JP4915303B2 - 光導波路の製造方法及び光モジュールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路の製造方法及び光モジュールの製造方法に関する。

近年、電子機器の更なる高性能化に伴い、従来の電気配線ではデータ転送速度やＥＭＩ（Electro Magnetic Interference）ノイズ低減への対応が困難になったため、一部の電気配線を光配線に置き換えて伝送する技術が採用されてきている。

光配線により伝送は、電気−光変換及び光−電気変換を行う光モジュール及びこの光モジュールに光結合された光導波路等を用いて行われている。

光モジュールについては様々な形態が提案されているが、その中に光路変換面を有する光導波路を用いた光モジュールがある（例えば、特許文献１参照。）。

この光モジュールは、基板と、基板上に実装された面発光レーザによる光デバイスと、端面に４５度の角度のミラー面を有するフッ素化ポリイミド光導波路フィルムとを備え、光導波路フィルムのミラー面に対向する位置に設けられた光結合面を、例えば、Ａｕ／Ｓｎからなるバンプにより光デバイス上に位置決めして固定した後、紫外線硬化型接着剤を光デバイスの周辺から光導波路フィルムと光デバイスとの間の空隙に充填した後、紫外線を照射して硬化させ、光導波路フィルムと光デバイスとを固定したものである。この構成によれば、熱膨張差による光導波路フィルムと光デバイスとの位置ずれを防止することができる。
特開２０００−２１４３５１号公報

本発明の目的は、発光素子と受光素子との間のクロストークを低減することが可能な光導波路の製造方法及び光モジュールの製造方法を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の光導波路の製造方法及び光モジュールの製造方法を提供する。

［１］複数の光伝送路と、前記複数の光伝送路のそれぞれの端部に設けられた複数の光路変換面と、前記複数の光路変換面の表面に電気的に分離して設けられた複数の導電膜と、を備えた１つの光導波路の製造方法であって、前記複数の導電膜は、連結した状態の前記複数の光路変換面の表面に連結した状態で設けられた後、相互間が前記複数の光路変換面の相互間と共にダイシングブレードで除去され、又は打ち抜きにより除去されることにより形成されることを特徴とする光導波路の製造方法。

［２］前記複数の導電膜は、前記光路変換面にのみ設けられていることを特徴とする前記［１］に記載の光導波路の製造方法。

［３］前記複数の光路変換面は、一列に配列され、前記複数の導電膜は、前記複数の光路変換面の配列方向に沿って前記光路変換面を含むように帯状に設けられていることを特徴とする前記［１］に記載の光導波路の製造方法。

［４］前記複数の導電膜は、前記複数の光伝送路に対して４５°の角度を有する傾斜面であり、前記傾斜面はその先端の所定部分が切断されていることを特徴とする前記［３］に記載の光導波路の製造方法。

［５］少なくとも一つの発光素子と、少なくとも一つの受光素子と、前記発光素子及び前記受光素子が実装される基板と、前記発光素子の発光面及び前記受光素子の受光面ごとに独立に設けられた複数の光路変換面、及び前記複数の光路変換面に光結合された複数の光伝送路を有する１つの光導波路と、前記複数の光路変換面の表面に電気的に分離して設けられた複数の導電膜と、を備えた光モジュールの製造方法であって、前記複数の導電膜は、連結した状態の前記複数の光路変換面の表面に連結した状態で設けられた後、相互間が前記複数の光路変換面の相互間と共にダイシングブレードで除去され、又は打ち抜きにより除去されることにより形成されることを特徴とする光モジュールの製造方法。

［６］前記光導波路は、前記導電膜の一部を用い、または前記導電膜から上面に延伸させて設けたグランド領域を有し、前記基板は、グランド用電極パッドを有し、前記グランド領域と前記グランド用電極パッドが、電気的に接続されていることを特徴とする前記［５］に記載の光モジュールの製造方法。

［７］前記光導波路は、前記導電膜から上面に延伸させて設けたグランド領域を有し、前記基板は、グランドパターンを有し、前記グランド領域とグランドパターンが、導電性物質で接続されていることを特徴とする前記［５］に記載の光モジュールの製造方法。

［８］前記複数の導電膜、前記発光素子及び前記受光素子は、それぞれの露出部分が樹脂封止されていることを特徴とする前記［５］に記載の光モジュールの製造方法。

請求項１の製造方法により製造された光導波路によれば、発光素子と受光素子との間のクロストークを低減することができる。

請求項２の製造方法により製造された光導波路によれば、導電膜の発光側と受光側との間の分離間隔を大きくすることができる。

請求項３の光導波路の製造方法によれば、例えば、導電膜を光路変換面上に帯状に設けた後に隙間を設けるという簡単な工程で導電膜を発光側と受光側に分離することができる。

請求項４の製造方法により製造された光導波路によれば、略９０°の方向に配置された受光部及び発光部と光伝送路とを光結合することができると共に、光導波路を基板の端部に幅寄せすることができる。

請求項１の光導波路の製造方法によれば、簡単な工程により、導電膜を確実に発光側と受光側とに分離することができる。

請求項５の製造方法により製造された光モジュールによれば、発光素子と受光素子との間のクロストークを低減することができる。

請求項６の製造方法により製造された光モジュールによれば、光導波路の導電膜の近傍からのノイズを低減することができる。

請求項７の製造方法により製造された光モジュールによれば、光導波路の本体部分からのノイズを低減することができる。

請求項８の製造方法により製造された光モジュールによれば、ゴミ等が発光面や受光面に付着するのを防止することができる。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。

（光モジュールの構成）
光モジュール１００は、基板１と、基板１上に実装された受光素子２と、受光素子２に隣接させて基板１上に実装された発光素子３と、基板１上の端部寄りに搭載されたサブマウント４と、受光素子２の受光面及び発光素子３の発光面上からサブマウント４の上面を経由するように配設された光導波路５と、受光素子２及び発光素子３と基板１上の電極パッド（図示を省略）とを接続する複数のボンディングワイヤ６と、受光素子２、発光素子３及び光導波路５の一端の各露出面を封止する封止部７とを備えている。

（受光素子）
受光素子２は、例えば、面型のフォトダイオード等の面型光素子を用いることができ、一例として、本実施の形態では、高速応答性に優れたＧａＡｓ系のＰＩＮフォトダイオードを用いている。この受光素子２は、例えば、ＧａＡｓ基板上に、ＰＩＮ接合されたＰ層、Ｉ層およびＮ層と、Ｐ層に接続されたｐ側電極と、Ｎ層に形成されたｎ側電極とを積層した層構造を有している。

（発光素子）
発光素子３は、面型発光ダイオードや面型レーザ等の面型光素子を用いることができ、一例として、本実施の形態では、ＶＣＳＥＬ（面発光レーザ）を用いている。このＶＣＳＥＬは、例えば、裏面にｎ側電極を有するｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型下部反射鏡層、活性層、電流狭窄層、ｐ型上部反射鏡層、ｐ型コンタクト層、ｐ側電極３０（ｎ側電極は反対側の面に設けられている）を積層した層構造の発光部３ａを備えている。

（サブマウント）
サブマウント４は、例えば、Ｓｉ等の結晶基板、石英ガラス等のガラス基板からなる。

（光導波路）
光導波路５は、例えば、５０×５０μｍの矩形状断面を有したコア５１ａ，５１ｂと、コア５１ａ，５１ｂの周囲に設けられ、コア５１ａ，５１ｂよりも屈折率が小さいクラッド５２とから構成され、その一端（発光素子２及び受光素子３側の端部）は４５°にカットして光路変換面となる傾斜面５３が形成されている。この傾斜面５３は、所定位置に金属薄膜による反射膜（導電膜）５ａ，５ｂが設けられている。

反射膜５ａ，５ｂは、４５°ミラーとして機能すると共に、相互間は電気的に分離しており、受光素子２の受光面及び発光素子３の発光面に対面可能に設けられると共に、光導波路５の上面の一部に及ぶように設けられている。また、反射膜５ａ，５ｂは、光導波路５に形成容易で反射効率の高い材料が好ましく、例えば、銀、銀合金等の金属薄膜を用いることができる。

また、光導波路５の他端は、垂直な端面５ｃが形成されており、この端面５ｃには、図示しない光ファイバ等が接続される。

光導波路５は、例えば、フォトリソグラフィやＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を利用した方法で作製可能である。特に、本出願人が既に提案した特開２００４−２９５０７号公報等に記載されている鋳型を用いた作製工程により、効率的に製造することができる。以下に、その作製工程を説明する。

（光導波路の製造方法）
まず、コア５１Ａ，５１ｂに対応する凸部が形成された原盤を、例えば、フォトリソグラフィ法を用いて作製する。次に、原盤の凸部が形成された面に、例えば、５００〜７０００ｍＰａ・ｓ程度の粘度で、紫外領域や可視領域において光透過性を有する硬化性樹脂、例えば、分子中にメチルシロキサン基、エチルシロキサン基、フェニルシロキサン基を含む硬化性オルガノポリシロキサンの層を塗布等により設け、その後、硬化させて硬化層を構成する。次に、硬化層を原盤から剥離し、凸部に対応する凹部を有した鋳型を作製する。

次に、鋳型に、この鋳型との密着性に優れる樹脂、例えば、脂環式アクリル樹脂フィルム、脂環式オレフィン樹脂フィルム、三酢酸セルロースフィルム、フッ素樹脂フィルム等からなるクラッド用フィルム基材を密着させる。

次に、鋳型の凹部に、例えば、紫外線硬化性又は熱硬化性のモノマー、オリゴマー若しくはモノマーとオリゴマーの混合物、エポキシ系、ポリイミド系、アクリル系の紫外線硬化性樹脂等からなる硬化性樹脂を充填する。次に、凹部内の硬化性樹脂を硬化させてコア５１ａ，５１ｂとした後、鋳型を剥離する。これにより、クラッド用フィルム基材上にコア５１ａ，５１ｂが残される。

次に、クラッド用フィルム基材のコア５１ａ，５１ｂが形成された面側にコア５１ａ，５１ｂを覆うようにクラッド５２を設ける。クラッド５２として、例えば、フィルム、クラッド用硬化性樹脂を塗布して硬化させた層、高分子材料の溶剤溶液を塗布し乾燥してなる高分子膜等が挙げられる。

次に、光導波路のコア５１ａ，５１ｂが露出する面をダイサーによって４５°の角度に切削して傾斜面５３を形成し、更に、他端を垂直に切削して端面５ｃを形成する。

次に、４５°の傾斜面５３に反射膜５ａ，５ｂを着膜する。この着膜は、金属薄膜を着膜する方法、光導波路５の上面に設けた後に不必要な部分を剥がす方法、反射膜５ａ，５ｂ以外の部分をマスクし或いはレジストを施し、反射膜５ａ，５ｂ以外の部分を着膜しない方法等を用いる。

（封止部）
封止部７は、紫外線による劣化が生じにくく硬化性を有する樹脂、例えば、エポキシやシリコン等からなる樹脂を用いることができる。

図２は、発光素子及び受光素子の構成を示し、（ａ）は受光素子を示す平面図、（ｂ）は受光素子を示す平面図である。

受光素子２は、図２の（ａ）に示すように、受光部２ａと、受光部２ａを取りまくように設けられたｐ側電極２０と、受光部２ａの上面に設けられたｎ側電極２１と、ｐ側電極２０及びｎ側電極２１に個別に接続された２つの配線パターン２２と、配線パターン２２のそれぞれに接続された２つの電極パッド２３とを備えている。

図２の（ｂ）に示すように、発光素子３は、上記発光部３ａと、発光部３ａの上面に円環状に設けられたｐ側電極３０と、ｐ側電極３０に接続された配線パターン３１と、配線パターン３１に接続されると共に上記ボンディングワイヤ６が接続される電極パッド３２とを備えている。

（光モジュールの組立方法）
次に、光モジュール１００の組立方法について図１を参照して説明する。

まず、基板１上にサブマウント４を接着剤等により固定する。次に、受光素子２と発光素子３を受光面及び発光面を上にして基板１上の所定の位置に接着剤等により固定する。このとき、電極パッド２３，３２が図１に示す横方向になるようにする。

次に、電極パッド２３，３２と基板１上の電極パッド１１ａ〜１１ｃとをボンディングワイヤ６により接続する。

次に、反射膜５ａ，５ｂが予め設けられている光導波路５を用意し、受光素子２の受光面及び発光素子３の発光面の上方に傾斜面５３を位置決めし、更に中央部がサブマウント４に載るように位置決めして、接着剤等により固定する。

次に、受光素子２の受光面と発光素子３の発光面、ボンディングワイヤ６及び光導波路５の反射膜５ａ，５ｂを覆うようにして樹脂をモールドし、封止部７を形成する。以上により光モジュール１００が完成する。

（光モジュールの動作）
次に、光モジュール１００の動作を説明する。基板１上の電極パッド１１ｃと図示しないｎ側電極用のパターンまたは電極パッドとの間に所定の電流を通電させると、発光部３ａは、例えば波長８５０ｎｍのレーザ光を発光し、そのレーザ光は、光導波路５の反射膜５ｂに入射し、この反射膜５ｂによって図１の（ｂ）の右側の水平方向へ反射した後、光導波路５のコア５１ｂ内を伝播し、端面５ｃから出射する。光導波路５の端面５ｃから出射したレーザ光は、図示しない光ファイバのコアに入射し、該コア内を伝播し、光ファイバ等へ出射される。

一方、信号光が光ファイバから光導波路５の端面５ｃからコア５１ａに入射すると、信号光はコア５１ａ内を反射膜５ａに向けて伝播する。反射膜５ａに到達した信号光は、反射膜５ａで図１の（ｂ）に示す下方へ反射し、受光素子３の受光面へ入射する。受光素子３は、受光光量に応じた出力電流を生成する。この出力電流を電圧値に変換することにより、受信信号が得られる。

（光モジュールの特性）
図３は、発光素子と受光素子が１ｍｍの間隔で配置された光モジュールの反射膜の構成とＢＥＲ（Bit Error Rate：ビットエラーレート）の関係を示す特性図である。図中、特性ａは、本実施の形態における特性、特性ｂは、反射膜５ａ，５ｂが連結され且つ封止部７が無い場合の特性、特性ｃは、反射膜５ａ，５ｂが連結されると共に封止部７を有する場合の特性である。

特性ａは、反射膜５ａ，５ｂが、送信側と受信側との間で分離されているため、反射膜５ａ，５ｂを通した送受信間のカップリングが少なくなり、クロストークの影響を抑制できたことで受信感度が高くなっている。

特性ｂは、反射膜が共通のため、送受信間のカップリングが大きくなり、特性ａに比べ、より多くの光量を必要としている。つまり、特性ｂの光モジュールは、特性ａの光モジュール１００に比べて感度の悪いことが分かる。

特性ｃは、封止部７の誘電率が空気の誘電率に対して大きいため、送受信間のカップリングが大きくなり、特性ａに比べ、同一のＢＥＲを得るためには、特性ｂよりも更に多くの光量を必要とする。つまり、特性ｃの光モジュールは、特性ｂの光モジュールよりも感度の悪いことが分かる。

［第２の実施の形態］
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路を示す平面図である。同図中、（ａ）は、光導波路５の反射膜５ａ，５ｂがコア５１ａ，５１ｂの光路変換面と略同一な大きさを有する。同図中、（ｂ）は、コア５１ａ，５１ｂの光路変換面の配列方向に沿って光路変換面を含むように帯状に設けられ、反射膜５ａと反射膜５ｂとの間に隙間５ｄを設けて分離したものである。この場合は、マスクやレジストなどにより所定部分のみ着膜する方法を用いる。

［第３の実施の形態］
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図である。

本実施の形態は、第１の実施の形態において、傾斜面５３の先端（鋭角端）を垂直にカットして除去部５４を形成すると共に、反射膜５ａ，５ｂを対向方向に延伸し、両者間を隙間５ｄにより分離するようにしたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。隙間５ｄは、例えば、フォトリソグラフィや、反射膜５ａ，５ｂを連結した状態で設けた後の削り取り等により作製することができる。

［第４の実施の形態］
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る光モジュールを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線の断面図である。

本実施の形態は、第１の実施の形態において、反射膜５ａ，５ｂの光導波路５の上面に介在する部分をグランド領域５５とすると共に、受光素子２及び発光素子３の近傍の基板１上にグランド用電極パッド１２Ａ，１２Ｂを設け、このグランド用電極パッド１２Ａ，１２Ｂとグランド領域５５とを金等のボンディングワイヤ８で接続するようにしたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。なお、図６においては、封止部７の図示を省略している。

本実施の形態の反射膜５ａ，５ｂは、光導波路５に形成容易で反射効率の高く、かつ、ボンディングワイヤ８による接続が容易な材料が好ましく、例えば、銀、銀合金等の金属薄膜を用いることができる。

なお、第４の実施の形態においては、グランド用電極パッド１２Ａ，１２Ｂは、グランドレベルのほか、或る一定電位であってもよい。

［第５の実施の形態］
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る光モジュールを示す平面図である。

本実施の形態は、第４の実施の形態において、サブマウント４を導電性にすると共に、サブマウント４の両側の基板１上にグランドパターン１３Ａ，１３Ｂを設け、このグランドパターン１３Ａ，１３Ｂ、サブマウント４及びグランド領域５５の三者を導電性物質１０により電気的に接続するようにしたものであり、その他の構成は第４の実施の形態と同様である。

導電性物質１０は、例えば、ペースト状で導電性及び硬化性を有するもの、導電性膜、導電性テープ、導電性の止め具等である。

［第６の実施の形態］
図８は、本発明の第６の実施の形態に係る光導波路を示す平面図である。

本実施の形態は、第１〜第５の実施の形態において、反射膜５ａは反射膜５ｂの分離をダイシングブレード２００でダイシングし、除去部５ｅを設けて反射膜５ａと反射膜５ｂを分離するようにしたものであり、その他の構成は第１〜第５の実施の形態と同様である。また、除去部５ｅは、打ち抜きにより設けることもできる。

［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、各実施の形態間の構成要素の組合せは任意に行うことができる。例えば、受光素子２及び受光素子３は各１つであるとしたが、共に複数が並設されていてもよい。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。 図２は、発光素子及び受光素子の構成を示し、（ａ）は発光素子を示す平面図、（ｂ）は受光素子を示す平面図である。 図３は、発光素子と受光素子が１ｍｍの間隔で配置された光モジュールの反射膜の構成とＢＥＲの関係を示す特性図である。 図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路を示す平面図である。 図５は、本発明の第３の実施の形態に係る光導波路を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線の断面図である。 図６は、本発明の第４の実施の形態に係る光モジュールを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線の断面図である。 図７は、本発明の第５の実施の形態に係る光モジュールを示す平面図である。 図８は、本発明の第６の実施の形態に係る光導波路を示す平面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 受光素子
２ａ 受光部
３ 発光素子
３ａ 発光部
４ サブマウント
５ 光導波路
５ａ，５ｂ 反射膜
５ｃ 端面
５ｄ 隙間
５ｅ 除去部
６，８ ボンディングワイヤ
７ 封止部
１０ 導電性物質
１１ａ〜１１ｃ 電極パッド
１２Ａ，１２Ｂ グランド用電極パッド
１３Ａ，１３Ｂ グランドパターン
２０ ｐ側電極
２１ ｎ側電極
２２ 配線パターン
２３，３２ 電極パッド
３０ ｐ側電極
３１ 配線パターン
５１ａ，５１ｂ コア
５２ クラッド
５３ 傾斜面
５４ 除去部
５５ グランド領域
１００ 光モジュール
２００ ダイシングブレード

Claims (8)

1. 複数の光伝送路と、
   前記複数の光伝送路のそれぞれの端部に設けられた複数の光路変換面と、
   前記複数の光路変換面の表面に電気的に分離して設けられた複数の導電膜と、
   を備えた１つの光導波路の製造方法であって、
   前記複数の導電膜は、連結した状態の前記複数の光路変換面の表面に連結した状態で設けられた後、相互間が前記複数の光路変換面の相互間と共にダイシングブレードで除去され、又は打ち抜きにより除去されることにより形成されることを特徴とする光導波路の製造方法。
2. 前記複数の導電膜は、前記光路変換面にのみ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路の製造方法。
3. 前記複数の光路変換面は、一列に配列され、
   前記複数の導電膜は、前記複数の光路変換面の配列方向に沿って前記光路変換面を含むように帯状に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路の製造方法。
4. 前記複数の導電膜は、前記複数の光伝送路に対して４５°の角度を有する傾斜面であり、前記傾斜面はその先端の所定部分が切断されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路の製造方法。
5. 少なくとも一つの発光素子と、
   少なくとも一つの受光素子と、
   前記発光素子及び前記受光素子が実装される基板と、
   前記発光素子の発光面及び前記受光素子の受光面ごとに独立に設けられた複数の光路変換面、及び前記複数の光路変換面に光結合された複数の光伝送路を有する１つの光導波路と、
   前記複数の光路変換面の表面に電気的に分離して設けられた複数の導電膜と、
   を備えた光モジュールの製造方法であって、
   前記複数の導電膜は、連結した状態の前記複数の光路変換面の表面に連結した状態で設けられた後、相互間が前記複数の光路変換面の相互間と共にダイシングブレードで除去され、又は打ち抜きにより除去されることにより形成されることを特徴とする光モジュールの製造方法。
6. 前記光導波路は、前記導電膜の一部を用い、または前記導電膜から上面に延伸させて設けたグランド領域を有し、
   前記基板は、グランド用電極パッドを有し、
   前記グランド領域と前記グランド用電極パッドが、電気的に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の光モジュールの製造方法。
7. 前記光導波路は、前記導電膜から上面に延伸させて設けたグランド領域を有し、
   前記基板は、グランドパターンを有し、
   前記グランド領域とグランドパターンが、導電性物質で接続されていることを特徴とする請求項５に記載の光モジュールの製造方法。
8. 前記複数の導電膜、前記発光素子及び前記受光素子は、それぞれの露出部分が樹脂封止されていることを特徴とする請求項５に記載の光モジュールの製造方法。

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