採用する。波長分波器１５０は，波長に応じて，光を透過または９０度反射する。本実施形態では，波長分波器１５０は，ＬＤ１２０から発光する光（例えば，波長１．３μｍの光）を透過し，外部から入射される光（例えば，波長１．５５μｍの光）を９０度反射してＰＤ１３０に入射する。

波長分波器１５０としてキューブ型の誘電体フィルタを採用することにより，図２０に示した従来の波長フィルタ２１に比べて，位置合わせが容易であるという利点がある。また，位置合わせが容易であることから，光の反射面を必要以上に大きくする必要がなく，結果的にサイズを小型化することができる。

（レンズ素子１４０ａ，１４０ｂ）
本実施形態では，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂとしてシリコン製マイクロレンズを採用している。レンズ素子１４０ａ，１４０ｂは，図３に示したように，一方の面にレンズ部１４２が形成されている。このレンズ部１４２には，例えば１１０μｍの直径を有する回折光学素子が形成されている。レンズ部１４２に回折光学素子を用いることにより，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂはマスクパターンの変更で，光を任意の方向へ容易に曲げることができる。

また，レンズ素子の縁部１４４は，図４に示したように，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂに接合すべき形状として略円弧状に形成されており，その直径は例えば約１２５μｍである。

以上のレンズ素子１４０ａ，１４０ｂの形状は一例に過ぎず，例えば，レンズ部として，直径が５０〜２５０μｍの回折光学素子を形成することも可能である。この場合には，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂの形状も，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂの形状に合わせて調整される。

レンズ素子１４０ａは，図１，図２に示したように，ＬＤ１２０側に設けられている。レンズ素子１４０ａのレンズ部１４２は，ＬＤ１２０からの出射光を平行光に変換し，波長分波器１５０に入射するコリメータレンズとしての機能を有する。

レンズ素子１４０ｂは，図１，図２に示したように，ＰＤ１３０側に設けられている。レンズ素子１４０ｂのレンズ部１４２は，波長分波器１５０により分波された光を集光し，ＰＤ１３０へ入射する集光用レンズとしての機能を有する。

（ＬＤ１２０）
ＬＤ１２０は，光を出射する発光素子であり，図１，図２に示したように，厚み約１５０μｍの略直方体形状からなる。ＬＤ１２０は，Ｖ溝１１０ａの端部近傍に配置されており，光を発光し，発光素子側レンズ素子１４０ａおよび波長分波器１５０を介して外部への出射光とする。

（ＰＤ１３０）
ＰＤ１３０は，光を端面から入射する受光素子であり，図１，図２に示したように，約１５０μｍの略直方体形状からなる。ＰＤ１３０は，Ｖ溝１１０ｂの端部近傍に配置されており，外部からの入射光を，波長分波器１５０および受光素子側レンズ素子１４０ｂを介して受光する。

図５は，Ｖ溝１１０ｂに配置された受光素子側レンズ素子１４０ｂと，ＰＤ１３０との配置関係を示す説明図である。図５に示したように，波長分波器１５０を介して光モジュール１００に取り込まれた光は，レンズ素子１４０ｂを介してＰＤ１３０に取り込まれる。本実施形態では，ＰＤ１３０は端面入射型の受光素子とする。ＰＤ１３０には，光を反射させるための反射面１３５が形成されている。この反射面１３５は，例えば，ＰＤ１３０の一面（図５では底面）に，横断面形状がＶ字形状の溝として形成することができる。ＰＤ１３０の端面１３０ａから取り込まれた光は，ＰＤ１３０内部の反射面１３５で反射されて，受光面１３２に取り込まれる。

図２において未説明の符号１６０は，一般的な２ｍｍ径のボールレンズである。ボールレンズ１６０は，外部からファイバ（図示せず）を介して入射される光を波長分波器１５０に入射するとともに，波長分波器１５０からの光をファイバに結合するためのレンズである。

本実施形態にかかる光モジュール１００は以上のように構成されている。
次いで，光モジュール１００の製造方法について，図６を参照しながら説明する。

まず，基板１１０およびレンズ素子１４０ａ，１４０ｂを作製する。その他のＬＤ１２０，ＰＤ１３０，波長分波器１５０については，予め用意しておく。

＜Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂの形成（ステップＳ１１）＞
基板１１０をエッチングして，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂを実装するためのＶ溝１１０ａ，１１０ｂを形成する（ステップＳ１１）。Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂは，シリコンの（１１１）面群を斜面に持つような構成で精密に形成される。従って，溝部１１０ａの横断面形状は，図４に示したように，５４．７°の角度を有する。この際，必要に応じて，凹溝１１０ｃ，段差１１０ｅも同時にエッチング形成する。

＜ＬＤ１２０，ＰＤ１３０とレンズ素子１４０ａ，１４０ｂとの位置関係を算出（ステップＳ１２）＞
次いで，ＬＤ１２０とレンズ素子１４０ａとの位置関係を算出するとともに，ＰＤ１３０とレンズ素子１４０ｂとの位置関係を算出する（ステップＳ１２）。レンズ素子１４０ａ，１４０ｂは基板１１０の溝部１１０ａに実装されることから，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂの位置は，溝部１１０ａの形状とレンズ素子１４０ａ，１４０ｂの形状とに基づいて正確に算出することができる。

＜レンズ素子１４０ａ，１４０ｂの設計（ステップＳ１３）＞
次いで，ＬＤ１２０とレンズ素子１４０ａとの位置関係の算出結果に応じて，光軸を調整したレンズ素子１４０ａを設計するとともに，ＰＤ１３０とレンズ素子１４０ｂとの位置関係の算出結果に応じて，光軸を調整したレンズ素子１４０ｂを設計する（ステップＳ１３）。

レンズ素子１４０ａ，１４０ｂには，図３に示したように，レンズ部１４２として１１０μｍの直径を有する回折光学素子を形成する。回折光学素子はマスクを用いて，光学基板の所望の個所にエッチング処理を施すことで形成される。レンズ素子１４０ａ，１４０ｂに対応する形状のパターンをフォトマスクパターンとして用いて，ディープエッチング（ＤｅｅｐＥｔｃｈｉｎｇ）などの手法を用いて任意の深さまで掘り下げることにより，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂを作製できる。

また，本実施形態では，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂにシリコン製マイクロレンズを採用しているので，エッチングにより高精度に作製できるのみならず，一度に大量に作製でき，また，従来のレンズ素子（例えば，ボールレンズ等）に比べて小型化を図ることができるなどの利点がある。

＜各構成要素の実装（ステップＳ１４）＞
次いで，波長分波器１５０，光軸が調整されたレンズ素子１４０ａ，１４０ｂ，ＬＤ１２０，ＰＤ１３０を基板１１０上に実装する（ステップＳ１４）。本実施形態では，例えば自動実装器により実装することができ，精密に作製された基板１１０上に各構成要素を単に実装するだけで，高精度な実装が可能であることを特徴とする。

まず，ＬＤ１２０およびＰＤ１３０を，基板１１０の上部からマーカーを用いて高精度に位置決めし，半田などで接合する。

次に，基板１１０に対して，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂを光軸方向に対してはマーカーを用いて位置決めし，図４に示したように，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂに熱硬化性樹脂を用いて接合する。なお，接合用の接着剤としては，熱硬化性樹脂に限らず，ＵＶ硬化型樹脂や半田により接着を行うことができる。

ＬＤ１２０，ＰＤ１３０およびレンズ素子１４０ａ，１４０ｂの実装精度はボンダの精度に依存し，±３μｍでの実装が容易に可能となる。一方，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂの光軸とは垂直方向の精度については，±１μｍでの実装が可能となる。すなわち，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂをＶ溝１１０ａ，１１０ｂに配置することにより，垂直方向の位置合わせが行われ，レンズ部１４２の中心部に位置する光軸がＬＤ１２０の出射点またはＰＤ１３０の入射点に対して配置されることから，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂのＶ溝接合部加工精度およびＶ溝加工精度に依存し，±１μｍでの実装が可能となる。

さらに，波長分波器１５０を基板１１０の段差１１０ｅに配置し，熱硬化性樹脂，もしくはＵＶ硬化型樹脂により固定する。

以上のようにして，光モジュール１００を容易かつ精密に製造することができる。

（第１の実施形態の効果）
以上説明したように，本実施形態によれば，単一の基板１１０上に異なる波長を用いる２つの光学素子（ＬＤ１２０，ＰＤ１２０）を実装するにあたり，基板１１０にエッチングで形成した位置合わせ用の溝構造１１０ａ，１１０ｂを設け，この溝構造１１０ａ，１１０ｂにシリコン製マイクロレンズからなるレンズ素子１４０ａ，１４０ｂを配置した。また，波長分波器１５０として，キューブ型の誘電体フィルタを採用した。このようにして，光モジュールの小型化を図ることができる。

また，同一の基板１１０上に，ＬＤ１２０，ＰＤ１３０，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂ，波長分波器１５０を，自動実装器にて一括して実装できるため，実装時における光学アライメントの時間が不要となる。このため，量産性が格段に向上するので，モジュール価格の低減が可能である。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では，上記第１の実施形態との相違点について説明する。

本実施形態にかかる光モジュール２００は，図７に示したように，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂを有する基板１１０上に，ＬＤ１２０と，ＰＤ２３０と，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂと，波長分波器１５０を実装して構成されている。ＰＤ２３０とレンズ素子２４０ｂ以外の構成要素については，第１の実施形態と実質的に同様であるので，重複説明を省略する。

ＰＤ２３０は，第１の実施形態と異なり，面入射形の受光素子である，そして，図８に示したように，入射面２３２が下に来るようボンディングし，半田などで接合する。

ＰＤ２３０側に設けられるレンズ素子２４０ｂは，第１の実施形態と異なり，波長分波器１５０から入射された光を集光しながら角度を下に向け，Ｖ溝１１０ｂの端部で反射させる。このＶ溝１１０ｂの端部にはあらかじめ反射膜，例えば金を蒸着してある。従って，図８に示したように，反射した光は方向を上へ向けＰＤ２３０の入射面へ入射する。

図９は，レンズ素子２４０ｂのレンズ部１４２の詳細を示す説明図である。図９において，（ａ）は通常のレンズを示しており，（ｂ）は，本実施形態のレンズ部１４２を示している。マスクパターンを変更して，レンズ部１４２を図９（ｂ）に示した形状に作製することで，光を下方向に曲げることができる。

また，以下のようにレンズ部１４２を作製することも可能である。すなわち，図１０に示したように，まず，通常のレンズ１４２’を作製し，レンズ部１４２の形状を作製する際に上方向へオフセットしてエッチング形成することで，図９のレンズ部１４２と同様の形状を作製することが可能である。

本実施形態にかかる光モジュール２００は以上のように構成されている。
次いで，光モジュール２００の製造方法について，図１１を参照しながら説明する。

まず，基板１１０およびレンズ素子１４０ａ，２４０ｂを作製する。その他のＬＤ１２０，ＰＤ２３０，波長分波器１５０については，予め用意しておく。

＜Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂの形成（ステップＳ２１）＞
基板１１０をエッチングして，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂを実装するためのＶ溝１１０ａ，１１０ｂを形成する（ステップＳ２１）。Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂは，シリコンの（１１１）面群を斜面に持つような構成で精密に形成される。従って，溝部１１０ａの横断面形状は，図４に示したように，５４．７°の角度を有する。この際，必要に応じて，凹溝１１０ｃ，段差１１０ｅも同時にエッチング形成する。

＜ＬＤ１２０，ＰＤ２３０とレンズ素子１４０ａ，２４０ｂとの位置関係を算出（ステップＳ２２）＞
次いで，ＬＤ１２０とレンズ素子１４０ａとの位置関係を算出するとともに，ＰＤ２３０とレンズ素子２４０ｂとの位置関係を算出する（ステップＳ２２）。レンズ素子１４０ａ，２４０ｂは基板１１０の溝部１１０ａに実装されることから，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂの位置は，溝部１１０ａの形状とレンズ素子１４０ａ，２４０ｂの形状とに基づいて正確に算出することができる。

＜レンズ素子１４０ａ，２４０ｂの設計（ステップＳ２３）＞
次いで，ＬＤ１２０とレンズ素子１４０ａとの位置関係の算出結果に応じて，光軸を調整したレンズ素子１４０ａを設計するとともに，ＰＤ２３０とレンズ素子２４０ｂとの位置関係の算出結果に応じて，光軸を調整したレンズ素子２４０ｂを設計する（ステップＳ２３）。すなわち，図８に示したように，波長分波器１５０からの光がレンズ素子２４０ｂを介し，さらに溝部１１０ｂの端部１１５で反射してＰＤ２３０の受光面２３２に入射するように，レンズ素子２４０ｂの光軸を調整する。

レンズ素子１４０ａ，２４０ｂには，図３に示したように，レンズ部１４２として１１０μｍの直径を有する回折光学素子を形成する。回折光学素子はマスクを用いて，光学基板の所望の個所にエッチング処理を施すことで形成される。レンズ素子１４０ａ，２４０ｂに対応する形状のパターンをフォトマスクパターンとして用いて，ディープエッチング（ＤｅｅｐＥｔｃｈｉｎｇ）などの手法を用いて任意の深さまで掘り下げることにより，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂを作製できる。

また，本実施形態では，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂにシリコン製マイクロレンズを採用しているので，エッチングにより高精度に作製できるのみならず，一度に大量に作製でき，また，従来のレンズ素子（例えば，ボールレンズ等）に比べて小型化を図ることができるなどの利点がある。

＜各構成要素の実装（ステップＳ２４）＞
次いで，波長分波器１５０，光軸が調整されたレンズ素子１４０ａ，２４０ｂ，ＬＤ１２０，ＰＤ２３０を基板１１０上に実装する（ステップＳ２４）。本実施形態では，例えば自動実装器により実装することができ，精密に作製された基板１１０上に各構成要素を単に実装するだけで，高精度な実装が可能であることを特徴とする。

まず，ＬＤ１２０およびＰＤ２３０を，基板１１０の上部からマーカーを用いて高精度に位置決めし，半田などで接合する。この際，図８に示したように，ＰＤ２３０の入射面２３２が下（基板１１０側）に来るようにボンディングする。

次に，基板１１０に対して，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂを光軸方向に対してはマーカーを用いて位置決めし，図４に示したように，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂに熱硬化性樹脂を用いて接合する。なお，接合用の接着剤としては，熱硬化性樹脂に限らず，ＵＶ硬化型樹脂や半田により接着を行うことができる。

ＬＤ１２０，ＰＤ２３０およびレンズ素子１４０ａ，２４０ｂの実装精度はボンダの精度に依存し，±３μｍでの実装が容易に可能となる。一方，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂの光軸とは垂直方向の精度については，±１μｍでの実装が可能となる。すなわち，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂをＶ溝１１０ａ，１１０ｂに配置することにより，垂直方向の位置合わせが行われ，レンズ部１４２の中心部に位置する光軸がＬＤ１２０の出射点またはＰＤの入射点に対して配置されることから，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂのＶ溝接合部加工精度およびＶ溝加工精度に依存し，±１μｍでの実装が可能となる。

以上のようにして，光モジュール２００を容易かつ精密に製造することができる。

（第２の実施形態の効果）
第１の実施形態と同様に，同一基板１１０上にＬＤ１２０，ＰＤ２３０，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂ，波長分波器１５０とを一括して自動実装器にて実装できるため，光学アライメントの時間が不要となり，モジュール価格の低減ができるうえ，量産性が格段に向上する。さらに，第１の実施形態で用いた端面入射型のＰＤ１３０と比較して面入射型のＰＤ２３０の方が価格が安いため，より一層の価格の低減となる。

なお，本実施形態では，発光素子（ＰＤ２３０）側の応用例について説明したが，本発明はこれに限定されず，発光素子側についても同様に応用可能である。すなわち，ＬＤ１２０から出射された光が，Ｖ溝１１０ａの端部で反射して，波長分波器１５０へ導かれる構成を採用することも可能である。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について説明する。本実施形態では，上記第２の実施形態との相違点について説明する。

本実施形態にかかる光モジュール３００は，図１２に示したように，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂを有する基板１１０上に，ＬＤ１２０と，面入射形のＰＤ２３０と，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂと，波長分波器１５０と，ＰＤ１３０下面に光透過性のあるガラス基板３６０を実装して構成されている。ガラス基板３６０以外の構成要素については，第２の実施形態と実質的に同様であるので，重複説明を省略する。

ガラス基板３６０は，図１２に示したように，Ｖ溝１１０とＰＤ２３０との間に挿入されており，厚みは約３００μｍである。ガラス基板３６０は，図１３に示したように，両面がＡＲコート３６０ａ，３６０ｂが形成されており，用いる波長において透明である。ＡＲコート（ＡＲコーティング）は，反射防止（ノングレア）処理の一つであり，ガラス基板３６０の表面にフッ化マグネシウムなどを真空蒸着させて透明な薄膜を作り，光の干渉を利用して照明などによる外光を打ち消すものである。膜の薄さは透過する光の波長の１／４になっている。外光が入射すると，膜の表面で反射する光と，透過して奥で反射する光に分かれるが，両者は１／２波長ずれた逆位相となるため，打ち消しあって反射光が目立たなくなる。

ＰＤ３３０には第２の実施形態で用いた面入射形のＰＤを用い，入射面が下に来るように電極パターンのあるガラス基板３６０上にボンディングし，半田などで接合する。このガラス基板３６０とＰＤ３３０が接合されたものを支持基板３１０上へボンディングし，熱硬化性樹脂もしくはＵＶ硬化性樹脂により固定する。

レンズ素子２４０ｂは，第２の実施形態と同様に，波長分波器から入射された光を集光しながら角度を下に向け，Ｖ溝１１０ｂ上の溝の端に光を入射させ，Ｖ溝端で反射させる。反射した光は，図１３に示したように，方向を上へ向けＰＤ２３０へ入射する。

（第３の実施形態の効果）
上記第２の実施形態の効果に加え，以下の効果が得られる。すなわち，ＬＤ１２０とＰＤ２３０が同一基板１１０上に実装されたときに危惧される電気のクロストークについても，ＰＤ２３０の下にガラス基板３６０をはさむことで改善される。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について説明する。本実施形態では，上記第３の実施形態との相違点について説明する。

本実施形態にかかる光モジュール４００は，図１２に示したように，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂを有する基板１１０上に，ＬＤ１２０と，面入射形のＰＤ２３０と，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂと，波長分波器１５０と，ＰＤ１３０下面に光透過性のあるガラス基板４６０を実装して構成されている。ガラス基板４６０以外の構成要素については，第３の実施形態と実質的に同様であるので，重複説明を省略する。

ガラス基板４６０は，図１４に示したように，片面にＡＲコート４６０ｂが形成されてあり，もう片面に入射光，例えば波長１．４９μｍの光だけを通すバンドパスフィルタ４６０ａが形成されている。このガラス基板４６０とＰＤ２３０とが接合されたものを支持基板４１０上へボンディングし，熱硬化性樹脂もしくはＵＶ硬化性樹脂により固定する。

（第４の実施形態の効果）
上記第３の実施形態の効果に加え，以下の効果が得られる。すなわち，目的の波長以外の光，例えばＬＤ１２０からの出射光（例えば，波長１．３μｍ）あるいは外部ネットワークからの別の波長の光（例えば，波長１．５５μｍ）による光のクロストークの問題についても，ＰＤ２３０の下にバンドパスフィルタ付きガラス基板４６０をはさむことで改善される。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態について説明する。本実施形態では，上記第４の実施形態との相違点について説明する。

本実施形態にかかる光モジュール５００は，図１２に示したように，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂを有する基板１１０上に，ＬＤ１２０と，面入射形のＰＤ２３０と，レンズ素子１４０ａ，５４０ｂと，波長分波器１５０と，ＰＤ１３０下面に光透過性のあるガラス基板５６０を実装して構成されている。レンズ素子５４０ｂと，ガラス基板５６０以外の構成要素については，第４の実施形態と実質的に同様であるので，重複説明を省略する。

ガラス基板５６０は，図１５に示したように，片面がＡＲコートされており，もう片面に入射光よりも上の波長をカットする，例えば１．４９μｍ以下の波長の光だけを通すローパスフィルタが形成されている。このガラス基板５６０とＰＤ５３０が接合されたものを支持基板５１０上へボンディングし，熱硬化性樹脂もしくはＵＶ硬化性樹脂により固定する。

ＰＤ２３０側に設けられるレンズ素子５４０ｂは，図１５に示したように，レンズ部形成面と反対側の面に，入射光よりも下の波長をカットする，例えば１．４９以上の光だけを通すハイパスフィルタが成膜されている。このハイパスフィルタを通りＶ溝１１０ｂの端面で反射した光は方向を上へ向けＰＤ２３０へ入射する。

（第５の実施形態の効果）
以上説明したように，本実施形態によれば，第４の実施形態と同様に電気のクロストークおよび光のクロストークの問題が改善される。第４の実施形態で用いたバンドパスフィルタは歩留に難点があるため，量産時に歩留の問題でハイパスフィルタ，ローパスフィルタと２枚に分けるよりも高くなる可能性がある。この点，本実施形態のようにハイパスフィルタとローパスフィルタに分けることでフィルタの歩留が高くなり，部材の実装コストが新たにかからないため，フィルタ価格が低減できる。

なお，上記とはフィルタを逆に設けてもよい。すなわち，レンズ素子５４０ｂにハイパスフィルタを設け，ガラス基板５６０の下面にローパスフィルタを設けるようにしてもよい。ただし上記のようにレンズ素子５４０ｂにローパスフィルタを設けた方が外部からの１．５５μｍの光をフィルタリングしやすく，また，ガラス基板５６０にハイパスフィルタを設けた方が，ＬＤ１２０からの１．３μｍの光をフィルタリングしやすい。

（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態について説明する。本実施形態では，上記第４の実施形態との相違点について説明する。

本実施形態にかかる光モジュール６００は，図１２に示したように，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂを有する基板１１０上に，ＬＤ１２０と，面入射形のＰＤ２３０と，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂと，波長分波器６５０と，ＰＤ１３０下面に光透過性のあるガラス基板５６０を実装して構成されている。ガラス基板５６０と，波長分波器６５０以外の構成要素については，第４の実施形態と実質的に同様であるので，重複説明を省略する。

ガラス基板６６０は，図１６に示したように，第５の実施形態と同様に，片面がＡＲコートされてあり，もう片面に入射光よりも上の波長をカットする，例えば１．４９μｍ以下の波長の光だけを通すローパスフィルタを形成されてある。

波長分波器６５０には，図１６に示したように，ＰＤへの光路面６５０ｂに，入射光よりも下の波長をカットする，例えば１．４９μｍ以上の光だけを通すハイパスフィルタを成膜する。外部からＰＤ２３０へ入射される光は，波長分波器６５０で波長選択されてレンズ素子２４０ｂに入射し，レンズ素子２４０ｂで集光された光は，ＰＤ２３０の下面に実装されたガラス基板６６０上のローパスフィルタ６６０ｂにて再度波長選択されて，ＰＤ２３０へ入射する。

（第６の実施形態の効果）
以上説明したように，本実施形態によれば，第４の実施形態と同様に電気のクロストークおよび光のクロストークの問題が改善される。第４の実施形態で用いたバンドパスフィルタは歩留に難点があるため，量産時に歩留の問題でハイパスフィルタ，ローパスフィルタと２枚に分けるよりも高くなる可能性がある。この点，本実施形態のようにハイパスフィルタとローパスフィルタに分けることでフィルタの歩留が高くなり，部材の実装コストが新たにかからないため，フィルタ価格が低減できる。

また，第４，第５の実施形態にあるフィルタ挿入は，従来例では別部材として別途実装しなければならないが，本実施形態では，波長分波器６５０のＰＤへの光路面６５０ｂに膜を形成しているため，別部材としての実装費がかからない。さらに基板サイズも全く同じサイズで可能となり，小型モジュールとすることができる。このモジュールサイズは約２ｍｍ角と非常に小さいことから，ＣＡＮやｍｉｎｉ−ＤＩＬ，バタフライパッケージなどパッケージのサイズに限定されることがない。

なお，上記とはフィルタを逆に設けてもよい。すなわち，波長分波器６５０にハイパスフィルタを設け，ガラス基板５６０の下面にローパスフィルタを設けるようにしてもよい。ただし上記のように波長分波器６５０にローパスフィルタを設けた方が外部からの１．５５μｍの光をフィルタリングしやすく，また，ガラス基板５６０にハイパスフィルタを設けた方が，ＬＤ１２０からの１．３μｍの光をフィルタリングしやすい。

（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態について説明する。本実施形態では，上記第２の実施形態との相違点について説明する。

本実施形態にかかる光モジュール７００は，図１７に示したように，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂを有する基板１１０上に，ＬＤ１２０と，面入射形のＰＤ２３０と，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂ，７４０ｃと，波長分波器１５０を実装して構成されている。レンズ素子７４０ｃ以外の構成要素については，第２の実施形態と実質的に同様であるので，重複説明を省略する。

レンズ素子７４０ｃは，図１７に示したように，ＬＤ７２０から出射され波長分波器７５０を通過した光をファイバ７７０へ入射するように変化するレンズであるのと同時に，ファイバ７７０からの光を平行光へ変換し，波長分波器７５０へ入射する機能を有する。

（第７の実施形態の効果）
以上説明したように，本実施形態によれば，第１〜第６の実施形態の効果に加え，以下の効果が得られる。すなわち，第１〜第６の実施形態に記載のモジュールは，パッケージ実装時にファイバとレンズを最終的にアライメントする必要があったが，本実施形態では，ファイバのみのアライメントで光学調整が可能となるため，より一層のコストダウンが図れる。また，レンズ素子７４０ｃの裏面や，波長分波器７５０の側面に波長カットフィルタをつけることが可能なため，光のクロストークの問題も第４〜第６の実施形態のように改善される。

（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態について説明する。本実施形態では，上記第７の実施形態との相違点について説明する。

本実施形態にかかる光モジュール８００は，図１８に示したように，Ｖ溝１１０ａ，１１０ｂを有する基板１１０上に，ＬＤ１２０と，面入射形のＰＤ２３０と，レンズ素子１４０ａ，２４０ｂ，７４０ｃと，波長分波器１５０と，ＰＤ１３０下面に光透過性のあるガラス基板８６０を実装して構成されている。ガラス基板８６０以外の構成要素については，第２の実施形態と実質的に同様であるので，重複説明を省略する。

このガラス基板３６０は両面がＡＲコートされてあり，用いる波長において透明である。このガラス基板３６０とＰＤ３３０が接合されたものを支持基板３１０上へボンディングし，熱硬化性樹脂もしくはＵＶ硬化性樹脂により固定する。

ＰＤ３３０には第２の実施形態で用いた面入射形のＰＤを用い，入射面が下に来るように電極パターンのあるガラス基板３６０上にボンディングし，半田などで接合する。

レンズ素子２４０ｂは，第２の実施形態と同様に，波長分波器から入射された光を集光しながら角度を下に向け，Ｖ溝上の溝の端に光を入射させ，Ｖ溝端で反射させる。反射した光は方向を上へ向けＰＤへ入射する。

（第８の実施形態の効果）
以上説明したように，本実施形態によれば，上記第７の実施形態の効果に加え，以下の効果が得られる。すなわち，ＬＤ１２０とＰＤ２３０が同一基板１１０上に実装されたときに危惧される電気のクロストークについても，ＰＤ２３０の下にガラス基板８６０をはさむことで改善される。

以上，添付図面を参照しながら本発明にかかる光モジュールの好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば，上記実施形態では，レンズ素子１４０ａ，１４０ｂにシリコン製マイクロレンズを採用した場合について説明したが，本発明はこれに限定されない。レンズ素子の材料として石英を採用することも可能である。

本発明は，光モジュールに利用可能であり，特に，単一の光ファイバを伝搬する２つ以上の異なる波長の光信号の送受信を行うのに好適な光送受信モジュールに利用可能である。

第１の実施形態にかかる光モジュールの概略構成を示す斜視図である。第１の実施形態にかかる光モジュールの概略構成を示す平面図である。レンズ素子の構成を概略的に示す斜視図である。溝部にレンズ素子が実装された状態を概略的に示す説明図である。第１の実施形態におけるレンズ素子とＰＤ間の光路を示す説明図である。第１の実施形態にかかる光モジュールの製造方法を示すフローチャートである。第２の実施形態にかかる光モジュールの概略構成を示す斜視図である。第２の実施形態におけるレンズ素子とＰＤ間の光路を示す説明図である。レンズ部１４２の説明図である。レンズ部１４２の説明図である。第２の実施形態にかかる光モジュールの製造方法を示すフローチャートである。第３〜６の実施形態にかかる光モジュールの概略構成を示す斜視図である。第３の実施形態におけるレンズ素子とＰＤ間の光路を示す説明図である。第４の実施形態においてバンドパスフィルタを形成した説明図である。第５の実施形態においてハイパスフィルタとローパスフィルタを形成した説明図である。第６の実施形態においてハイパスフィルタとローパスフィルタを形成した説明図である。第７の実施形態にかかる光モジュールの概略構成を示す斜視図である。第８の実施形態にかかる光モジュールの概略構成を示す斜視図である。従来の光モジュールの概略構成を示す説明図である。従来の光モジュールの概略構成を示す説明図である。

符号の説明

１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００光モジュール
１１０基板
１１０ａ，１１０ｂＶ溝
１２０ＬＤ（発光素子）
１３０，２３０ＰＤ（受光素子）
１４０ａレンズ素子（発光素子側レンズ素子）
１４０ｂ，２４０ｂ，５４０ｂレンズ素子（受光素子側レンズ素子）
１５０，６５０波長分波器
３６０，４６０，５６０，６６０ガラス基板
７４０ｃレンズ素子（外部側レンズ素子）
７７０ファイバ

Claims

所定の高さを持つ第１及び第２の凸構造が設けられており、前記第１の凸構造の上面に第１の方向に沿って前記第１の凸構造の一側面に端部が露出するようにエッチング形成された第１の溝構造と、前記第２の凸構造の上面に前記第１の方向と９０度をなす第２の方向に沿って前記第２の凸構造の一側面に端部が露出するようにエッチング形成された第２の溝構造と、を有する基板と、
前記第１の凸構造の一側面に露出した端部とは反対側に位置する前記第１の溝構造の端部近傍に配置された発光素子と、
前記第１の溝構造に配置され、前記発光素子が発光した光を平行光に変換する発光素子側マイクロレンズと、
前記第２の溝構造に配置され、入射した光を前記受光素子に集光する受光素子側マイクロレンズと、
前記第２の凸構造の一側面に露出した端部とは反対側に位置する前記第２の溝構造の端部近傍に配置され、前記受光素子側マイクロレンズで集光された光を反射させる反射面と、当該反射面で反射された光を受光する受光面とが設けられた受光素子と、
前記基板上に配置され、前記発光素子側マイクロレンズから射出される平行光を透過又は９０度反射して外部へ射出し、前記外部から入射した光を９０度反射又は透過して前記受光素子側マイクロレンズに入射させるキューブ型の波長分波器と、
を備えることを特徴とする、光モジュール。
前記発光素子側マイクロレンズ及び前記受光素子側マイクロレンズには回折光学素子が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の光モジュール。
前記発光した光及び前記入射した光の方向に形成された第３の溝構造と、
前記第３の溝構造に配置された外部側レンズ素子と、
をさらに備えたことを特徴とする、請求項１に記載の光モジュール。
前記外部側レンズ素子には回折光学素子が形成されていることを特徴とする、請求項３に記載の光モジュール。
前記外部側レンズ素子は、マイクロレンズからなることを特徴とする、請求項３又は４に記載の光モジュール。