JP4512330B2 - 複合光学素子、及び光トランシーバー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合光学素子、及び光トランシーバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、面発光レーザは並列光インターコネクションのキーデバイスとしてその有用性が高まっている。その実用化においては、従来の電気配線と異なり、高い実装精度が要求されている。そこで、半導体プロセスなどを駆使して非常に高精度に加工された部材を利用し、その部材の面を基準面にして光学素子を実装する方法が検討されている。この高精度に加工された部材をＭＯＢ（Micro-Optical Bench）と呼び、このＭＯＢを用いた実装法（ＭＯＢ実装法）は、様々な要求を満足する上で、非常に重要な技術である。また、このＭＯＢ実装法は、２次元マイクロレンズアレイなどの実装においても、大きな役割を担っている。しかし、このようなＭＯＢ実装法においては、その製造コストの面で大きな課題を残しており、特に、面発光レーザの電気接続やマイクロレンズとの光結合などでは最も大きな課題の一つとなっている。
【０００３】
そこで、マイクロレンズなどの素子をＭＯＢの利用なしで、直接、面発光レーザの基板に貼り付ける方法も検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１７４７公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、面発光レーザの基板の表面側には、面発光レーザを形成する際のエッチング部分等の絶縁性を図るためにポリイミドなどの絶縁樹脂をスピンコートなどで塗布しており、絶縁樹脂を塗布した面の凹凸は数μｍに達する。このため、この絶縁樹脂の塗布面に直接光学素子を実装しても、高い実装精度は得られない。
【０００６】
また、面発光レーザの基板と素子を設けた素子基板とを固定する方法として、基板と素子基板との間に接着剤を挟む方法も考えられるが、接着剤の厚みのバラツキにより高さ方向の精度を出しにくい。バンプなどを利用した固定方法も同様にその精度が数μｍであり、課題が残っている。
【０００７】
本発明の目的は、面発光レーザの基板に各種の素子を実装する場合、その実装精度を簡単な構成で高めることである。
【０００８】
本発明の別の目的は、素子基板に対する光ファイバー等の光伝達部品の接合を簡単な構成で高精度に行うことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、面発光レーザの基板に素子を実装した複合光学素子において、前記基板の第１当接面と、前記素子が設けられた素子基板の基板面であって前記第１当接面に当接された第２当接面と、前記第１当接面と前記第２当接面との当接した面内の少なくとも一方に形成された接着剤溝と、前記接着剤溝に注入されて前記第１当接面と前記第２当接面とを当接位置に位置づけして前記基板と前記素子基板とを接着固定した接着剤と、を有し、前記素子基板における前記基板に対向する面に電極用溝が形成され、この電極溝の位置でダイシングされたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、“素子”としては、電気的、機械的、光学的な諸機能を持った素子が含まれ、特に、面発光レーザに実装して有用性が高いものを指す。例えば、電気配線や、面発光レーザの固定や保護用のカバーや、レンズ機能を持つ部材などが該当する。
【００１１】
“接着剤溝”は、第１当接面と第２当接面とのいずれか一方のみに形成してもよく、或いは、両方に形成してもよい。
【００１２】
したがって、面発光レーザの基板への素子の実装は、面発光レーザの基板の基板面の一部である第１当接面と、素子基板の基板面の一部である第２当接面とを当接させ、接着剤溝に接着剤を注入して面発光レーザの基板と素子基板とを固定することにより行う。これにより、面発光レーザの基板と素子基板とを、面発光レーザの第１当接面と素子基板の第２当接面とを当接させた状態を維持したまま固定することができ、面発光レーザの基板への素子の実装を、面発光レーザの基板の基板面を被覆した絶縁樹脂層の厚みや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。特に、面発光レーザを有する基板と素子を設けた素子基板とを接着固定した後にダイシングを行うことにより電極用溝が露出され、この電極用溝でワイヤボンディング等を行うことができる。このダイシングに際して、基板と素子基板との端面がずれたようにダイシングする場合には、このダイシングの停止位置を電極用溝の高さ寸法内とすればよく、高精度のダイシング停止位置が要求されず、ダイシング作業の作業性が向上する。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の複合光学素子において、前記第１当接面はエピタキシャル面であり、前記第２当接面は研磨面であることを特徴とする。
【００１４】
ここで、“エピタキシャル面”は、化学気相成長法により形成された面であり、高精度に平滑に形成されている。“研磨面”も高精度に平滑に形成されている。
【００１５】
したがって、第１当接面と第２当接面とがともに高精度に平滑に形成されているので、固定された面発光レーザの基板と素子基板とは高い平行度を維持され、面発光レーザの基板への素子の実装精度がより高くなる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の複合光学素子において、前記素子は、前記素子基板における前記面発光レーザに対向する面側に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
したがって、素子基板に素子を設けた場合、その素子を素子基板における面発光レーザに対向する面側に配置することにより、素子と面発光レーザとの距離に関して、素子基板の厚み公差の影響をなくして素子と面発光レーザとの距離の公差を小さくすることができ、面発光レーザに対する素子の実装精度が高くなる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の複合光学素子において、前記面発光レーザと前記素子とがアレイ状に配列されていることを特徴とする。
【００１９】
したがって、この複合光学素子では、面発光レーザの基板への素子の実装を簡便に精度良く行うことができ、これらの面発光レーザと素子とをアレイ状に配列した場合でも各面発光レーザから発せられる光が平行光となり、これにより、隣接する面発光レーザから発せられる光のクロストークの発生が防止される。
【００２１】
したがって、面発光レーザを有する基板と素子を設けた素子基板とを接着固定した後にダイシングを行うことにより電極用溝が露出され、この電極用溝でワイヤボンディング等を行うことができる。このダイシングに際して、基板と素子基板との端面がずれたようにダイシングする場合には、このダイシングの停止位置を電極用溝の高さ寸法内とすればよく、高精度のダイシング停止位置が要求されず、ダイシング作業の作業性が向上する。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、電気配線であることを特徴とする。
【００２３】
したがって、面発光レーザの基板への電気配線の実装精度が高くなり、面発光レーザへの通電を高精度に行える。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、マイクロレンズであることを特徴とする。
【００２５】
したがって、面発光レーザの基板へのマイクロレンズの実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた拡散光を高精度に平行光にすることができる。さらに、素子としてマイクロレンズを用いて面発光レーザから発せられる拡散光を平行光にすることにより、面発光レーザの光軸方向の実装公差を大きくとることができる。
【００２６】
このマイクロレンズとしては、グレースケールマスクを用いたフォトリソグラフィープロセスで形成したものが、任意の非球面形状に形成できる点で好適である。
【００２７】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の複合光学素子において、前記マイクロレンズが、前記素子基板に形成された凹面部とこの凹面部内に凸レンズを構成するように充填された前記素子基板よりも屈折率の大きいレンズ相当部材とよりなることを特徴とする。
【００２８】
ここで、面発光レーザから発せられる光は拡散しており、その拡散光に対向して位置するレンズ面形状が凸形状であると、入射角が浅くなり、反射率が高くなる。このため、面発光レーザに対向するレンズ面形状は凹面形状が好ましい。しかし、凹面ではパワーが負のため、拡散光を平行光にすることができない。そこで、素子基板に凹面部を形成し、この凹面部内に素子基板よりも屈折率の大きいレンズ相当部材、例えば、樹脂を充填することにより機能的に凸レンズとなるマイクロレンズを形成することができる。レンズ相当部材における面発光レーザに対向する面は平坦であることが好適である。
【００２９】
したがって、面発光レーザから発せられた光がマイクロレンズに当ったときの反射率を低く抑えることができ、光利用効率のよい複合光学素子を得ることができる。
【００３０】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、回折格子であることを特徴とする。
【００３１】
ここで、通信用に面発光レーザを用いる場合、その波長を選択的にコントロールし、多重波長の通信を行う必要がある。その時に波長の相違に対する色収差をマイクロレンズ単体で補正するのには限界がある。
【００３２】
したがって、面発光レーザの基板への回折格子の実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた光を光軸以外の任意の方向に精度良く飛ばすことが可能となる。また、素子として回折格子を設けることにより、色収差に強い設計を行える。
【００３３】
さらに、この回折格子の形成をフォトリソグラフィープロセスで行うことができ、素子基板への接着剤溝の形成時に同時に形成することができ、製造コストの上昇を抑えられる。
【００３４】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子基板に、光伝達部品が直接接合されていることを特徴とする。
【００３５】
ここで、“直接接合されている”とは、素子基板と光伝達部品とを接合する際の位置決めを、素子基板や光伝達部品を保持部材で保持することにより行うのではなく、当該部品を接合することによって当該部品の位置決めを行える状態を意味する。
【００３６】
したがって、光伝達部品と素子基板とを直接接合することによって、光伝達部品を固定部材などで固定する場合に比べてその固定部材などに含まれる製造誤差の影響を受けることなく精度良く実装できる。特に、光軸方向においては、光伝達部品と素子基板とを押し当てて実装できることから、低いコストで高い実装精度を実現できる。
【００３７】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の複合光学素子において、前記光伝達部品と前記素子基板との間に樹脂が介装されていることを特徴とする。
【００３８】
したがって、光伝達部品と素子基板との間に空気の層が存在すると光伝達部品の端面で反射が生じるが、光伝達部品と素子基板との間に樹脂が介装されることにより素子基板と光伝達部品との間の屈折率差が小さくなるとともに反射率が低くなり、素子基板と光伝達部品との間の光結合効率が高くなる。
【００３９】
請求項１１記載の発明は、請求項８又は９記載の複合光学素子において、前記光伝達部品は光ファイバーであり、前記素子基板に前記光ファイバーの先端が挿入される固定溝が形成されていることを特徴とする。
【００４０】
したがって、光ファイバーの先端を固定溝に挿入することにより、光ファイバーのずれが防止され、低コストで高い実装精度を得ることができる。
【００４１】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の複合光学素子において、前記固定溝の中心部に集光用レンズが設けられていることを特徴とする。
【００４２】
したがって、光ファイバー内に入射される光が集光用レンズで集光されるので、素子基板の厚み寸法などにバラツキが生じても、確実に光ファイバーの端面でスポットを結ぶことができ、光結合効率が高くなる。
【００４３】
請求項１３記載の発明は、請求項１１又は１２記載の複合光学素子において、前記固定溝の縁部に、外方に向けて拡径するテーパー部が形成されていることを特徴とする。
【００４４】
したがって、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度が高くなる。
【００４５】
請求項１４記載の発明は、請求項１１ないし１３のいずれか一記載の複合光学素子において、前記光ファイバーの先端部に、先端側に向けて縮径するテーパー部が形成されていることを特徴とする。
【００４６】
したがって、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度が高くなる。
【００４７】
なお、請求項１３記載のテーパー部と請求項１４記載のテーパー部とを設け、このテーパー角をほぼ同じにすることにより、固定溝のテーパー部と光ファイバーのテーパー部とが面接触し、より安定した実装状態が得られる。
【００４８】
請求項１５記載の発明の光トランシーバーは、請求項１０ないし１４のいずれか一記載の光ファイバーが直接接合された複合光学素子と、前記複合光学素子に接続されたＬＳＩと、前記ＬＳＩに接続された電気コネクタと、を有する。
【００４９】
したがって、請求項１０ないし１４のいずれか一記載の光ファイバーが直接接合された複合光学素子を利用することで、低コストの光トランシーバーを提供することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子１は、面発光レーザ２が設けられた基板である半導体レーザ基板５に、素子である電気配線３を設けた素子基板４を接着固定したものである。
【００５７】
面発光レーザ２の形成に際しては、半導体レーザ基板５上にクラッド層や活性層等をエピタキシャル成長させて形成し（クラッド層や活性層の詳細については図示を省略）、形成されたクラッド層等をドライエッチングすることによりメサ６を形成する。その後、電極狭窄工程を経てメサ６やドライエッチングにより露出されたエピタキシャル面（一つのクラッド層の面）を覆うように絶縁樹脂層（ポリイミド）７を塗布する。塗布した絶縁樹脂層７に対してマスクを通して感光硬化する処理を行い、このとき、メサ６の上面部の発光領域と、素子基板４が当接される領域については感光硬化させず、有機溶剤で洗浄することにより絶縁樹脂層７を除去する。これにより、素子基板４が当接される領域ではエピタキシャル面が第１当接面１０として露出する。その後、絶縁樹脂層７の上にｐ側電極８を形成し、半導体レーザ基板５の裏面にｎ側電極９を形成する。
【００５８】
素子基板４は、石英により形成された基板であり、この素子基板４における面発光レーザ２の第１当接面１０に当接される基板面である第２当接面１１は研磨面とされている。
【００５９】
素子基板４には、素子基板４を半導体レーザ基板５に接着固定するために第２当接面１１を半導体レーザ基板５の第１当接面１０に当接させたとき、凸形状のメサ６に対向してメサ６との衝突を避けるための凹部１２と、接着剤溝１３とが形成されている。これらの凹部１２と接着剤溝１３とは、フォトリソグラフィープロセスにより形成されている。接着剤溝１３は、第２当接面１１の領域内に形成され、かつ、凹部１２を囲むようにリング状に形成され、少なくとも１箇所は素子基板４の端面まで伸びており、その部分が接着剤注入口とされている。
【００６０】
これらの凹部１２と接着剤溝１３とが形成された後、素子基板４における凹部１２や接着剤溝１３が形成された面にアルミニウム膜が蒸着され、このアルミニウム膜をフォトリソグラフィープロセスによってパターニングすることにより素子である電気配線３が設けられている。
【００６１】
面発光レーザ２への素子基板４の接着固定は、以下の手順で行われる。まず、面発光レーザ２の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させる。このときの当接位置の位置決めは、面発光レーザ２と素子基板４とにおけるそれぞれのフォトリソグラフィープロセスにおいてアライメントマーク（図示せず）を付けておき、そのアライメントマークを顕微鏡で観察しながら行う。これにより、数μｍオーダーの位置決め精度を得ることができる。この位置合わせ終了後、接着剤１４を接着剤注入口から注入する。注入された接着剤１４は毛細管現象により接着剤溝１３内を進行し、この接着剤１４により面発光レーザ２と素子基板４とが接着固定される。接着剤１４としては、紫外線照射により硬化するタイプのものが好適である。
【００６２】
なお、面発光レーザ２と素子基板４とを位置合わせする際に、ｐ側電極８と電気配線３とを結線するバンプ１５を介装する。バンプ１５は圧力付与により容易に変形可能な材質であり、バンプ１５を介装しても第１当接面１０と第２当接面１１との当接状態は維持される。
【００６３】
面発光レーザ２と素子基板４とを接着固定することにより、メサ６の上面部の発光領域は石英の素子基板４により覆われるが、面発光レーザ２の出射光の波長が１．３μｍ帯であり、石英の素子基板４はこの波長に対して透明であるので、何ら支障は生じない。
【００６４】
面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５と素子基板４とを接着固定して形成された複合光学素子１は、サブマウント基板１６に取付けて使用される。複合光学素子１のサブマウント基板１６への取付けに際しては、ｎ側電極９とサブマウント基板１６上の電気配線（図示せず）との結線がバンプ１７により行われ、電気配線３とサブマウント基板１６上の他の電気配線（図示せず）との結線がバンプ１８により行われている。
【００６５】
このような構成において、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５への素子である電気配線３の実装に際しては、絶縁樹脂層７を除去して露出されたエピタキシャル面である第１当接面１０と、素子基板４の研磨面である第２当接面１１とを当接させ、接着剤溝１３に注入した接着剤１４によって面発光レーザ２と素子基板４とを接着固定している。このため、半導体レーザ基板５と素子基板４とを、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させた状態を維持したまま固定することができ、半導体レーザ基板５への電気配線３の実装を、絶縁樹脂層７やバンプ１５や接着剤１４の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、一つの面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５とそれに対応する一つの電気配線３が設けられた素子基板４とを接着固定して一つの複合光学素子１を形成する場合を例に挙げて説明したが、複数の面発光レーザ２がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数の電気配線がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図１に示したような複合光学素子１を複数形成してもよい。
【００６７】
この場合において、ウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する工程は、ウェハー状レーザ基板の基板面を被覆した絶縁樹脂層を除去して露出された基板面（図１の第１当接面１０に相当）とウェハー状素子基板の基板面（図１の第２当接面１１に相当）とを当接させ、それらの基板面の当接した面内の少なくとも一方に形成した接着剤溝（図１の接着剤溝１３に相当）に接着剤を注入することにより行う。なお、接着剤溝の形成位置は、ダイシングによる切り離しを行った後にも、各複合光学素子（図１の複合光学素子１に相当）において面発光レーザ基板と素子基板との接着固定状態を維持できる位置に形成する。
【００６８】
これにより、個々の面発光レーザの基板に対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子１を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が１回ですむので、製造コストが低減される。
【００６９】
接着固定したウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とをダイシングで切り離す場合に、その一端側のダイシング位置を図１に示すように半導体レーザ基板５側と素子基板４側とでずらすことにより、そのずらした部分をバンプ１８を用いた結線に好適な構造として利用することができる。
【００７０】
また、半導体レーザ基板５と素子基板４とを接着剤１４で接着固定する工程に関して、真空チャンバー（図示せず）を使用することが有効である。この場合には、半導体レーザ基板５の基板面（第１当接面１０）と素子基板４の基板面（第２当接面１１）とを当接させ、接着剤溝１３を接着剤注入口を除いた部分を閉止する。このようにして基板面を当接させた半導体レーザ基板５と素子基板４とを真空チャンバー内に入れ、真空引きを行って真空チャンバー内を真空にする。このとき、半導体レーザ基板５と素子基板４との基板端部には接着剤を塗布し、仮止め状態としておく。真空引きされた真空チャンバー内で接着剤注入口を皿に満たされた接着剤に浸し、その後、真空チャンバー内の真空引きを解除する。これにより、接着剤注入口が浸されている接着剤が負圧状態となっている接着剤溝１３内に吸入され、半導体レーザ基板５と素子基板４との接着固定に際して行われる接着剤溝１３への接着剤１４の注入を短時間で確実に行うことができ、複合光学素子１の製造の作業性が向上する。
【００７１】
半導体レーザ基板５と素子基板４との接合位置の位置合わせは、半導体レーザ基板５と素子基板４とに付けられているアライメントマークを顕微鏡で観察品が行うが、真空チャンバー内に入れる前にはラフが位置合わせをし、真空チャンバーから取り出した後に高精度の位置合わせをすることができる。高精度の位置合わせを行った後、紫外線を照射して接着剤１４を硬化させる。
【００７２】
本発明の第２の実施の形態を図２に基づいて説明する。なお、第１の実施の形態において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の実施の形態でも同じ）。
【００７３】
本実施の形態の複合光学素子２１は、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５に、素子であるマイクロレンズ２２を設けた素子基板４を接着固定したものである。
【００７４】
マイクロレンズ２２は、素子基板４における面発光レーザ２に対向する面の反対側の面に形成されている。素子基板４におけるマイクロレンズ２２が形成された面も第２当接面１１と同じように研磨され、その研磨された面の上にマイクロレンズ２２が形成されている。
【００７５】
マイクロレンズ２２は、面発光レーザ２から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ２から発せられた拡散光を平行光にできるように設計されている。さらに、このマイクロレンズ２２はグレースケールマスクを用いたフォトリソグラフィープロセスにより非球面に形成され、光の波面収差を低減することができる。
【００７６】
接着固定された半導体レーザ基板５と素子基板４とは、半導体レーザ基板５の第１当接面（エピタキシャル面）１０と素子基板４の第２当接面（研磨面）１１とが当接されており、その公差は非常に高い精度で制御されている。
【００７７】
半導体レーザ基板５と素子基板４との接着固定は第１の実施の形態と同様に行われており、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とが当接され、第２当接面１１に形成した接着剤溝１３に接着剤１４が注入されている。
【００７８】
なお、本実施の形態では図示を省略しているが、面発光レーザ２の電気的な結線は第１の実施の形態と同じように行われている。
【００７９】
このような構成において、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５への素子基板４の接着固定を、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第１当接面１０と第２当接面１１とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板５への素子であるマイクロレンズ２２の実装を、絶縁樹脂層７やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【００８０】
なお、本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ２がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数のマイクロレンズ２２がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図２に示したような複合光学素子２１を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザに対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子２１を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が１回ですむので、製造コストが低減される。
【００８１】
本発明の第３の実施の形態を図３に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子３１は、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５に、素子であるマイクロレンズ３２を設けた素子基板４を接着固定したものであり、基本的な構造は第２の実施の形態と同じである。
【００８２】
本実施の形態と第２の実施の形態との異なる点は、マイクロレンズ３２が形成されている位置であり、本実施の形態では、素子基板４における面発光レーザ２に対向する面に形成されている。
【００８３】
マイクロレンズ３２は、面発光レーザ２から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ２から発せられた拡散光を平行光にできるように設計されている。このマイクロレンズ３２は、凹部１２や接着剤溝１３と共にフォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【００８４】
このような構成において、半導体レーザ基板５への素子基板４の接着固定を、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第１当接面１０と第２当接面１１とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板５への素子であるマイクロレンズ２２の実装を、絶縁樹脂層７やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【００８５】
さらに、マイクロレンズ３２が素子基板４における面発光レーザ２に対向する面に形成されているので、マイクロレンズ３２の実装に際して素子基板４の厚み公差の影響を受けなくなり、マイクロレンズ３２と面発光レーザ２との距離の公差をより小さくすることができ、半導体レーザ基板５に対するマイクロレンズ３２の実装精度をより高めることができる。
【００８６】
なお、本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ２がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数のマイクロレンズ３２がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図３に示したような複合光学素子３１を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザの基板に対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子３１を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が１回ですむので、製造コストが低減される。
【００８７】
本発明の第４の実施の形態を図４に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子４１は、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５に、素子である回折格子４２を設けた素子基板４を接着固定したものである。素子基板４と面発光レーザ２との接着固定構造は上述した各実施の形態と同じであり、回折格子４２は第３の実施の形態のマイクロレンズ３２と同じように、素子基板４における面発光レーザ２に対向する面に形成されている。
【００８８】
回折格子４２は、面発光レーザ２から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ２から発せられた拡散光を光軸以外の任意の方向に向けて飛ばすことができるように設計されている。回折格子４２は、凹部１２や接着剤溝１３と共にフォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【００８９】
このような構成において、半導体レーザ基板５への素子基板４の接着固定を、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第１当接面１０と第２当接面１１とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板５への素子である回折格子４２の実装を、絶縁樹脂層７やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【００９０】
さらに、回折格子４２が素子基板４における面発光レーザ２に対向する面に形成されているので、回折格子４２の実装に際して素子基板４の厚み公差の影響を受けなくなり、回折格子４２と面発光レーザ２との距離の公差をより小さくすることができ、面発光レーザ２に対する回折格子４２の実装精度をより高めることができる。
【００９１】
なお、本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ２がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数の回折格子４２がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図４に示したような複合光学素子４１を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザの基板に対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子４１を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が１回ですむので、製造コストが低減される。
【００９２】
本発明の第５の実施の形態を図５及び図６に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子５１は、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５に、素子であるマイクロレンズ５２を設けた素子基板４を接着固定したものである。このマイクロレンズ５２は、石英の素子基板４に凹面部５３を形成し、この凹面部５３にレンズ相当部材である樹脂５４を充填することにより形成されている。樹脂５４は、石英より屈折率の大きなものが使用されている。凹面部５３に樹脂５４を充填して構成されたマイクロレンズ５２は、凸レンズとして機能する。
【００９３】
マイクロレンズ５２は、面発光レーザ２から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ２から発せられた拡散光を平行光にできるように設計されている。この凹面部５３は、凹部１２や接着剤溝１３と共にフォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【００９４】
このような構成において、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５への素子基板４の接着固定を、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第１当接面１０と第２当接面１１とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板５への素子であるマイクロレンズ５２の実装を、絶縁樹脂層７やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【００９５】
図６は、マイクロレンズの入射面が凸形状の場合（ａ）と平坦な場合（ｂ）とにおける入射角の違いを説明する説明図である。面発光レーザ２から発せられる拡散光に対向して位置するレンズの形状が（ａ）に示すように凸形状であると、レンズ接線に対する光の入射角（θ１）が浅くなり、反射率が高くなる。このため、面発光レーザ２に対向するレンズ形状は凹面形状が好ましい。しかし、凹面ではパワーが負のため、拡散光を平行光にすることができない。そこで、素子基板４に凹面部５３を形成し、この凹面部５３内に素子基板４よりも屈折率の大きいレンズ相当部材、例えば、樹脂５４を充填して機能的に凸レンズとなるマイクロレンズ５２を形成することにより、このマイクロレンズ５２のレンズ接線に対する光の入射角（θ２）が深くなって反射率が低くなり、反射が少なく光利用効率のよい複合光学素子５１を得ることができる。
【００９６】
なお、本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ２がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数のマイクロレンズ５２がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図５に示したような複合光学素子５１を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザに対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子５１を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が１回ですむので、製造コストが低減される。
【００９７】
本発明の第６の実施の形態を図７に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子６１は、上述した第３の実施の形態（図３参照）で説明した面発光レーザ２とマイクロレンズ３２との組み合わせをアレイ状にしたものである。この複合光学素子６１は、複数の面発光レーザ２がアレイ状に配列された基板であるウェハー状レーザ基板６２と、複数のマイクロレンズ３２がアレイ状に配列された素子基板であるウェハー状素子基板６３とを接着固定することにより形成されている。
【００９８】
ウェハー状レーザ基板６２とウェハー状素子基板６３との接着固定は、ウェハー状レーザ基板６２のエピタキシャル面を第１当接面１０として露出させ、この第１当接面１０とウェハー状素子基板６３の研磨面である第２当接面１１とを当接させ、第１当接面１０に形成した接着剤溝１３に接着剤１４を注入することにより行われている。
【００９９】
このような構成において、この複合光学素子６１では、隣り合う面発光レーザ２、及び、隣り合うマイクロレンズ３２を精度良く位置決めできるので、複数の面発光レーザ２とマイクロレンズ３２とをアレイ状に配列した場合でも隣接する面発光レーザ２間でのクロストークの発生を防止できる。
【０１００】
本発明の第７の実施の形態を図８に基づいて説明する。本実施の形態では、上述した第６の実施の形態（図７参照）で説明したように、複数の面発光レーザ２をアレイ状に配列した基板であるウェハー状レーザ基板６２と、複数のマイクロレンズ３２をアレイ状に配列した素子基板であるウェハー状素子基板６３とが接着剤溝１３に注入された接着剤１４によって接着固定されている。その後、ウェハー状レーザ基板６２とウェハー状素子基板６３とを所定のダイシング位置でダイシングすることにより、マイクロレンズ３２と面発光レーザ２とが１つずつ組となった複数の複合光学素子が形成される。
【０１０１】
ウェハー状素子基板６３におけるウェハー状レーザ基板６２に対向する基板面には電極用溝６４が形成されている。この電極用溝６４は、接着固定したウェハー状レーザ基板６２とウェハー状素子基板６３とをダイシングしてそれぞれ１つの面発光レーザ２と１つのマイクロレンズ３２とを備えた複合光学素子を作製する際に、そのダイシングを行う位置を含む位置に形成されている。
【０１０２】
このような構成において、接着固定したウェハー状素子基板６３とウェハー状レーザ基板６２とのダイシングを、ウェハー状素子基板６３から一度に行うことができる。Ａはこのときのダイシング位置であり、このダイシングによって電極用溝６４が露出される。
【０１０３】
Ａのダイシング位置でダイシングすることによりそれぞれ１つの面発光レーザ２とマイクロレンズ３２とを含む複数の複合光学素子１を作成した後、素子基板側をＢの位置でダイシングすることにより、面発光レーザ２側の基板端面とマイクロレンズ３２側の基板端面とにずれを生じさせることができ、このずれを生じた部分でワイヤボンディング等を行うことにより面発光レーザ２の電極との結線を行える。このＢの位置でダイシングする場合、そのダイシング停止位置を電極用溝６４の高さ寸法内とすればよく、ダイシング停止位置を高精度に制御しなくともダイシング時にウェハー状レーザ基板６２を傷付けることがなく、ダイシング作業の作業性が向上する。
【０１０４】
本発明の第８の実施の形態を図９及び図１０に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子７１は、上述した第３の実施の形態（図３参照）で説明した複合光学素子の素子基板４に対して、光伝達部品である光ファイバー７２が直接接合されている。
【０１０５】
素子基板４に対する光ファイバー７２の接合は、素子基板４に固定溝７３を形成し、固定溝７３に光ファイバー７２の先端を挿入することにより行われている。固定溝７３の内径寸法は、光ファイバー７２の外径寸法と略同じに設定されている。固定溝７３は、フォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【０１０６】
光ファイバー７２の先端部と固定溝７３の底面との間には、樹脂７４が注入されている。
【０１０７】
図１０は、光ファイバー７２が直接接合された複合光学素子７１を用いた光トランシーバー７５の概略を示したものである。この光トランシーバー７５は、光ファイバー７２が直接接合された複合光学素子７１、この複合光学素子７１に電気配線用ワイヤ７６を介して接続されたＬＳＩ７７、ＬＳＩ７７に電気配線用ワイヤ７６で接続された電気コネクタ７８、光ファイバー７２を保持するＶ溝が形成されたサブマウント７９、ＬＳＩ７７等が実装されたステム８０等により構成されている。なお、本実施の形態では４本の光ファイバー７２が用いられており、各光ファイバー７２が接合された４つの複複合光学素子７１はサブマウント基板１６に取付けられている。
【０１０８】
このような構成において、光ファイバー７２が素子基板４に直接接合されているので、素子基板４に対する光ファイバー７２の実装精度が高くなる。特に、光軸方向においては、光ファイバー７２と素子基板４とを押し当てるだけでよく、低いコストで高い実装精度を実現できる。
【０１０９】
さらに、光ファイバー７２の先端を固定溝７３に挿入しているため、光ファイバー７２の光軸と直交する方向の位置ずれが防止され、光軸と直交する方向についても低コストで高い実装精度を得ることができる。
【０１１０】
光ファイバー７２と素子基板４との間に空気の層が存在した場合には、光ファイバー７２の端面で反射が生じる。しかし、本実施の形態では、光ファイバー７２の先端部と固定溝７３の底面との間に樹脂７４が注入されているため、光ファイバー７２と素子基板４との間に空気の層が存在しなくなり、素子基板４と光ファイバー７２との間の屈折率差が小さくなるとともに反射率が低くなり、素子基板４と光ファイバー７２との間の光結合効率が高くなる。
【０１１１】
本発明の第９の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態の光複合素子８１の基本的構造は第８の実施の形態（図９参照）と同じであり、素子基板４に固定溝７３が形成され、この固定溝７３に光ファイバー７２の先端が挿入されている。
【０１１２】
さらに、固定溝７３の中心部に集光用レンズ８２が設けられている。この集光用レンズ８２は、面発光レーザ２側のマイクロレンズ３２で平行光にされた光を光ファイバー７２に集光する機能を有している。また、この集光用レンズ８２もマイクロレンズ３２と同様に、グレースケールマスクを用いる半導体プロセスによって非球面形状に形成されている。
【０１１３】
固定溝７３の縁部には、外方に向けて拡径するテーパー部８３が形成されている。さらに、光ファイバー７２の先端部に、先端側に向けて縮径するテーパー部８４が形成されている。テーパー部８３とテーパー部８４とのテーパー角は略同じ角度に設定されている。
【０１１４】
このような構成において、光ファイバー７２内に入射される光が集光用レンズ８２で集光されるので、素子基板４の厚み寸法などにバラツキが生じても、確実に光ファイバー７２の端面でスポットを結ぶことができ、光結合効率が高くなる。
【０１１５】
また、固定溝７３の縁部にテーパー部８３を形成し、及び、光ファイバー７２の先端部にテーパー部８４を形成し、これらテーパー部８３，８４のテーパー角を略同じ角度にすることにより、固定溝７３に光ファイバー７２の先端部を挿入したとき、テーパー部８３とテーパー部８４とが面接触し、光ファイバー７２の実装状態がより安定する。
【０１１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の複合光学素子によれば、これにより、面発光レーザの第１当接面と素子基板の第２当接面とを当接させた状態を維持したまま面発光レーザの基板と素子基板とを固定することができ、これにより、面発光レーザの基板への素子の実装を、面発光レーザの基板の基板面を被覆した絶縁樹脂層の厚みや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。特に、面発光レーザを有する基板と素子を設けた素子基板とを接着固定した後にダイシングを行うことにより電極用溝が露出され、この電極用溝でワイヤボンディング等を行うことができる。このダイシングに際して、基板と素子基板との端面がずれたようにダイシングする場合には、このダイシングの停止位置を電極用溝の高さ寸法内とすればよく、高精度のダイシング停止位置が要求されず、ダイシング作業の作業性が向上する。
【０１１７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の複合光学素子において、前記第１当接面はエピタキシャル面であり、前記第２当接面は研磨面であるので、これらの第１当接面と第２当接面とがともに高精度に平滑に形成されており、固定された面発光レーザの基板と素子基板とは高い平行度を維持され、面発光レーザの基板への素子の実装精度をより高くすることができる。
【０１１８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の複合光学素子において、前記素子は、前記素子基板における前記面発光レーザに対向する面側に配置されているので、素子と面発光レーザとの距離に関して、素子基板の厚み公差の影響をなくして素子と面発光レーザとの距離の公差を小さくすることができ、面発光レーザに対する素子の実装精度を高めることができる。
【０１１９】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれか一記載の複合光学素子において、前記面発光レーザと前記素子とがアレイ状に配列されているので、この複合光学素子では、面発光レーザの基板への素子の実装を簡便に精度良く行うことができ、これらの面発光レーザと素子とをアレイ状に配列した場合でも各面発光レーザから発せられる光を平行光とすることができ、これにより、隣接する面発光レーザから発せられる光のクロストークの発生を防止できる。
【０１２１】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、電気配線であるので、面発光レーザの基板への電気配線の実装精度が高くなり、面発光レーザへの通電を高精度に行える。
【０１２２】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、マイクロレンズであるので、面発光レーザの基板へのマイクロレンズの実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた拡散光を高精度に平行光にすることができる。
【０１２３】
請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の複合光学素子において、前記マイクロレンズが、前記素子基板に形成された凹面部とこの凹面部内に凸レンズを構成するように充填された前記素子基板よりも屈折率の大きいレンズ相当部材とよりなるので、面発光レーザから発せられた光がマイクロレンズに当ったときの反射率を低く抑えることができ、光利用効率のよい複合光学素子を得ることができる。
【０１２４】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、回折格子であるので、面発光レーザの基板への回折格子の実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた光を光軸以外の任意の方向に精度良く飛ばすことが可能となる。
【０１２５】
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし８のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子基板に、光伝達部品が直接接合されているので、光伝達部品を固定部材などで固定する場合に比べてその固定部材などに含まれる製造誤差の影響を受けることなく精度良く実装することができ、特に、光軸方向においては、光伝達部品と素子基板とを押し当てて実装できることから、低いコストで高い実装精度を実現できる。
【０１２６】
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の複合光学素子において、前記光伝達部品と前記素子基板との間に樹脂が介装されているので、光伝達部品と素子基板との間に樹脂が介装されることにより素子基板と光伝達部品との間の屈折率差が小さくなるとともに反射率が低くなり、素子基板と光伝達部品との間の光結合効率を高めることができる。
【０１２７】
請求項１１記載の発明によれば、請求項８又は９記載の複合光学素子において、前記光伝達部品は光ファイバーであり、前記素子基板に前記光ファイバーの先端が挿入される固定溝が形成されているので、光ファイバーの先端を固定溝に挿入することにより光ファイバーのずれを防止でき、低コストで高い実装精度を得ることができる。
【０１２８】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１１記載の複合光学素子において、前記固定溝の中心部に集光用レンズが設けられているので、光ファイバー内に入射される光が集光用レンズで集光されるので、素子基板の厚み寸法などにバラツキが生じても、確実に光ファイバーの端面でスポットを結ぶことができ、光結合効率を高めることができる。
【０１２９】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１１又は１２記載の複合光学素子において、前記固定溝の縁部に、外方に向けて拡径するテーパー部が形成されているので、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度を高めることができる。
【０１３０】
請求項１４記載の発明によれば、請求項１１ないし１３のいずれか一記載の複合光学素子において、前記光ファイバーの先端部に、先端側に向けて縮径するテーパー部が形成されているので、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度を高めることができる。
【０１３１】
請求項１５記載の発明の光トランシーバーによれば、請求項１０ないし１４のいずれか一記載の光ファイバーが直接接合された複合光学素子を利用することで、低コストの光トランシーバーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図６】マイクロレンズの入射面が凸形状の場合（ａ）と平坦な場合（ｂ）とにおける入射角の違いを説明する説明図である
【図７】本発明の第６の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態の複合光学素子の製造工程におけるダイシング前の状態を示す縦断正面図である。
【図９】本発明の第８の実施の形態の複合光学素子を概略構造を示す縦断正面図である。
【図１０】その複合光学素子を用いた光トランシーバーの概略を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第９の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１ 複合光学素子
２ 面発光レーザ
３ 素子、電気配線
４ 素子基板
５ 基板
７ 絶縁樹脂層
１０ 基板面、第１当接面、エピタキシャル面
１１ 基板面、第２当接面、研磨面
１３ 接着剤溝
１４ 接着剤
２１ 複合光学素子
２２ 素子、マイクロレンズ
３１ 複合光学素子
３２ 素子、マイクロレンズ
４１ 複合光学素子
４２ 素子、回折格子
５１ 複合光学素子
５２ 素子、マイクロレンズ
５３ 凹面部
５４ レンズ相当部材
６１ 複合光学素子
６２ 基板、ウェハー状レーザ基板
６３ 素子基板、ウェハー状素子基板
６４ 電極用溝
７１ 複合光学素子
７２ 光伝達部品、光ファイバー
７３ 固定溝
７４ 樹脂
７７ ＬＳＩ
７８ 電気コネクタ
８１ 複合光学素子
８２ 集光用レンズ
８３ テーパー部
８４ テーパー部
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合光学素子、及び光トランシーバーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、面発光レーザは並列光インターコネクションのキーデバイスとしてその有用性が高まっている。その実用化においては、従来の電気配線と異なり、高い実装精度が要求されている。そこで、半導体プロセスなどを駆使して非常に高精度に加工された部材を利用し、その部材の面を基準面にして光学素子を実装する方法が検討されている。この高精度に加工された部材をＭＯＢ（Micro-Optical Bench）と呼び、このＭＯＢを用いた実装法（ＭＯＢ実装法）は、様々な要求を満足する上で、非常に重要な技術である。また、このＭＯＢ実装法は、２次元マイクロレンズアレイなどの実装においても、大きな役割を担っている。しかし、このようなＭＯＢ実装法においては、その製造コストの面で大きな課題を残しており、特に、面発光レーザの電気接続やマイクロレンズとの光結合などでは最も大きな課題の一つとなっている。
【０００３】
そこで、マイクロレンズなどの素子をＭＯＢの利用なしで、直接、面発光レーザの基板に貼り付ける方法も検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１７４７公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、面発光レーザの基板の表面側には、面発光レーザを形成する際のエッチング部分等の絶縁性を図るためにポリイミドなどの絶縁樹脂をスピンコートなどで塗布しており、絶縁樹脂を塗布した面の凹凸は数μｍに達する。このため、この絶縁樹脂の塗布面に直接光学素子を実装しても、高い実装精度は得られない。
【０００６】
また、面発光レーザの基板と素子を設けた素子基板とを固定する方法として、基板と素子基板との間に接着剤を挟む方法も考えられるが、接着剤の厚みのバラツキにより高さ方向の精度を出しにくい。バンプなどを利用した固定方法も同様にその精度が数μｍであり、課題が残っている。
【０００７】
本発明の目的は、面発光レーザの基板に各種の素子を実装する場合、その実装精度を簡単な構成で高めることである。
【０００８】
本発明の別の目的は、素子基板に対する光ファイバー等の光伝達部品の接合を簡単な構成で高精度に行うことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、面発光レーザの基板に素子を実装した複合光学素子において、前記基板の第１当接面と、前記素子が設けられた素子基板の基板面であって前記第１当接面に当接された第２当接面と、前記第１当接面と前記第２当接面との当接した面内の少なくとも一方に形成された接着剤溝と、前記接着剤溝に注入されて前記第１当接面と前記第２当接面とを当接位置に位置づけして前記基板と前記素子基板とを接着固定した接着剤と、を有し、前記素子基板における前記基板に対向する面に電極用溝が形成され、この電極溝の位置でダイシングされたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、“素子”としては、電気的、機械的、光学的な諸機能を持った素子が含まれ、特に、面発光レーザに実装して有用性が高いものを指す。例えば、電気配線や、面発光レーザの固定や保護用のカバーや、レンズ機能を持つ部材などが該当する。
【００１１】
“接着剤溝”は、第１当接面と第２当接面とのいずれか一方のみに形成してもよく、或いは、両方に形成してもよい。
【００１２】
したがって、面発光レーザの基板への素子の実装は、面発光レーザの基板の基板面の一部である第１当接面と、素子基板の基板面の一部である第２当接面とを当接させ、接着剤溝に接着剤を注入して面発光レーザの基板と素子基板とを固定することにより行う。これにより、面発光レーザの基板と素子基板とを、面発光レーザの第１当接面と素子基板の第２当接面とを当接させた状態を維持したまま固定することができ、面発光レーザの基板への素子の実装を、面発光レーザの基板の基板面を被覆した絶縁樹脂層の厚みや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。特に、面発光レーザを有する基板と素子を設けた素子基板とを接着固定した後にダイシングを行うことにより電極用溝が露出され、この電極用溝でワイヤボンディング等を行うことができる。このダイシングに際して、基板と素子基板との端面がずれたようにダイシングする場合には、このダイシングの停止位置を電極用溝の高さ寸法内とすればよく、高精度のダイシング停止位置が要求されず、ダイシング作業の作業性が向上する。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の複合光学素子において、前記第１当接面はエピタキシャル面であり、前記第２当接面は研磨面であることを特徴とする。
【００１４】
ここで、“エピタキシャル面”は、化学気相成長法により形成された面であり、高精度に平滑に形成されている。“研磨面”も高精度に平滑に形成されている。
【００１５】
したがって、第１当接面と第２当接面とがともに高精度に平滑に形成されているので、固定された面発光レーザの基板と素子基板とは高い平行度を維持され、面発光レーザの基板への素子の実装精度がより高くなる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の複合光学素子において、前記素子は、前記素子基板における前記面発光レーザに対向する面側に配置されていることを特徴とする。
【００１７】
したがって、素子基板に素子を設けた場合、その素子を素子基板における面発光レーザに対向する面側に配置することにより、素子と面発光レーザとの距離に関して、素子基板の厚み公差の影響をなくして素子と面発光レーザとの距離の公差を小さくすることができ、面発光レーザに対する素子の実装精度が高くなる。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一記載の複合光学素子において、前記面発光レーザと前記素子とがアレイ状に配列されていることを特徴とする。
【００１９】
したがって、この複合光学素子では、面発光レーザの基板への素子の実装を簡便に精度良く行うことができ、これらの面発光レーザと素子とをアレイ状に配列した場合でも各面発光レーザから発せられる光が平行光となり、これにより、隣接する面発光レーザから発せられる光のクロストークの発生が防止される。
【００２１】
したがって、面発光レーザを有する基板と素子を設けた素子基板とを接着固定した後にダイシングを行うことにより電極用溝が露出され、この電極用溝でワイヤボンディング等を行うことができる。このダイシングに際して、基板と素子基板との端面がずれたようにダイシングする場合には、このダイシングの停止位置を電極用溝の高さ寸法内とすればよく、高精度のダイシング停止位置が要求されず、ダイシング作業の作業性が向上する。
【００２２】
請求項５記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、電気配線であることを特徴とする。
【００２３】
したがって、面発光レーザの基板への電気配線の実装精度が高くなり、面発光レーザへの通電を高精度に行える。
【００２４】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、マイクロレンズであることを特徴とする。
【００２５】
したがって、面発光レーザの基板へのマイクロレンズの実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた拡散光を高精度に平行光にすることができる。さらに、素子としてマイクロレンズを用いて面発光レーザから発せられる拡散光を平行光にすることにより、面発光レーザの光軸方向の実装公差を大きくとることができる。
【００２６】
このマイクロレンズとしては、グレースケールマスクを用いたフォトリソグラフィープロセスで形成したものが、任意の非球面形状に形成できる点で好適である。
【００２７】
請求項７記載の発明は、請求項６記載の複合光学素子において、前記マイクロレンズが、前記素子基板に形成された凹面部とこの凹面部内に凸レンズを構成するように充填された前記素子基板よりも屈折率の大きいレンズ相当部材とよりなることを特徴とする。
【００２８】
ここで、面発光レーザから発せられる光は拡散しており、その拡散光に対向して位置するレンズ面形状が凸形状であると、入射角が浅くなり、反射率が高くなる。このため、面発光レーザに対向するレンズ面形状は凹面形状が好ましい。しかし、凹面ではパワーが負のため、拡散光を平行光にすることができない。そこで、素子基板に凹面部を形成し、この凹面部内に素子基板よりも屈折率の大きいレンズ相当部材、例えば、樹脂を充填することにより機能的に凸レンズとなるマイクロレンズを形成することができる。レンズ相当部材における面発光レーザに対向する面は平坦であることが好適である。
【００２９】
したがって、面発光レーザから発せられた光がマイクロレンズに当ったときの反射率を低く抑えることができ、光利用効率のよい複合光学素子を得ることができる。
【００３０】
請求項８記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、回折格子であることを特徴とする。
【００３１】
ここで、通信用に面発光レーザを用いる場合、その波長を選択的にコントロールし、多重波長の通信を行う必要がある。その時に波長の相違に対する色収差をマイクロレンズ単体で補正するのには限界がある。
【００３２】
したがって、面発光レーザの基板への回折格子の実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた光を光軸以外の任意の方向に精度良く飛ばすことが可能となる。また、素子として回折格子を設けることにより、色収差に強い設計を行える。
【００３３】
さらに、この回折格子の形成をフォトリソグラフィープロセスで行うことができ、素子基板への接着剤溝の形成時に同時に形成することができ、製造コストの上昇を抑えられる。
【００３４】
請求項９記載の発明は、請求項１ないし８のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子基板に、光伝達部品が直接接合されていることを特徴とする。
【００３５】
ここで、“直接接合されている”とは、素子基板と光伝達部品とを接合する際の位置決めを、素子基板や光伝達部品を保持部材で保持することにより行うのではなく、当該部品を接合することによって当該部品の位置決めを行える状態を意味する。
【００３６】
したがって、光伝達部品と素子基板とを直接接合することによって、光伝達部品を固定部材などで固定する場合に比べてその固定部材などに含まれる製造誤差の影響を受けることなく精度良く実装できる。特に、光軸方向においては、光伝達部品と素子基板とを押し当てて実装できることから、低いコストで高い実装精度を実現できる。
【００３７】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の複合光学素子において、前記光伝達部品と前記素子基板との間に樹脂が介装されていることを特徴とする。
【００３８】
したがって、光伝達部品と素子基板との間に空気の層が存在すると光伝達部品の端面で反射が生じるが、光伝達部品と素子基板との間に樹脂が介装されることにより素子基板と光伝達部品との間の屈折率差が小さくなるとともに反射率が低くなり、素子基板と光伝達部品との間の光結合効率が高くなる。
【００３９】
請求項１１記載の発明は、請求項８又は９記載の複合光学素子において、前記光伝達部品は光ファイバーであり、前記素子基板に前記光ファイバーの先端が挿入される固定溝が形成されていることを特徴とする。
【００４０】
したがって、光ファイバーの先端を固定溝に挿入することにより、光ファイバーのずれが防止され、低コストで高い実装精度を得ることができる。
【００４１】
請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の複合光学素子において、前記固定溝の中心部に集光用レンズが設けられていることを特徴とする。
【００４２】
したがって、光ファイバー内に入射される光が集光用レンズで集光されるので、素子基板の厚み寸法などにバラツキが生じても、確実に光ファイバーの端面でスポットを結ぶことができ、光結合効率が高くなる。
【００４３】
請求項１３記載の発明は、請求項１１又は１２記載の複合光学素子において、前記固定溝の縁部に、外方に向けて拡径するテーパー部が形成されていることを特徴とする。
【００４４】
したがって、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度が高くなる。
【００４５】
請求項１４記載の発明は、請求項１１ないし１３のいずれか一記載の複合光学素子において、前記光ファイバーの先端部に、先端側に向けて縮径するテーパー部が形成されていることを特徴とする。
【００４６】
したがって、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度が高くなる。
【００４７】
なお、請求項１３記載のテーパー部と請求項１４記載のテーパー部とを設け、このテーパー角をほぼ同じにすることにより、固定溝のテーパー部と光ファイバーのテーパー部とが面接触し、より安定した実装状態が得られる。
【００４８】
請求項１５記載の発明の光トランシーバーは、請求項１０ないし１４のいずれか一記載の光ファイバーが直接接合された複合光学素子と、前記複合光学素子に接続されたＬＳＩと、前記ＬＳＩに接続された電気コネクタと、を有する。
【００４９】
したがって、請求項１０ないし１４のいずれか一記載の光ファイバーが直接接合された複合光学素子を利用することで、低コストの光トランシーバーを提供することができる。
【００５６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子１は、面発光レーザ２が設けられた基板である半導体レーザ基板５に、素子である電気配線３を設けた素子基板４を接着固定したものである。
【００５７】
面発光レーザ２の形成に際しては、半導体レーザ基板５上にクラッド層や活性層等をエピタキシャル成長させて形成し（クラッド層や活性層の詳細については図示を省略）、形成されたクラッド層等をドライエッチングすることによりメサ６を形成する。その後、電極狭窄工程を経てメサ６やドライエッチングにより露出されたエピタキシャル面（一つのクラッド層の面）を覆うように絶縁樹脂層（ポリイミド）７を塗布する。塗布した絶縁樹脂層７に対してマスクを通して感光硬化する処理を行い、このとき、メサ６の上面部の発光領域と、素子基板４が当接される領域については感光硬化させず、有機溶剤で洗浄することにより絶縁樹脂層７を除去する。これにより、素子基板４が当接される領域ではエピタキシャル面が第１当接面１０として露出する。その後、絶縁樹脂層７の上にｐ側電極８を形成し、半導体レーザ基板５の裏面にｎ側電極９を形成する。
【００５８】
素子基板４は、石英により形成された基板であり、この素子基板４における面発光レーザ２の第１当接面１０に当接される基板面である第２当接面１１は研磨面とされている。
【００５９】
素子基板４には、素子基板４を半導体レーザ基板５に接着固定するために第２当接面１１を半導体レーザ基板５の第１当接面１０に当接させたとき、凸形状のメサ６に対向してメサ６との衝突を避けるための凹部１２と、接着剤溝１３とが形成されている。これらの凹部１２と接着剤溝１３とは、フォトリソグラフィープロセスにより形成されている。接着剤溝１３は、第２当接面１１の領域内に形成され、かつ、凹部１２を囲むようにリング状に形成され、少なくとも１箇所は素子基板４の端面まで伸びており、その部分が接着剤注入口とされている。
【００６０】
これらの凹部１２と接着剤溝１３とが形成された後、素子基板４における凹部１２や接着剤溝１３が形成された面にアルミニウム膜が蒸着され、このアルミニウム膜をフォトリソグラフィープロセスによってパターニングすることにより素子である電気配線３が設けられている。
【００６１】
面発光レーザ２への素子基板４の接着固定は、以下の手順で行われる。まず、面発光レーザ２の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させる。このときの当接位置の位置決めは、面発光レーザ２と素子基板４とにおけるそれぞれのフォトリソグラフィープロセスにおいてアライメントマーク（図示せず）を付けておき、そのアライメントマークを顕微鏡で観察しながら行う。これにより、数μｍオーダーの位置決め精度を得ることができる。この位置合わせ終了後、接着剤１４を接着剤注入口から注入する。注入された接着剤１４は毛細管現象により接着剤溝１３内を進行し、この接着剤１４により面発光レーザ２と素子基板４とが接着固定される。接着剤１４としては、紫外線照射により硬化するタイプのものが好適である。
【００６２】
なお、面発光レーザ２と素子基板４とを位置合わせする際に、ｐ側電極８と電気配線３とを結線するバンプ１５を介装する。バンプ１５は圧力付与により容易に変形可能な材質であり、バンプ１５を介装しても第１当接面１０と第２当接面１１との当接状態は維持される。
【００６３】
面発光レーザ２と素子基板４とを接着固定することにより、メサ６の上面部の発光領域は石英の素子基板４により覆われるが、面発光レーザ２の出射光の波長が１．３μｍ帯であり、石英の素子基板４はこの波長に対して透明であるので、何ら支障は生じない。
【００６４】
面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５と素子基板４とを接着固定して形成された複合光学素子１は、サブマウント基板１６に取付けて使用される。複合光学素子１のサブマウント基板１６への取付けに際しては、ｎ側電極９とサブマウント基板１６上の電気配線（図示せず）との結線がバンプ１７により行われ、電気配線３とサブマウント基板１６上の他の電気配線（図示せず）との結線がバンプ１８により行われている。
【００６５】
このような構成において、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５への素子である電気配線３の実装に際しては、絶縁樹脂層７を除去して露出されたエピタキシャル面である第１当接面１０と、素子基板４の研磨面である第２当接面１１とを当接させ、接着剤溝１３に注入した接着剤１４によって面発光レーザ２と素子基板４とを接着固定している。このため、半導体レーザ基板５と素子基板４とを、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させた状態を維持したまま固定することができ、半導体レーザ基板５への電気配線３の実装を、絶縁樹脂層７やバンプ１５や接着剤１４の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【００６６】
なお、本実施の形態では、一つの面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５とそれに対応する一つの電気配線３が設けられた素子基板４とを接着固定して一つの複合光学素子１を形成する場合を例に挙げて説明したが、複数の面発光レーザ２がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数の電気配線がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図１に示したような複合光学素子１を複数形成してもよい。
【００６７】
この場合において、ウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する工程は、ウェハー状レーザ基板の基板面を被覆した絶縁樹脂層を除去して露出された基板面（図１の第１当接面１０に相当）とウェハー状素子基板の基板面（図１の第２当接面１１に相当）とを当接させ、それらの基板面の当接した面内の少なくとも一方に形成した接着剤溝（図１の接着剤溝１３に相当）に接着剤を注入することにより行う。なお、接着剤溝の形成位置は、ダイシングによる切り離しを行った後にも、各複合光学素子（図１の複合光学素子１に相当）において面発光レーザ基板と素子基板との接着固定状態を維持できる位置に形成する。
【００６８】
これにより、個々の面発光レーザの基板に対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子１を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が１回ですむので、製造コストが低減される。
【００６９】
接着固定したウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とをダイシングで切り離す場合に、その一端側のダイシング位置を図１に示すように半導体レーザ基板５側と素子基板４側とでずらすことにより、そのずらした部分をバンプ１８を用いた結線に好適な構造として利用することができる。
【００７０】
また、半導体レーザ基板５と素子基板４とを接着剤１４で接着固定する工程に関して、真空チャンバー（図示せず）を使用することが有効である。この場合には、半導体レーザ基板５の基板面（第１当接面１０）と素子基板４の基板面（第２当接面１１）とを当接させ、接着剤溝１３を接着剤注入口を除いた部分を閉止する。このようにして基板面を当接させた半導体レーザ基板５と素子基板４とを真空チャンバー内に入れ、真空引きを行って真空チャンバー内を真空にする。このとき、半導体レーザ基板５と素子基板４との基板端部には接着剤を塗布し、仮止め状態としておく。真空引きされた真空チャンバー内で接着剤注入口を皿に満たされた接着剤に浸し、その後、真空チャンバー内の真空引きを解除する。これにより、接着剤注入口が浸されている接着剤が負圧状態となっている接着剤溝１３内に吸入され、半導体レーザ基板５と素子基板４との接着固定に際して行われる接着剤溝１３への接着剤１４の注入を短時間で確実に行うことができ、複合光学素子１の製造の作業性が向上する。
【００７１】
半導体レーザ基板５と素子基板４との接合位置の位置合わせは、半導体レーザ基板５と素子基板４とに付けられているアライメントマークを顕微鏡で観察品が行うが、真空チャンバー内に入れる前にはラフが位置合わせをし、真空チャンバーから取り出した後に高精度の位置合わせをすることができる。高精度の位置合わせを行った後、紫外線を照射して接着剤１４を硬化させる。
【００７２】
本発明の第２の実施の形態を図２に基づいて説明する。なお、第１の実施の形態において説明した部分と同じ部分は同じ符号で示し、説明も省略する（以下の実施の形態でも同じ）。
【００７３】
本実施の形態の複合光学素子２１は、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５に、素子であるマイクロレンズ２２を設けた素子基板４を接着固定したものである。
【００７４】
マイクロレンズ２２は、素子基板４における面発光レーザ２に対向する面の反対側の面に形成されている。素子基板４におけるマイクロレンズ２２が形成された面も第２当接面１１と同じように研磨され、その研磨された面の上にマイクロレンズ２２が形成されている。
【００７５】
マイクロレンズ２２は、面発光レーザ２から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ２から発せられた拡散光を平行光にできるように設計されている。さらに、このマイクロレンズ２２はグレースケールマスクを用いたフォトリソグラフィープロセスにより非球面に形成され、光の波面収差を低減することができる。
【００７６】
接着固定された半導体レーザ基板５と素子基板４とは、半導体レーザ基板５の第１当接面（エピタキシャル面）１０と素子基板４の第２当接面（研磨面）１１とが当接されており、その公差は非常に高い精度で制御されている。
【００７７】
半導体レーザ基板５と素子基板４との接着固定は第１の実施の形態と同様に行われており、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とが当接され、第２当接面１１に形成した接着剤溝１３に接着剤１４が注入されている。
【００７８】
なお、本実施の形態では図示を省略しているが、面発光レーザ２の電気的な結線は第１の実施の形態と同じように行われている。
【００７９】
このような構成において、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５への素子基板４の接着固定を、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第１当接面１０と第２当接面１１とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板５への素子であるマイクロレンズ２２の実装を、絶縁樹脂層７やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【００８０】
なお、本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ２がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数のマイクロレンズ２２がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図２に示したような複合光学素子２１を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザに対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子２１を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が１回ですむので、製造コストが低減される。
【００８１】
本発明の第３の実施の形態を図３に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子３１は、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５に、素子であるマイクロレンズ３２を設けた素子基板４を接着固定したものであり、基本的な構造は第２の実施の形態と同じである。
【００８２】
本実施の形態と第２の実施の形態との異なる点は、マイクロレンズ３２が形成されている位置であり、本実施の形態では、素子基板４における面発光レーザ２に対向する面に形成されている。
【００８３】
マイクロレンズ３２は、面発光レーザ２から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ２から発せられた拡散光を平行光にできるように設計されている。このマイクロレンズ３２は、凹部１２や接着剤溝１３と共にフォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【００８４】
このような構成において、半導体レーザ基板５への素子基板４の接着固定を、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第１当接面１０と第２当接面１１とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板５への素子であるマイクロレンズ２２の実装を、絶縁樹脂層７やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【００８５】
さらに、マイクロレンズ３２が素子基板４における面発光レーザ２に対向する面に形成されているので、マイクロレンズ３２の実装に際して素子基板４の厚み公差の影響を受けなくなり、マイクロレンズ３２と面発光レーザ２との距離の公差をより小さくすることができ、半導体レーザ基板５に対するマイクロレンズ３２の実装精度をより高めることができる。
【００８６】
なお、本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ２がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数のマイクロレンズ３２がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図３に示したような複合光学素子３１を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザの基板に対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子３１を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が１回ですむので、製造コストが低減される。
【００８７】
本発明の第４の実施の形態を図４に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子４１は、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５に、素子である回折格子４２を設けた素子基板４を接着固定したものである。素子基板４と面発光レーザ２との接着固定構造は上述した各実施の形態と同じであり、回折格子４２は第３の実施の形態のマイクロレンズ３２と同じように、素子基板４における面発光レーザ２に対向する面に形成されている。
【００８８】
回折格子４２は、面発光レーザ２から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ２から発せられた拡散光を光軸以外の任意の方向に向けて飛ばすことができるように設計されている。回折格子４２は、凹部１２や接着剤溝１３と共にフォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【００８９】
このような構成において、半導体レーザ基板５への素子基板４の接着固定を、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第１当接面１０と第２当接面１１とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板５への素子である回折格子４２の実装を、絶縁樹脂層７やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【００９０】
さらに、回折格子４２が素子基板４における面発光レーザ２に対向する面に形成されているので、回折格子４２の実装に際して素子基板４の厚み公差の影響を受けなくなり、回折格子４２と面発光レーザ２との距離の公差をより小さくすることができ、面発光レーザ２に対する回折格子４２の実装精度をより高めることができる。
【００９１】
なお、本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ２がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数の回折格子４２がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図４に示したような複合光学素子４１を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザの基板に対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子４１を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が１回ですむので、製造コストが低減される。
【００９２】
本発明の第５の実施の形態を図５及び図６に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子５１は、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５に、素子であるマイクロレンズ５２を設けた素子基板４を接着固定したものである。このマイクロレンズ５２は、石英の素子基板４に凹面部５３を形成し、この凹面部５３にレンズ相当部材である樹脂５４を充填することにより形成されている。樹脂５４は、石英より屈折率の大きなものが使用されている。凹面部５３に樹脂５４を充填して構成されたマイクロレンズ５２は、凸レンズとして機能する。
【００９３】
マイクロレンズ５２は、面発光レーザ２から発せられる光の前方側に配置され、面発光レーザ２から発せられた拡散光を平行光にできるように設計されている。この凹面部５３は、凹部１２や接着剤溝１３と共にフォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【００９４】
このような構成において、面発光レーザ２が設けられた半導体レーザ基板５への素子基板４の接着固定を、半導体レーザ基板５の第１当接面１０と素子基板４の第２当接面１１とを当接させた状態を維持したまま行うことができる。第１当接面１０と第２当接面１１とがともに高精度に平滑に形成された面であるので、半導体レーザ基板５への素子であるマイクロレンズ５２の実装を、絶縁樹脂層７やバンプや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。
【００９５】
図６は、マイクロレンズの入射面が凸形状の場合（ａ）と平坦な場合（ｂ）とにおける入射角の違いを説明する説明図である。面発光レーザ２から発せられる拡散光に対向して位置するレンズの形状が（ａ）に示すように凸形状であると、レンズ接線に対する光の入射角（θ１）が浅くなり、反射率が高くなる。このため、面発光レーザ２に対向するレンズ形状は凹面形状が好ましい。しかし、凹面ではパワーが負のため、拡散光を平行光にすることができない。そこで、素子基板４に凹面部５３を形成し、この凹面部５３内に素子基板４よりも屈折率の大きいレンズ相当部材、例えば、樹脂５４を充填して機能的に凸レンズとなるマイクロレンズ５２を形成することにより、このマイクロレンズ５２のレンズ接線に対する光の入射角（θ２）が深くなって反射率が低くなり、反射が少なく光利用効率のよい複合光学素子５１を得ることができる。
【００９６】
なお、本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態において説明したように、複数の面発光レーザ２がアレイ状に設けられたウェハー状レーザ基板を形成し、さらに、複数のマイクロレンズ５２がアレイ状に設けられたウェハー状素子基板を形成し、これらのウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着剤により接着固定し、これをダイシングで切り離すことにより図５に示したような複合光学素子５１を複数形成してもよい。これにより、個々の面発光レーザに対して素子基板を接着固定する場合に比べると、複数の複合光学素子５１を作成するにあたって行うウェハー状レーザ基板とウェハー状素子基板とを接着固定する作業が１回ですむので、製造コストが低減される。
【００９７】
本発明の第６の実施の形態を図７に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子６１は、上述した第３の実施の形態（図３参照）で説明した面発光レーザ２とマイクロレンズ３２との組み合わせをアレイ状にしたものである。この複合光学素子６１は、複数の面発光レーザ２がアレイ状に配列された基板であるウェハー状レーザ基板６２と、複数のマイクロレンズ３２がアレイ状に配列された素子基板であるウェハー状素子基板６３とを接着固定することにより形成されている。
【００９８】
ウェハー状レーザ基板６２とウェハー状素子基板６３との接着固定は、ウェハー状レーザ基板６２のエピタキシャル面を第１当接面１０として露出させ、この第１当接面１０とウェハー状素子基板６３の研磨面である第２当接面１１とを当接させ、第１当接面１０に形成した接着剤溝１３に接着剤１４を注入することにより行われている。
【００９９】
このような構成において、この複合光学素子６１では、隣り合う面発光レーザ２、及び、隣り合うマイクロレンズ３２を精度良く位置決めできるので、複数の面発光レーザ２とマイクロレンズ３２とをアレイ状に配列した場合でも隣接する面発光レーザ２間でのクロストークの発生を防止できる。
【０１００】
本発明の第７の実施の形態を図８に基づいて説明する。本実施の形態では、上述した第６の実施の形態（図７参照）で説明したように、複数の面発光レーザ２をアレイ状に配列した基板であるウェハー状レーザ基板６２と、複数のマイクロレンズ３２をアレイ状に配列した素子基板であるウェハー状素子基板６３とが接着剤溝１３に注入された接着剤１４によって接着固定されている。その後、ウェハー状レーザ基板６２とウェハー状素子基板６３とを所定のダイシング位置でダイシングすることにより、マイクロレンズ３２と面発光レーザ２とが１つずつ組となった複数の複合光学素子が形成される。
【０１０１】
ウェハー状素子基板６３におけるウェハー状レーザ基板６２に対向する基板面には電極用溝６４が形成されている。この電極用溝６４は、接着固定したウェハー状レーザ基板６２とウェハー状素子基板６３とをダイシングしてそれぞれ１つの面発光レーザ２と１つのマイクロレンズ３２とを備えた複合光学素子を作製する際に、そのダイシングを行う位置を含む位置に形成されている。
【０１０２】
このような構成において、接着固定したウェハー状素子基板６３とウェハー状レーザ基板６２とのダイシングを、ウェハー状素子基板６３から一度に行うことができる。Ａはこのときのダイシング位置であり、このダイシングによって電極用溝６４が露出される。
【０１０３】
Ａのダイシング位置でダイシングすることによりそれぞれ１つの面発光レーザ２とマイクロレンズ３２とを含む複数の複合光学素子１を作成した後、素子基板側をＢの位置でダイシングすることにより、面発光レーザ２側の基板端面とマイクロレンズ３２側の基板端面とにずれを生じさせることができ、このずれを生じた部分でワイヤボンディング等を行うことにより面発光レーザ２の電極との結線を行える。このＢの位置でダイシングする場合、そのダイシング停止位置を電極用溝６４の高さ寸法内とすればよく、ダイシング停止位置を高精度に制御しなくともダイシング時にウェハー状レーザ基板６２を傷付けることがなく、ダイシング作業の作業性が向上する。
【０１０４】
本発明の第８の実施の形態を図９及び図１０に基づいて説明する。本実施の形態の複合光学素子７１は、上述した第３の実施の形態（図３参照）で説明した複合光学素子の素子基板４に対して、光伝達部品である光ファイバー７２が直接接合されている。
【０１０５】
素子基板４に対する光ファイバー７２の接合は、素子基板４に固定溝７３を形成し、固定溝７３に光ファイバー７２の先端を挿入することにより行われている。固定溝７３の内径寸法は、光ファイバー７２の外径寸法と略同じに設定されている。固定溝７３は、フォトリソグラフィープロセスにより形成されている。
【０１０６】
光ファイバー７２の先端部と固定溝７３の底面との間には、樹脂７４が注入されている。
【０１０７】
図１０は、光ファイバー７２が直接接合された複合光学素子７１を用いた光トランシーバー７５の概略を示したものである。この光トランシーバー７５は、光ファイバー７２が直接接合された複合光学素子７１、この複合光学素子７１に電気配線用ワイヤ７６を介して接続されたＬＳＩ７７、ＬＳＩ７７に電気配線用ワイヤ７６で接続された電気コネクタ７８、光ファイバー７２を保持するＶ溝が形成されたサブマウント７９、ＬＳＩ７７等が実装されたステム８０等により構成されている。なお、本実施の形態では４本の光ファイバー７２が用いられており、各光ファイバー７２が接合された４つの複複合光学素子７１はサブマウント基板１６に取付けられている。
【０１０８】
このような構成において、光ファイバー７２が素子基板４に直接接合されているので、素子基板４に対する光ファイバー７２の実装精度が高くなる。特に、光軸方向においては、光ファイバー７２と素子基板４とを押し当てるだけでよく、低いコストで高い実装精度を実現できる。
【０１０９】
さらに、光ファイバー７２の先端を固定溝７３に挿入しているため、光ファイバー７２の光軸と直交する方向の位置ずれが防止され、光軸と直交する方向についても低コストで高い実装精度を得ることができる。
【０１１０】
光ファイバー７２と素子基板４との間に空気の層が存在した場合には、光ファイバー７２の端面で反射が生じる。しかし、本実施の形態では、光ファイバー７２の先端部と固定溝７３の底面との間に樹脂７４が注入されているため、光ファイバー７２と素子基板４との間に空気の層が存在しなくなり、素子基板４と光ファイバー７２との間の屈折率差が小さくなるとともに反射率が低くなり、素子基板４と光ファイバー７２との間の光結合効率が高くなる。
【０１１１】
本発明の第９の実施の形態を図１１に基づいて説明する。本実施の形態の光複合素子８１の基本的構造は第８の実施の形態（図９参照）と同じであり、素子基板４に固定溝７３が形成され、この固定溝７３に光ファイバー７２の先端が挿入されている。
【０１１２】
さらに、固定溝７３の中心部に集光用レンズ８２が設けられている。この集光用レンズ８２は、面発光レーザ２側のマイクロレンズ３２で平行光にされた光を光ファイバー７２に集光する機能を有している。また、この集光用レンズ８２もマイクロレンズ３２と同様に、グレースケールマスクを用いる半導体プロセスによって非球面形状に形成されている。
【０１１３】
固定溝７３の縁部には、外方に向けて拡径するテーパー部８３が形成されている。さらに、光ファイバー７２の先端部に、先端側に向けて縮径するテーパー部８４が形成されている。テーパー部８３とテーパー部８４とのテーパー角は略同じ角度に設定されている。
【０１１４】
このような構成において、光ファイバー７２内に入射される光が集光用レンズ８２で集光されるので、素子基板４の厚み寸法などにバラツキが生じても、確実に光ファイバー７２の端面でスポットを結ぶことができ、光結合効率が高くなる。
【０１１５】
また、固定溝７３の縁部にテーパー部８３を形成し、及び、光ファイバー７２の先端部にテーパー部８４を形成し、これらテーパー部８３，８４のテーパー角を略同じ角度にすることにより、固定溝７３に光ファイバー７２の先端部を挿入したとき、テーパー部８３とテーパー部８４とが面接触し、光ファイバー７２の実装状態がより安定する。
【０１１６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明の複合光学素子によれば、これにより、面発光レーザの第１当接面と素子基板の第２当接面とを当接させた状態を維持したまま面発光レーザの基板と素子基板とを固定することができ、これにより、面発光レーザの基板への素子の実装を、面発光レーザの基板の基板面を被覆した絶縁樹脂層の厚みや接着剤の厚みなどの誤差要因を除去して精度良く、しかも、簡単な構造で行うことができる。特に、面発光レーザを有する基板と素子を設けた素子基板とを接着固定した後にダイシングを行うことにより電極用溝が露出され、この電極用溝でワイヤボンディング等を行うことができる。このダイシングに際して、基板と素子基板との端面がずれたようにダイシングする場合には、このダイシングの停止位置を電極用溝の高さ寸法内とすればよく、高精度のダイシング停止位置が要求されず、ダイシング作業の作業性が向上する。
【０１１７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の複合光学素子において、前記第１当接面はエピタキシャル面であり、前記第２当接面は研磨面であるので、これらの第１当接面と第２当接面とがともに高精度に平滑に形成されており、固定された面発光レーザの基板と素子基板とは高い平行度を維持され、面発光レーザの基板への素子の実装精度をより高くすることができる。
【０１１８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の複合光学素子において、前記素子は、前記素子基板における前記面発光レーザに対向する面側に配置されているので、素子と面発光レーザとの距離に関して、素子基板の厚み公差の影響をなくして素子と面発光レーザとの距離の公差を小さくすることができ、面発光レーザに対する素子の実装精度を高めることができる。
【０１１９】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれか一記載の複合光学素子において、前記面発光レーザと前記素子とがアレイ状に配列されているので、この複合光学素子では、面発光レーザの基板への素子の実装を簡便に精度良く行うことができ、これらの面発光レーザと素子とをアレイ状に配列した場合でも各面発光レーザから発せられる光を平行光とすることができ、これにより、隣接する面発光レーザから発せられる光のクロストークの発生を防止できる。
【０１２１】
請求項５記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、電気配線であるので、面発光レーザの基板への電気配線の実装精度が高くなり、面発光レーザへの通電を高精度に行える。
【０１２２】
請求項６記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、マイクロレンズであるので、面発光レーザの基板へのマイクロレンズの実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた拡散光を高精度に平行光にすることができる。
【０１２３】
請求項７記載の発明によれば、請求項６記載の複合光学素子において、前記マイクロレンズが、前記素子基板に形成された凹面部とこの凹面部内に凸レンズを構成するように充填された前記素子基板よりも屈折率の大きいレンズ相当部材とよりなるので、面発光レーザから発せられた光がマイクロレンズに当ったときの反射率を低く抑えることができ、光利用効率のよい複合光学素子を得ることができる。
【０１２４】
請求項８記載の発明によれば、請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子は、回折格子であるので、面発光レーザの基板への回折格子の実装精度が高くなり、面発光レーザから発せられた光を光軸以外の任意の方向に精度良く飛ばすことが可能となる。
【０１２５】
請求項９記載の発明によれば、請求項１ないし８のいずれか一記載の複合光学素子において、前記素子基板に、光伝達部品が直接接合されているので、光伝達部品を固定部材などで固定する場合に比べてその固定部材などに含まれる製造誤差の影響を受けることなく精度良く実装することができ、特に、光軸方向においては、光伝達部品と素子基板とを押し当てて実装できることから、低いコストで高い実装精度を実現できる。
【０１２６】
請求項１０記載の発明によれば、請求項９記載の複合光学素子において、前記光伝達部品と前記素子基板との間に樹脂が介装されているので、光伝達部品と素子基板との間に樹脂が介装されることにより素子基板と光伝達部品との間の屈折率差が小さくなるとともに反射率が低くなり、素子基板と光伝達部品との間の光結合効率を高めることができる。
【０１２７】
請求項１１記載の発明によれば、請求項８又は９記載の複合光学素子において、前記光伝達部品は光ファイバーであり、前記素子基板に前記光ファイバーの先端が挿入される固定溝が形成されているので、光ファイバーの先端を固定溝に挿入することにより光ファイバーのずれを防止でき、低コストで高い実装精度を得ることができる。
【０１２８】
請求項１２記載の発明によれば、請求項１１記載の複合光学素子において、前記固定溝の中心部に集光用レンズが設けられているので、光ファイバー内に入射される光が集光用レンズで集光されるので、素子基板の厚み寸法などにバラツキが生じても、確実に光ファイバーの端面でスポットを結ぶことができ、光結合効率を高めることができる。
【０１２９】
請求項１３記載の発明によれば、請求項１１又は１２記載の複合光学素子において、前記固定溝の縁部に、外方に向けて拡径するテーパー部が形成されているので、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度を高めることができる。
【０１３０】
請求項１４記載の発明によれば、請求項１１ないし１３のいずれか一記載の複合光学素子において、前記光ファイバーの先端部に、先端側に向けて縮径するテーパー部が形成されているので、固定溝と光ファイバーとの間に遊びを設けることなく光ファイバーを固定溝に確実に挿入することができ、しかも、テーパー部は固定溝に挿入された光ファイバーを固定溝の中心に導くように機能するため、光ファイバーの実装精度を高めることができる。
【０１３１】
請求項１５記載の発明の光トランシーバーによれば、請求項１０ないし１４のいずれか一記載の光ファイバーが直接接合された複合光学素子を利用することで、低コストの光トランシーバーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図６】マイクロレンズの入射面が凸形状の場合（ａ）と平坦な場合（ｂ）とにおける入射角の違いを説明する説明図である
【図７】本発明の第６の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態の複合光学素子の製造工程におけるダイシング前の状態を示す縦断正面図である。
【図９】本発明の第８の実施の形態の複合光学素子を概略構造を示す縦断正面図である。
【図１０】その複合光学素子を用いた光トランシーバーの概略を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第９の実施の形態の複合光学素子の概略構造を示す縦断正面図である。
【符号の説明】
１ 複合光学素子
２ 面発光レーザ
３ 素子、電気配線
４ 素子基板
５ 基板
７ 絶縁樹脂層
１０ 基板面、第１当接面、エピタキシャル面
１１ 基板面、第２当接面、研磨面
１３ 接着剤溝
１４ 接着剤
２１ 複合光学素子
２２ 素子、マイクロレンズ
３１ 複合光学素子
３２ 素子、マイクロレンズ
４１ 複合光学素子
４２ 素子、回折格子
５１ 複合光学素子
５２ 素子、マイクロレンズ
５３ 凹面部
５４ レンズ相当部材
６１ 複合光学素子
６２ 基板、ウェハー状レーザ基板
６３ 素子基板、ウェハー状素子基板
６４ 電極用溝
７１ 複合光学素子
７２ 光伝達部品、光ファイバー
７３ 固定溝
７４ 樹脂
７７ ＬＳＩ
７８ 電気コネクタ
８１ 複合光学素子
８２ 集光用レンズ
８３ テーパー部
８４ テーパー部
Claims (15)
- 面発光レーザの基板に素子を実装した複合光学素子において、
前記基板の第１当接面と、
前記素子が設けられた素子基板の基板面であって前記第１当接面に当接された第２当接面と、
前記第１当接面と前記第２当接面との当接した面内の少なくとも一方に形成された接着剤溝と、
前記接着剤溝に注入されて前記第１当接面と前記第２当接面とを当接位置に位置づけして前記基板と前記素子基板とを接着固定した接着剤と、
を有し、
前記素子基板における前記基板に対向する面に電極用溝が形成され、この電極溝の位置でダイシングされたことを特徴とする複合光学素子。 - 前記第１当接面はエピタキシャル面であり、前記第２当接面は研磨面であることを特徴とする請求項１記載の複合光学素子。
- 前記素子は、前記素子基板における前記面発光レーザに対向する面側に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の複合光学素子。
- 前記面発光レーザと前記素子とがアレイ状に配列されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一記載の複合光学素子。
- 前記素子は、電気配線であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子。
- 前記素子は、マイクロレンズであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子。
- 前記マイクロレンズが、前記素子基板に形成された凹面部とこの凹面部内に凸レンズを構成するように充填された前記素子基板よりも屈折率の大きいレンズ相当部材とよりなることを特徴とする請求項６記載の複合光学素子。
- 前記素子は、回折格子であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一記載の複合光学素子。
- 前記素子基板に、光伝達部品が直接接合されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一記載の複合光学素子。
- 前記光伝達部品と前記素子基板との間に樹脂が介装されていることを特徴とする請求項９記載の複合光学素子。
- 前記光伝達部品は光ファイバーであり、前記素子基板に前記光ファイバーの先端が挿入される固定溝が形成されていることを特徴とする請求項８又は９記載の複合光学素子。
- 前記固定溝の中心部に集光用レンズが設けられていることを特徴とする請求項１１記載の複合光学素子。
- 前記固定溝の縁部に、外方に向けて拡径するテーパー部が形成されていることを特徴とする請求項１１又は１２記載の複合光学素子。
- 前記光ファイバーの先端部に、先端側に向けて縮径するテーパー部が形成されていることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか一記載の複合光学素子。
- 請求項１０ないし１４のいずれか一記載の光ファイバーが直接接合された複合光学素子と、
前記複合光学素子に接続されたＬＳＩと、
前記ＬＳＩに接続された電気コネクタと、
を有する光トランシーバー。
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