JP5265025B2 - 光結合構造および光送受信モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光通信技術、光伝送技術、および光情報記録技術に用いられる光モジュールに関し、特に光モジュールにおける光半導体素子と光伝送路とを光学的に結合する光結合構造に関する。
本願は、２０１０年０１月０６日に、日本国に出願された特願２０１０−００１１００号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

光モジュールは、基板に搭載された光半導体素子と、光軸が基板に対して平行となるように配置された光伝送路とを備えている。
従来、この種の光モジュールにおいて、光半導体素子の受発光部と光伝送路の端部とを光学的に結合させるために、図１６に示すような構造が一般に用いられている。この構造では、光半導体素子１０１の上に設置された集光レンズ１０２と、光路変換用ミラー１０３とを組み合わせることで、光伝送路１０４（特にそのコア１０５）と光半導体素子１０１とを光学的に接続（光結合）させる。

このような構造においては、集光レンズ１０２の屈折率や光路変換用ミラー１０３の反射率等が所望の値に調整されている必要がある。また、光結合のために必要な部品点数も多くなる。さらに、光半導体素子１０１、集光レンズ１０２、光路変換用ミラー１０３、および光伝送路１０４の各々の位置関係を精密に合わせる必要がある。このため、部品のコストや組み立てに係る作業のコストが高く、コストアップの主たる要因となっていた。

こうした光モジュールの製造コストを低減し、より低コストに光モジュールを提供するため、例えば、特許文献１には、光実装基板の表面のガイド溝と、このガイド溝に実装される光ファイバの光軸上に位置するテーパ面とを備え、テーパ面にミラーが形成された光デバイスが提案されている。
特許文献２には、光導波路の端部に対向する位置に斜めに形成された反射面を有するＶ溝が形成された基板と、光導波路の端部と反射面との間に充填され、光導波路のコアとほぼ同じ屈折率を有する屈折率整合剤と、反射面で反射した出射光を受光する受光素子とを備えた、光導波路と受光素子との結合構造が提案されている。

特許文献３には、光送受信モジュールにおいて光部品間の接続を高精度で、しかも簡略にできる光部品の接合方法が記載されている。この方法では、光軸を概略一致するように配置した光ファイバと光受発光素子とを、未硬化状態の透明樹脂組成物を介して圧着し、光ファイバを引き戻して未硬化状態の透明樹脂組成物（光硬化性、熱硬化性、または熱可塑性）を延伸した後、延伸された透明樹脂組成物を硬化させる。
特許文献４には、半導体レーザ素子、モニタフォトダイオード、及び光ファイバが透明樹脂に封入され、半導体レーザ素子の後方出力光が透明樹脂と空気との界面において反射してモニタフォトダイオードに入射するようにした半導体レーザ装置が提案されている。

日本国特開２００３−１６７１７５号公報 日本国特許第２９８５７９１号公報 日本国特開平９−１９７１９６号公報 日本国特開２０００−２６９５８４号公報

しかしながら、特許文献１の光デバイスでは、ガイド溝及びテーパ面を成形するための金型の用意と、テーパ面のミラーを形成する工程とが必要になる。この結果、製造コストが高くなってしまうという問題がある。さらに、ガイド溝を有する光実装基板において光半導体素子を下向きにしてフリップチップボンディングする必要があるために、光半導体素子からワイヤボンドが必要なＩＣまでの間（例えば受光素子とアンプ用ＩＣとの間）の線路長が長くなる。その結果、ノイズが乗りやすくなってしまうという問題がある。さらに、フリップチップボンディングした光半導体素子は、実装後の外観検査がしにくいため、その接続不良を発見しにくいという問題もある。

特許文献２の光結合構造では、非常に細い光ファイバに対向する位置にテーパ面を有するＶ溝を形成し、そのテーパ面に全反射ミラーを形成し、さらに光導波路の端部と反射面の間に屈折率整合剤を充填する必要があるため、製造工数が多くなる。その結果、製造コストが高くなってしまうという問題がある。

特許文献３の光部品接合方法では、光ファイバと光受発光素子の光軸を概略一致するように配置する必要があるため、両者の光軸が同軸である場合にしか適用できない。そのため、例えば両者の光軸が互いに垂直である場合など、光路を変換しようとする場合、この方法は適用できないという問題がある。

特許文献４の半導体レーザ装置は、開口角の大きい半導体レーザ素子の後方出力光をモニタする目的であるので、光結合の効率が低くても利用可能である。しかしながら、光信号を開口角の小さい光ファイバから受光素子に入射させたり、あるいは、発光素子から光ファイバに入射させたりする場合には、結合効率が低いと光信号の伝送の信頼性を確保するのが難しいという問題がある。また、反射面となる樹脂界面の位置および形状は、透明樹脂の塗布量や基板の段差形状によっていると考えられる。そのため、基板に段差を形成すると、段差の形状や大きさに応じて樹脂界面の位置および形状を設計して作製する必要があるため、製造コストが高くなってしまう。また、半導体レーザ素子に垂直な光軸とモニタフォトダイオード素子に垂直な光軸とが交差する交点に反射面が存在する必要がある。しかしながら、ちょうどその交点の位置に樹脂の界面が位置するように樹脂を形成するのは容易ではない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光伝送路の光軸と光受発光素子の光軸とが所定の角度を有する位置関係において、低コストで作製でき、かつより高い効率で光信号を伝送することが可能な光結合部を備えた光モジュールにおける光半導体素子と光伝送路との光結合構造の提供を課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
（１）本発明の一態様に係る光結合構造は、上面に受光部または発光部を有し、かつ下面の側で基板に実装された光半導体素子と、前記光半導体素子の光軸に対して所定の角度で交差する光軸を有し、かつ前記基板の実装面から離間して配置された光伝送路と、前記光半導体素子と前記光伝送路との間の光路を変換し、かつ前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、前記光結合部は、伝送される光に対して透明な樹脂からなり、前記樹脂は、前記光半導体素子の受光部または発光部の少なくとも一部および前記光伝送路の端部の少なくとも一部にそれぞれ密着し、前記光半導体素子と前記光伝送路とが、前記光結合部を構成する前記樹脂自身によって、接着され、前記樹脂は、前記光半導体素子の前記上面にワイヤボンディングしている給電用配線から離間して配置されている。
（２）また、本発明の一態様に係る光結合構造は、上面に受光部または発光部を有し、かつ下面の側で基板に実装された光半導体素子と、前記光半導体素子の光軸に対して所定の角度で交差する光軸を有し、かつ前記基板の実装面から離間して配置された光伝送路と、前記光半導体素子と前記光伝送路との間の光路を変換し、かつ前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、前記光結合部は、伝送される光に対して透明な樹脂からなり、前記樹脂は、前記光半導体素子の受光部または発光部の少なくとも一部および前記光伝送路の端部の少なくとも一部にそれぞれ密着し、前記光半導体素子と前記光伝送路とが、前記光結合部を構成する前記樹脂自身によって、接着され、前記光結合部の形状が、前記光結合部を上方向から見たときに、円形状、楕円形状、または扇形状のいずれかである。

（３）上記（１）または（２）に記載の光結合構造において、前記光結合部を構成する前記樹脂は、前記光半導体素子の前記上面内に配置されていてもよい。

（４）上記（１）または（２）に記載の光結合構造において、前記光伝送路の端面は、前記光半導体素子を側面方向および上方向から見たときに、前記光半導体素子の端面より前記光半導体素子の内側に存在してもよい。
（５）上記（１）または（２）に記載の光結合構造において、前記光結合部を構成する前記樹脂の外面が、前記光半導体素子の受光部または発光部および前記光伝送路の端部の側に凹んだ形状となっていてもよい。
（６）上記（１）または（２）に記載の光結合構造において、前記光結合部を構成する前記樹脂の外面が凸形状となっていてもよい。
（７）上記（１）から（６）に記載の光結合構造において、前記光結合部をなす前記樹脂は、前記光半導体素子の光軸と前記光伝送路の光軸とが交差する交点の位置に存在せず、
前記樹脂の外面が前記受光部または発光部に対向する位置が、前記交点と前記受光部または発光部との間にあり、かつ、前記樹脂の外面が前記光伝送路の端部に対向する位置が、前記交点と前記光伝送路の端部との間にあってもよい。
（８）上記（１）から（７）に記載の光結合構造において、前記光結合部を構成する前記樹脂は、前記光伝送路の端面の上端の高さより下側に配置されていてもよい。
（９）上記（１）から（８）に記載の光結合構造において、前記光結合部の周囲が気体で覆われていてもよい。
（１０）上記（１）から（８）に記載の光結合構造において、前記光結合部の周囲が光結合部を構成する樹脂より屈折率が低いクラッド樹脂層で覆われていてもよい。
（１１）上記（１０）に記載の光結合構造は、前記光半導体素子の給電用配線が前記クラッド樹脂層によって覆われていてもよい。

（１２）本発明の一態様に係る光送受信モジュールは、同一の基板の実装面に実装された受光素子および発光素子と、前記基板の前記実装面から離間して配置された第１の光伝送路および第２の光伝送路と、前記受光素子と第１の光伝送路との間を光学的に結合する第１の光結合部と、前記発光素子と第２の光伝送路との間を光学的に結合する第２の光結合部とを備え、前記受光素子、第１の光伝送路および第１の光結合部が第１の光結合構造を構成するとともに、前記発光素子、第２の光伝送路および第２の光結合部が第２の光結合構造を構成する。第１の光結合構造および第２の光結合構造の一方または両方が、上記（１）から（１１）のいずれかに記載の光結合構造を構成している。
（１３）本発明の一態様に係る光結構造の製造方法は、上記（１）から（１１）のいずれかに記載の光結合構造の製造方法であって、基板に設けられた光半導体素子の受光部または発光部に樹脂を塗布する工程と、前記基板に対して平行に、光伝送路を前記樹脂に差し込む工程と、前記光伝送路を前記半導体素子から遠ざける方向で、かつ斜め上方に移動させる工程と、前記樹脂を硬化させて光結合部とする工程と、を備える。予め求めておいた前記樹脂の塗布量、前記樹脂の粘度、前記光伝送路の差し込み量、前記光伝送路の斜め上方への移動量、及び前記樹脂を硬化させるまでの時間の相関関係に基づいて、前記光結合部の形状を凸形状にするのか又は凹み形状にするのかを制御する。
（１４）上記（１３）に記載の光結構造の製造方法において、前記樹脂は、前記光半導体素子の上面にワイヤボンディングしている給電用配線から離間して前記受光部または発光部に塗布してもよい。

上記（１）に記載の光結合構造によれば、光結合部を多数の部品を用いることなく低コストで作製でき、しかもより高い効率で光信号を伝送することが可能になる。
光半導体素子をその光軸が基板に対して垂直な方向（本発明の上下方向）になるように実装することができるので、光半導体素子の受発光部を実装面とは反対側に向けて実装することができる。これにより、ダイボンディングやワイヤボンディングによる実装が容易になる。さらに、伝送特性に重要な配線を最短の線路長でつなぐことができ、ノイズが乗りにくく、良好な伝送特性が得られる。また、ボンディングの外観検査が容易であり、接続不良を発見するのが容易になる。

本発明の第１形態例に係る光結合構造において光結合部の外面が凸形状である場合の光モジュールの一例を示す断面図である。 図１Ａに示す光モジュールの要部拡大図であり、光半導体素子が受光素子の場合を示している。 図１Ａに示す光モジュールの要部拡大図であり、光半導体素子が発光素子の場合を示している。 本発明の第１形態例に係る光結合構造において光結合部の外面が凹形状である場合の光モジュールの一例を示す断面図である。 図２Ａに示す光モジュールの要部拡大図であり、光半導体素子が受光素子の場合を示している。 図２Ａに示す光モジュールの要部拡大図であり、光半導体素子が発光素子の場合を示している。 光結合部の製造工程を説明する断面図である。 光結合部の製造工程を説明する断面図である。 光結合部の外面が凸形状である場合の別の形状を説明する断面図である。 光結合部の外面が凹形状である場合の別の形状を説明する断面図である。 本発明の一形態に係る光結合構造において光結合部の外面が凹形状である場合を説明する断面図である。 本発明の一形態例に係る光結合構造において光結合部の外面が凸形状である場合を説明する断面図である。 光結合部が４５°ミラーである場合を説明する断面図である。 光結合部が大きな４５°ミラーである場合を説明する断面図である。 光結合部の樹脂が、光半導体素子の上面にワイヤボンディングしているワイヤと接触した場合を説明する断面図である。 本発明の一形態例に係る光モジュールを上方向から見たときの状態を示す上面図である。 本発明の一形態例に係る光モジュールを上方向から見たときの状態を示す上面図である。 本発明の一形態例に係る光モジュールを上方向から見たときの状態を示す上面図である。 本発明の第２形態例に係る光結合構造を備えた光モジュールの一例を示す断面図である。 本発明の第２形態例に係る光結合構造を備えた光モジュールの一例を示す断面図である。 本発明の一形態例に係る光送受信モジュールを示す斜視図である。 従来の光モジュールにおける光結合の方法を説明する概略図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明において、上下方向に関し、光半導体素子の受発光部が存在する面を基準として、受発光部から遠ざかる方向を上方（例えば図１Ａ〜２Ｃの上方）、受発光部に近づく方向を下方（例えば図１Ａ〜２Ｃの下方）とする。また、前記の定義による上下方向に垂直な方向（例えば図１Ａ〜２Ｃの左右方向）を水平方向とする。本発明における上下方向および水平方向は、図３および図４に示すように透明樹脂３１が未硬化で流動性を有する場合を除き、重力の方向に依存しない。
図１Ａに、第１形態例に係る光結合構造を備えた光モジュールの一例を示す。
図１Ａに示す光モジュール５は、基板４の上面である実装面４ａに実装された光半導体素子１と、基板４の実装面４ａに沿い、かつ基板４の実装面４ａから離間して配置された光伝送路２と、光半導体素子１と光伝送路２との間の光路を変換し、かつ光半導体素子１と光伝送路２との間を光学的に結合する光結合部３とを備えている。光半導体素子１の光軸１ｂと光伝送路２の光軸２ｂとは、所定の角度θで互いに交差している。ここで、所定の角度θとは、０°＜θ＜１８０°である。
光半導体素子１が発光素子である場合には、「光半導体素子と光伝送路との間の光路を変換する」とは、光半導体素子１から出射した光が光伝送路２に入射するように、該光の光路（すなわち光の進行方向）を変えることを意味する。一方、光半導体素子１が受光素子である場合には、「光半導体素子と光伝送路との間の光路を変換する」とは、光伝送路２から出射した光が光半導体素子１に入射するように、該光の光路（すなわち光の進行方向）を変えることを意味する。なお、上述した特許文献３の光部品接合方法では、両者の光軸が同軸であり、光路の変換を要しない点で、本発明とは前提から相違している。
本形態例では、光半導体素子１の光軸１ｂの延長線上に光伝送路２の端部２ａは位置しない。すなわち、光半導体素子１が発光素子である場合において、光半導体素子１から出射した光が光軸１ｂに沿って伝送されたときには、当該光が光伝送路２の端部２ａに入射しない。光半導体素子１と光伝送路２との位置関係は、光半導体素子１から出射した光が光伝送路２の端部２ａに到達するために、所定の光結合部３の存在を必要とする。
かつ、光伝送路２の光軸２ｂの延長線上に光半導体素子１の受発光部１ａは位置しない。すなわち、光半導体素子１が受光素子である場合において、光伝送路２から出射した光が光軸２ｂに沿って伝送されたときには、当該光が光半導体素子１の受発光部１ａに入射しない。光半導体素子１と光伝送路２との位置関係は、光伝送路２から出射した光が光半導体素子１の受発光部１ａに到達するために、所定の光結合部３の存在を必要とする。

光半導体素子１は、光信号を出射または入射させる部分として受発光部１ａを有する。
光半導体素子１が受光素子である場合は、受発光部１ａは受光部である。光半導体素子１が発光素子である場合は、受発光部１ａは発光部である。
発光素子としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）等が挙げられる。
受光素子としては、フォトダイオード（ＰＤ）等が挙げられる。
受発光部１ａは、光半導体素子１の上面１ｃに設けられている。本発明における上下方向は、光半導体素子１が基板４に実装される実装面４ａを基準とし、基板４から遠ざかる方向を上方（図１Ａ〜１Ｃの上方）、基板４に近づく方向を下方（図１Ａ〜１Ｃの下方）とする。また、前記の定義による上下方向に垂直な方向（図１Ａ〜１Ｃの左右方向）を水平方向とする。本発明における上下方向および水平方向は、図３および図４に示すように透明樹脂３１が未硬化で流動性を有する場合を除き、重力の方向に依存しない。

光半導体素子１は、基板４の実装面４ａに形成された回路配線６に対して、接合材により電気的に接続されている。例えば、本形態例の場合は、光半導体素子１の上部（表面）に形成された電極（図示せず）とワイヤ配線７などからなる給電用配線により、光半導体素子１が回路配線６と電気的に接続されている。また、光半導体素子１の下面（裏面）１ｄと回路配線６とが、導電性接着剤（図示せず）により、電気的に接続されている。
基板４には、例えは、ガラスエポキシ基板、セラミック基板など、一般的な各種絶縁基板を使用することができる。ワイヤ配線７としては、例えば、金（Ａｕ）ワイヤ、アルミ（Ａｌ）ワイヤ、銅（Ｃｕ）ワイヤなどが挙げられる。

光伝送路２としては、例えば石英系光ファイバ、プラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）などの光ファイバや、石英光導波路、高分子光導波路などの基板型光導波路などが挙げられる。
光伝送路２は、光結合部３に対する光の出入射の方向が一定となるように、少なくとも端部２ａ付近では、光軸２ｂが直線状であることが好ましい。

光半導体素子１は、その光軸１ｂが光伝送路２の光軸２ｂ（特に端部２ａ付近における光軸２ｂ）に所定の角度θで交差するように配置されている。光半導体素子１および光伝送路２の光軸１ｂ，２ｂが互いに垂直（または略垂直）に配置されることが好ましい。

光結合部３は、伝送される光に対して透明な樹脂からなる。光結合部３を構成する樹脂は、光半導体素子１の受発光部１ａの少なくとも一部および光伝送路２の端部２ａの少なくとも一部にそれぞれ密着している。
ここでいう透明樹脂とは、光半導体素子１と光伝送路２との間を伝送する光を透過させることが可能なものを指している。従って、必ずしも可視光下で無色透明な色調のものに限定されるものではない。また、光が伝送する樹脂内の光路長が短いため、ある程度透明性があればよい。
透明樹脂としては、例えば、ＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などを用いることができる。透明樹脂の具体例としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。

光結合部３の形状に関し、図１Ａでは光結合部３が光伝送路２の端部２ａの全面を覆い、光結合部３の上端が光伝送路２の上部まで付着している場合を示している。その代わりに、図５に示す光モジュール５Ａのように、光伝送路２の端部２ａの一部が光結合部３Ａの外側に露出されてもよい。この図５に示す場合、光結合部３Ａを構成する樹脂は、光半導体素子１の光軸１ｂと光伝送路２の光軸２ｂとを含む面内（図５の紙面上の面内）およびその面外（図５の紙面の手前側および奥側）において、光伝送路２の端面２ａの上端２ｃの高さ２ｄ（図８参照）より下側に配置されている。そのため、光半導体素子１の受発光部１ａから光結合部３の外面３ａまでの距離や、光伝送路２の端面２ａから光結合部３の外面３ａまでの距離が図１Ａ〜１Ｃの場合よりも短くなる。図５に示す構造では、光伝送路２の端部２aに露呈したコア（図示せず）の全面が光結合部３Ａに覆われることが好ましい。
なお、上端２ｃの高さ２ｄは、基板４の実装面４ａを基準とした高さ（実装面４ａに垂直な方向の距離）である。

ここで光結合部３は、光半導体素子１が受光素子の場合には、光伝送路２から光結合部３に入射した光は、光結合部３を構成する透明樹脂とその外部の気体（例えば空気や乾燥窒素ガスなど）との界面３ａ（光結合部３の外面３ａ）との屈折率差により反射されて光半導体素子１に入射する（図１Ｂ参照）。この際、光伝送路２の光軸２ｂと外面３ａとが交差する位置Ｂにおける外面３ａの接線Ｔ_１に関し、この接線Ｔ_１と光半導体素子１の上面１ｃとのなす角φ_１が３０°＜φ_１＜６０°であるのが好ましい。これにより、光伝送路２の端面２ａから出射される光が一定の広がり角を有する場合であっても、効果的に光を受光素子に集光できる。その結果、光伝送路２と光半導体素子１との接続損失が増大するのを抑制できる。
また、光伝送路２の端面２ａから光半導体素子１の光軸１ｂまでの距離ｘが＿３０＜ｘ＜６０μｍを満たし、かつ光伝送路２の光軸２ｂから光半導体素子１までの距離ｙが０＜ｙ＜２０μｍを満たすのが好ましい。距離ｘが６０μｍ以上、距離ｙが２０μｍ以上となると、特に広がり角の大きい光の場合、光の拡散によって受光部１ａで受光されない光の割合が増大する虞がある。距離ｘが３０＜ｘ＜６０μｍを満たし、かつ距離ｙが０＜ｙ＜２０μｍを満たすことによって、光の拡散による接続損失の増大を抑制することができる。
一方、光半導体素子１が発光素子の場合には、光半導体素子１から光結合部３に入射した光は、光結合部３を構成する透明樹脂と外部の気体との界面３ａとの屈折率差により反射されて光伝送路２に入射する（図１Ｃ参照）。この際、光半導体素子１の光軸１ｂと外面３ａとが交差する位置Ａにおける外面３ａの接線Ｔ_２に関し、この接線Ｔ_２と光半導体素子１の上面１ｃとのなす角φ_２が３０°＜φ_２＜６０°であるのが好ましい。これにより、光半導体素子１から出射する光が一定の広がり角を有する場合であっても、効果的に光を光伝送路２に入射させることができる。その結果、接続損失が増大するのを抑制できる。
また、上記と同様に、距離ｘが３０＜ｘ＜６０μｍを満たし、かつ距離ｙが０＜ｙ＜２０μｍを満たすことによって光結合部３内の光路長が短くなるので、光の拡散による接続損失の増大を抑制できる。
光半導体素子１と光結合部３との間、および光伝送路２と光結合部３との間には、屈折率整合剤や間隙による空気などが存在せず、光半導体素子１と光伝送路２との間は、光結合部３を構成する樹脂のみで接続されている。

本形態例の光結合部３は、光半導体素子１と光伝送路２との間の光結合を容易に実現するため、以下のような構成となっている。
光結合部３の外面３ａが外部の気体との界面を形成しており、光半導体素子１と光伝送路２とが、光結合部３を構成する樹脂自身によって、接着されている。光半導体素子１と光伝送路２とが、光結合部３を構成する樹脂自身によって、繋がることにより、光半導体素子１、光伝送路２、光結合部３以外の部品や接着剤を使用することなく、光半導体素子１、光伝送路２以外の部品との位置関係を調整することなく、光半導体素子１と光伝送路２との位置関係を調整するだけで、低コストで、簡単に、光半導体素子１と光伝送路２との間の光路を変換し、かつ光半導体素子１と光伝送路２とを高効率で光学的に結合することができる。
なお、本明細書において「樹脂自身によって接着されている」とは、光半導体素子と光結合部を構成する樹脂とが、および、光伝送路と光結合部を構成する樹脂とが直接繋がり、光半導体素子と光結合部との間、および光伝送路と光結合部との間に、樹脂等の別の材料（屈折率整合剤や間隙による空気など）が存在しないことを指している。引っ張り力が加わっていない状態（静止状態）で前記の定義による状態をとっていればよく、引っ張りに対する接着力は問わない。

光半導体素子１、光伝送路２以外の部品と、光半導体素子１および光伝送路２との位置関係を調整することは難しく、光半導体素子１、光伝送路２以外の部品は高精度で作製する必要がある。そのため、光路を変換し、かつ光学的に結合する光結合部３を、低コストで作製することが困難である。
さらに、本発明では、光伝送路２に対し、その先端を曲げるなどの特別な加工を施す必要がなく、低コストで光結合構造を作製することができる。

また、光伝送路２の端部２ａと光半導体素子１の受発光部１ａとの間が単一の透明樹脂で構成された光結合部３で光結合され、極めて低コストに、かつ簡易な工程で作製可能である。
ここでいう単一の透明樹脂とは、成分（組成）が均一（単一）、特定の波長の光に対する透過率が均一、物理的に２層以上ではない（界面がない）など、いずれの意味も包含する。

本形態例の光結合部３の形状は、図１Ａ，１Ｂ，１Ｃに示すように、外面３ａが凸形状となっている。特に、光伝送路２と光半導体素子１（受発光部１ａ）との間に一定以上の距離があるような構成では、光路長が長くなったために拡散した光を凸形状となった外面３ａのレンズ効果により、効果的に光半導体素子１に集光できる。その結果、光接続損失を一定以下に抑えることができる。また、光伝送路２（または光半導体素子１）から出射する光の広がり角が比較的小さい場合には、上記の効果がより顕著となる。すなわち、出射光の広がり角が比較的小さい場合、光の拡散は比較的小さくなるので、接続損失に関しては、光路長よりも外面３ａのレンズ効果が光結合部３内の光路長よりも支配的になる。さらに、上記のような構成において、外面３ａにおける集光性を高めることにより、光半導体素子１の受発光部１ａに対する光伝送路２のアライメントを行いやすくすることができる。
この凸形状の外面３ａにおいて、（ａ）受発光部１ａに対向する位置Ａが受発光部１ａとは反対側に凸の形状となっていてもよく、（ｂ）光伝送路２の端部２ａに対向する位置Ｂが光伝送路２の端部２ａとは反対側に凸の形状となっていてもよく、（ｃ）受発光部１ａに対向する位置Ａと光伝送路２の端部２ａに対向する位置Ｂとの間が凸の形状となっていてもよく、あるいは（ａ）〜（ｃ）のうち２つ以上の観点で凸の形状となっていてもよい。
また、図１Ａに示す形態例では、光半導体素子１の光軸１ｂと光伝送路２の光軸２ｂとが交差する交点Ｐの位置に光結合部３を構成する樹脂が存在している。なお、光結合部３の外面３ａは凸形状である場合であっても、光軸１ｂ，２ｂの交点Ｐの位置には前記樹脂が存在せず、樹脂の外面３ａが受発光部１ａに対向する位置が、交点Ｐと受発光部１ａとの間にあり、かつ、樹脂の外面３ａが光伝送路２の端部２ａに対向する位置が、交点Ｐと光伝送路２の端部２ａとの間にある形状とすることも可能である。この場合、光結合部３内の光路がより短縮するので好ましい。

光結合部３を構成する樹脂は、光半導体素子１の上面１ｃの上方向から見たときに、当該上面１ｃ内に配置されていることが好ましい。前記樹脂を光半導体素子１の上面１ｃ内に配置することにより、型などを使用することなく、樹脂の広がりなどを制御しやすく、該樹脂からなる光結合部３の形状を安定して作製することができる。
本形態例の光結合部３において、光の伝送に関与しない部分、例えば、図１Ａにおける光伝送路２の上側にかかっている部分３ｂや、光伝送路２の下側と光半導体素子１の上面１ｃとの間に挟まれた部分３ｃが凸形状になっているのは差し支えない。しかしながら、光結合部３の作製時に、光結合部３を構成する樹脂が、光伝送路２の下側の部分３ｃから光半導体素子１の端面１ｓに垂れ落ちることは望ましくない。

また、光結合部３を構成する樹脂は、光半導体素子１の上面にワイヤボンディングしている給電用配線（ワイヤ配線）７から離間して配置され、このワイヤ配線７と接触しないことが好ましい。樹脂がワイヤ配線７と接触すると、該樹脂の形状が崩れ、良好な結合効率が得られない。さらに、樹脂とワイヤ配線７との接触の仕方の僅かな違いによって樹脂形状が変化するので、樹脂形状にばらつきが生じやすくなる。樹脂とワイヤ配線７との接触の仕方を制御するのは非常に難しいため、ワイヤ配線７が接触しないようにすることが、製造安定上、非常に有効である。
なお、この場合において樹脂の接触を避けるべきワイヤ配線７とは、光半導体素子１の上面１ｃより上方に突出したものである。光半導体素子１の外部配線が光半導体素子１の上面１ｃおよび側面に沿って平面的に形成されている場合は、必ずしも接触を避ける必要はない。また、ワイヤ配線７に限らず、光半導体素子１の上面１ｃから大きく突出した構造物が存在する場合は、光結合部を構成する樹脂がこれら構造物と接触するのを避けることが好ましい。

図１Ａ〜１Ｃおよび図１２Ａ〜１２Ｃに示すように、光伝送路２の端面２ａは、光半導体素子１を側面方向（図１Ａ〜１Ｃ）および上方向（図１２Ａ〜１２Ｃ）から見たときに、光半導体素子１の端面１ｓ（上面１ｃを囲む周囲の側面）より光半導体素子１の内側に存在することが好ましい。光伝送路２の端面２ａが光半導体素子１の内側に存在することで、光結合部３内の光路長を短くすることができる。
また、図１２Ａに示すように、光結合部３の形状は、その上方向から見たときに、円形状あるいは楕円形状となっているのが好ましい。さらに、図１２Ｂ及び１２Ｃに示すように、光結合部３の形状が、その上方向から見たときに、扇形状であるのがより好ましい。
従来のように上方向から見たときに方形状であるミラー（図１６に示されている光路変換用ミラー１０３を上方向から見たときの形状）を用いる場合、光伝送路２から一定の広がり角をもって出射した光を光半導体素子１の受発光部１ａに集めることができず、その結果、接続損失が増加してしまう。一方、本形態例では、光結合部３が上方向から見たときに円形状あるいは楕円形状を有するため、光の出射部（光伝送路２の端面２ａ）から光結合部３の外面３ａまでの距離及び外面３ａから受発光部１ａまでの距離（すなわち、光結合部３内の光路長）がより短くなり、かつ出射した光が受発光部１ａに集まるように外面３ａにて反射される。したがって光半導体素子１と光伝送路２との間の接続損失をより抑えることができる。
さらに、上方向から見たとき光結合部３の形状を扇形状とした場合では、円形状や楕円形状の場合に比べて、光路長をより短くすることができるため、さらなる接続損失の低下が図れる。

また、図２Ａに、第１形態例に係る光結合構造を備えた光モジュールの別の例を示す。図２Ａに示す光モジュール１５は、光結合部１４を構成する樹脂の外面が、光半導体素子１の受発光部１ａおよび光伝送路２の端部２ａの側に凹んだ形状となっている。このように、光結合部１４を構成する樹脂の外面が、光半導体素子１の受発光部１ａおよび光伝送路２の端部２ａの側に凹んだ形状とすることで、光結合部１４内の光路長を短くすることができる。
さらに、光結合部１４を構成する透明樹脂は、光伝送路２の光軸２ｂと光半導体素子１の光軸１ｂとが交差する交点Ｐの位置には存在せず、かつ光結合部１４の外面１４ａ（光結合部１４と外部の気体との界面）が、光半導体素子１の受発光部１ａおよび光伝送路２の端部２ａの側に凹んだ形状となっていることが好ましい。

ここで、光結合部１４の外面１４ａが凹んだ形状となるためには、少なくとも、
（１）受発光部１ａに対向する位置Ａが受発光部１ａ側に凹んだ形状の凹面部１１、
（２）光伝送路２の端部２ａに対向する位置Ｂが光伝送路２の端部２ａ側に凹んだ形状の凹面部１２、
（３）受発光部１ａに対向する位置Ａと光伝送路２の端部２ａに対向する位置Ｂとの間が凹んだ形状の凹面部１３、
を有することを必要とする。
さらに、光半導体素子１が受光素子の場合には、光伝送路２の光軸２ｂと外面１４ａとが交差する位置Ｂにおける外面１４ａの接線Ｔ_３に関し、この接線Ｔ_３と光半導体素子１の上面１ｃとのなす角φ_３が３０°＜φ_３＜６０°であるのが好ましい（図２Ｂ参照）。これにより、効果的に光を受光素子に集光でき、接続損失が増大するのを抑制できる。
また、光伝送路２の端面２ａから光半導体素子１の光軸１ｂまでの距離ｘが３０＜ｘ＜６０μｍを満たし、かつ光伝送路２の光軸２ｂから光半導体素子１までの距離ｙが０＜ｙ＜２０μｍを満たすのが好ましい。距離ｘが６０μｍ以上、距離ｙが２０μｍ以上となると、特に広がり角の大きい光の場合、光の拡散によって受光部１ａで受光されない光の割合が増大する虞がある。距離ｘが３０＜ｘ＜６０μｍを満たし、かつ距離ｙが０＜ｙ＜２０μｍを満たすことによって、光の拡散による接続損失の増大を抑制することができる。
一方、光半導体素子１が発光素子の場合には、発光素子の光軸１ｂと外面１４ａとが交差する位置Ａにおける外面１４ａの接線Ｔ_４に関し、この接線Ｔ_４と光半導体素子１の上面１ｃとのなす角φ_４が３０°＜φ_４＜６０°であるのが好ましい（図２Ｃ参照）。これにより、光半導体素子１からの出射光を効果的に光伝送路２（光伝送路２が光ファイバである場合には、例えばそのコア）に集光でき、接続損失が増大するのを抑制できる。また、上記と同様に、光伝送路２の端面２ａから光半導体素子１の光軸１ｂまでの距離ｘが３０＜ｘ＜６０μｍを満たし、かつ光伝送路２の光軸２ｂから光半導体素子１までの距離ｙが０＜ｙ＜２０μｍを満たすのが好ましい。上記と同様な効果が得られる。
光の伝送に関与しない部分、例えば、図２Ａにおける光伝送路２の上側にかかっている部分１４ｂや、光伝送路２の下側と光半導体素子１の上面１ｃとの間に挟まれた部分１４ｃが凸形状になっているのは差し支えない。また、図６に示す光モジュール１５Ａのように、光伝送路２の上側にかかっている部分１４ｂがなく、光伝送路２の端部２ａの一部が光結合部１４Ａの外側に露出されてもよい。

ここで、（１）の受発光部１ａ側の凹面部１１は、例えば、光半導体素子１の光軸１ｂが樹脂の外面１４ａと交差する位置Ａの近傍において、樹脂の外面１４ａが樹脂側に凹となる凹面を形成していればよい。
また、（２）の光伝送路２側の凹面部１２は、例えば、光伝送路２の光軸２ｂが樹脂の外面１４ａと交差する位置Ｂの近傍において、樹脂の外面１４ａが樹脂側に凹となる凹面を形成していればよい。
また、（３）の中間部の凹面部１３は、例えば、光半導体素子１の光軸１ｂが樹脂の外面１４ａと交差する位置Ａと、光伝送路２の光軸２ｂが樹脂の外面１４ａと交差する位置Ｂとの間を結ぶ線分ＡＢがＡ−Ｂ間で樹脂の外側（外部の気体側）を通り、樹脂の外面１４ａが凹となる凹面を形成していればよい。

光半導体素子１が受光素子の場合、本形態例の光結合部１４は、光半導体素子１と光伝送路２とが、光結合部１４を構成する樹脂自身によって繋がる（一体となる）ことにより、低コストで、簡単に、光半導体素子１と光伝送路２との間の光路を変換し、かつ光半導体素子１と光伝送路２とを高効率で光学的に結合することができる。
また、光結合部１４を構成する樹脂が、光半導体素子１の上面１ｃの上方向から見たときに、上面１ｃ内に配置されていることにより、型などを使用することなく、樹脂の広がりなどを制御しやすく、該樹脂からなる光結合部１４の形状を安定して作製することができる。
また、光結合部１４を構成する樹脂が、光半導体素子１の上面にワイヤボンディングしている給電用配線７と接触しないことにより、光結合部１４の樹脂形状にばらつきが生じにくく、本形態例の光接続構造を製造することができる。
また、光伝送路２の端面２ａが、光半導体素子１を側面方向および上方向から見たときに、光半導体素子１の端面１ｓより光半導体素子１の内側に存在することにより、光結合部１４内の光路長を短くすることができる。さらに、光結合部１４をその上方向から見たときに、この光結合部１４が円形状、楕円形状、あるいは扇形状のいずれかであるのが好ましい。凸形状について述べたのと同様の効果が得られる。
また、光結合部１４の外面１４ａが凹んだ形状となっていることにより、図７に示すように、光伝送路２から出射し、光結合部１４の外面１４ａで反射した光１０を、光半導体素子１の受発光部１ａに受光させる際、光結合部１４の外面１４ａにおける反射位置を光半導体素子１および光伝送路２に近づけ、光結合部１４内の光路長を短くすることができる。その結果、接続損失が増大することなく、安定した光接続を構築できる。
光半導体素子１が発光素子であって、光半導体素子１の受発光部１ａから出射した光１０を光結合部１４の外面１４ａで反射させ、光伝送路２に入射させる場合も同様である。

一般的に、光路長が長くなると光接続損失が増大する傾向にある。これは、図７に示すように、光が光伝送路２（あるいは受発光部１ａ）から出射する際には、ある程度の広がり角をもっており、光結合部１４内を広がりながら進行するためである。
図８に示すように、光結合部３の外面３ａが凸形状となっていると、光１０が光結合部３の外面３ａで反射する位置が遠くなり、光結合部３内の光路長が長くなることによって、特に広がり角の大きい光が出射される場合では、光が拡散し、接続損失が増大することがある。
図９に示すように、４５°ミラーとして機能するように樹脂３００を形成した場合、その反射面３０１の位置が遠く、光路が長いため、光１０が広がってしまい、接続損失が大きくなってしまう。
図１０に示すように、４５°ミラーとなる樹脂３１０が大きく、光伝送路２の端面２ａの上端２ｃの高さ２ｄを超える程度となると、端面２ａから反射面３１１までの距離および光１０の光路がさらに長くなる。
これら図２Ａに示す凹面部１１〜１３のうち、それぞれ光半導体素子１の受発光部１ａおよび光伝送路２の端部２ａの位置に近い部位が、透明樹脂の界面１４ａにおける反射によって光半導体素子１と光伝送路２との間を光結合するので、光が拡散する範囲が狭くなり、損失を低減することができる。このため、光結合部１４は、光半導体素子１の光軸１ｂと光伝送路２の光軸２ｂとが交差する交点Ｐの位置には前記樹脂が存在せず、樹脂の外面１４ａが受発光部１ａに対向する位置Ａが交点Ｐと受発光部１ａとの間にあり、かつ、樹脂の外面１４ａが光伝送路２の端部２ａに対向する位置Ｂが交点Ｐと光伝送路２の端部２ａとの間にあることが好ましい。

図１１に示すように、光結合部１６が給電用配線７にかかると、樹脂が給電用配線７に付着した部分（付着部）１７を中心にして、光結合部１６の形状が崩れる。この場合、光が光結合部１６の外面１６ａで反射する位置が光伝送路２や光半導体素子１から遠くなり、光結合部１６内の光路長が長くなる。これにより、光が拡散し、接続損失が増大することになる上、高い結合効率を達成する形状が作製しづらい。つまり、良好な結合効率が得られない。さらに形状が非常に安定せず、製造上大きなばらつきが生じる。このため、給電用配線７が光伝送路２に近くても、光結合部３，１４が給電用配線７にかからないことが特性上、および製造上非常に重要である。
同様に、光結合部が、上方向から見て光半導体素子１の上面１ｃ内に配置されていないと、光結合部を作製する際に光結合部をなす樹脂が拡がりやすく、光が光結合部の外面で反射する位置が遠くなりやすい。この結果、光結合部内の光路長が長くなることによって、光が拡散し、接続損失が増大しやすい。さらに樹脂の拡がり方が安定しづらいため、製造上大きなばらつきが生じる。

本形態例の光結合部３，１４は、透明樹脂の周囲が気体で覆われている。透明樹脂と気体との屈折率差は大きいため、界面における光の反射率を高めることができる。これにより、光の結合効率をより向上することができる。
すなわち、本形態例の光結合部３，１４は、光半導体素子１と光伝送路２とが光結合部３，１４を構成する樹脂自身によって繋がる（一体となる）ことに加え、光結合部３，１４が光半導体素子１の上面１ｃ内に配置されていること、光結合部３，１４が光半導体素子１の上面にワイヤボンディングしている給電用配線７と接触しないこと、および光結合部３，１４の周囲が気体で覆われること、およびさらに好ましくは光結合部１４の外面１４ａが凹んだ形状になっていることにより、透明樹脂の界面の形状について、反射面としての位置および角度を精密に制御しなくても、より低い作製精度で高効率な光結合を安定して実現することができる。

本形態例では、基板４の実装面４ａにおいて、光半導体素子１を、その受発光部１ａが基板４の実装面４ａの反対側（図１Ａ〜１Ｃでは上側）となるように実装することができるので、ダイボンディングやワイヤボンディングによる実装が可能になる。これにより、伝送特性に重要な配線を最短の線路長でつなぐことができ、ノイズが乗りにくく、良好な伝送特性が得られる。また、ボンディングの外観検査が容易であり、接続不良を発見するのが容易になる。

次に、本発明の光モジュールの製造方法の説明にあたって、前述した図１Ａ〜２Ｃに示す構成の光モジュール５，１５の製造方法を例示する。
図３に示すように、予め実装面４ａに回路配線６が形成され、光半導体素子１が実装された基板４を用意する。そして、光半導体素子１の受発光部１ａに対して、精密ディスペンサ等の樹脂ディップ装置２９を用いて、未硬化の透明樹脂３１を塗布する。
透明樹脂３１は、光半導体素子１の上面１ｃに収まる範囲内で塗布することが望ましい。この時、透明樹脂３１が給電配線７と接触しないように、給電配線から離間して透明樹脂３１を塗布する。

続いて、図４に示すように、光半導体素子１に対して光伝送路２の端部２ａを、光半導体素子１上に盛り付けた透明樹脂３１に向けて（矢印Ｌの方向に）差し込む。
そして、透明樹脂３１に差し込んだ光伝送路２を光半導体素子１から遠ざけるように移動する。このとき、光伝送路２は、光半導体素子１からゆっくりと斜め上方向（矢印Ｒの方向）に引き上げる。

この後、透明樹脂３１の種類に応じて、必要に応じて例えばＵＶ（紫外線）の照射や加熱を行い、透明樹脂３１を硬化させる。これにより、光半導体素子１と光伝送路２とを光学的に接続する（光結合する）光結合部３，１４が形成され、光モジュール５，１５が完成する。

図４において光伝送路２を斜め方向に引き上げた後の透明樹脂３１の形状は、（１）透明樹脂３１と光半導体素子１との間の界面張力、（２）透明樹脂３１と光伝送路２との間の界面張力、および（３）透明樹脂３１と外部の気体との間の表面張力で決定される。つまり、（Ａ）光半導体素子１、光伝送路２、透明樹脂３１の部材と、（Ｂ）光半導体素子１および光伝送路２の表面状態や透明樹脂３１の粘度などの部材の状態と、（Ｃ）図３における透明樹脂３１の塗布量や図４における光伝送路２の差込量および引き上げ量などの実装条件などに依存する。これら（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の条件が同じであれば、自ずと透明樹脂３１の形状は同じになる。光結合部３，１４の外面３ａ，１４ａが凹形状か凸形状かも、あるいは光結合部３，１４を上方向から見たときに、円形状であるか、楕円形状であるか、または扇形状であるかも、これらの条件によって制御できる。

光伝送路２のＲ方向への引き上げ量は、用いる光伝送路２や光半導体素子１の構造、透明樹脂３１の塗布量などに応じて最適値が存在する。こうした最適値を予め調べておけば、上述した作製工程を全て自動化することが可能になり、より一層の作製工程の省力化を実現できる。また、光結合部３，１４を作製する際に光半導体素子１と光伝送路２との間に光を伝送させる必要はなく、パッシブ調心が可能である。樹脂の塗布量の変化などによってパッシブ調心の位置が最適位置から多少ずれても、光半導体素子１と光伝送路２との間が透明樹脂３１でつながれているので、透明樹脂３１の表面が光伝送路２と一緒に変形する。そのため、光結合部３，１４の結合効率が低下しにくく、位置合わせのトレランスが大きい。光を伝送しながら行うアクティブ調心では、透明樹脂３７として光硬化性樹脂を用いると光ファイバの位置合わせ中にこの樹脂が硬化するおそれがあるが、パッシブ調心によれば、途中で樹脂が硬化するおそれがない。

このように、本形態例の光モジュールの製造方法によれば、光半導体素子１に透明樹脂３１を盛り付けて、この透明樹脂３１に光伝送路２を差し込んで斜め方向に引き上げた後、透明樹脂３１を硬化させるだけで、光半導体素子１と光伝送路２とを光学的に接続する（光結合する）光結合部３，１４を形成することが可能になる。このため、光結合部３，１４の形成に際して、樹脂を象る金型等も必要なく、少ない工程かつ少ない構成部品で極めて低コストに光モジュールを製造することが可能になる。
なお、光結合部３，１４の形成方法は、上記方法に限定されるものではない。例えば、光半導体素子１の上方に光伝送路２の先端を配置し、さらに光伝送路２の先端および光半導体素子１の受発光部１ａを覆うように透明樹脂３１を盛り付け、透明樹脂３１中の光伝送路２の先端を斜め方向に引き上げた後、透明樹脂３１を硬化させるという手順でもよい。つまり、透明樹脂３１中の光伝送路２の先端を斜め方向に引き上げて光結合部３，１４を形成するためには、光半導体素子１の上に光伝送路２の先端を配置する工程と、透明樹脂３１を配置する工程の順序が上述の方法と逆でも構わない。
この場合、上記（Ｃ）の条件の代わりに、（Ｃ′）の条件：「透明樹脂３１の塗布量や、引き上げ前の光伝送路２の位置および引き上げ量などの実装条件」が採用され、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ′）の条件が同じであれば、自ずと透明樹脂３１の形状は同じになる。また、手順が相違すると、光伝送路２のＲ方向への引き上げ量の最適値も変わる可能性があるため、当該最適値は、実際と同じ手順で実験をして調べることが望ましい。

従来、ＬＥＤなどの封止用途などにおいて、表面張力および界面張力という物性によって自ずと決まる形状を、凸レンズや凹レンズとして利用することは公知である。また、特許文献４には、半導体レーザ素子の後方出力光をモニタフォトダイオードに入射させるため、基板の段差に沿って透明樹脂を被覆した半導体レーザ装置が記載されている。
本形態例の光モジュールの製造方法は、透明樹脂を基板に付着させる必要がないので、光結合部３，１４の形成に際して、基板４の加工工程（Ｖ溝や段差など）を追加する必要がない。このため、シリコン基板のように面異方性エッチングが利用可能な基板に限らず、ガラスエポキシ基板等のように加工性の低い基板であっても、低コストに基板作製が可能である。

図１３および図１４に、第２形態例に係る光結合構造を備えた光モジュールの一例を示す。図１３および図１４に示す光モジュール９，１９は、基板４の実装面４ａに実装された光半導体素子１と、基板４の実装面４ａに沿い、かつ基板４の実装面４ａから離間して配置された光伝送路２と、光伝送路２と光半導体素子１との間を光学的に結合する光結合部３，１４と、光結合部３，１４の周囲を覆うクラッド樹脂層８とを備えている。

本形態例の光モジュール９，１９は、光結合部３，１４の周囲が、光結合部３，１４を構成する透明樹脂（第１の樹脂）より屈折率が低い第２の樹脂からなるクラッド樹脂層８で覆われている点が第１形態例に係る光モジュール５，１５と異なる。光半導体素子１、光伝送路２、基板４、回路配線６、ワイヤ配線７等は、第１形態例に係る光モジュール５，１５と同様に構成することができる。
クラッド樹脂層８は、光結合部３，１４を構成する透明樹脂よりも屈折率の低い樹脂で形成されているので、光結合部３，１４の中を伝送する光がクラッド樹脂層８の方に入射し散乱してしまうことを抑制することができる。さらに、クラッド樹脂層８の周囲を、光結合部３，１４よりも高い屈折率を有する樹脂（図示せず）で封止することも可能になる。

ここでいう屈折率とは、光半導体素子１と光伝送路２との間を伝送する光の波長における屈折率を指している。第２の樹脂としては、例えば、ＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などを用いることができる。第２の樹脂の具体例としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられる。
クラッド樹脂層８は、図３および図４に示すようにして光結合部３，１４を形成した後に、第２の樹脂を塗布して硬化することにより形成する。

本形態例の光結合部３，１４は、クラッド樹脂層８で覆われている点を除いては、第１形態例と同様である。図１３は光結合部３の外面３ａが凸形状の場合を、図１４は光結合部１４の外面１４ａが凹形状の場合を示す。
光結合部３，１４を構成する第１の樹脂は、光半導体素子１と光伝送路２とが、光結合部３，１４を構成する第１の樹脂自身によって繋がる（一体となる）ことにより、低コストで、簡単に、光半導体素子１と光伝送路２との間の光路を変換し、かつ光半導体素子１と光伝送路２とを高効率で光学的に結合することができる。
また、光結合部３，１４を構成する第１の樹脂が、上方向から見て光半導体素子１の上面１ｃ内に配置されていることにより、型などを使用することなく、第１の樹脂の広がりなどを制御しやすく、第１の樹脂からなる光結合部３，１４の形状を安定して作製することができる。
また、光結合部３，１４を構成する樹脂が、光半導体素子１の上面にワイヤボンディングしている給電用配線７と接触しないことにより、光結合部３，１４の樹脂形状にばらつきが生じにくく、製造することができる。
また、光伝送路２の端面２ａが光半導体素子１の内側に配置されることにより、光結合部３，１４内の光路長を短くすることができる。
また、上述した第１形態例の光結合部１４と同様に、光結合部１４とクラッド樹脂層８との界面１４ａが凹んだ形状となっていることが好ましい。なお、光伝送路２と光半導体素子１とを一定距離以上離して配置する必要がある場合や、出射光の広がり角が比較的小さいような場合等には、上述した第１形態例の光結合部３と同様に、光結合部とクラッド樹脂層８との界面を凸形状とすれば、第１形態例の光結合部３で得られるのと同様の効果が得られる。

本形態例の光モジュール９におけるクラッド樹脂層８は、光結合部３，１４のクラッド樹脂として機能する。光半導体素子１が受光素子の場合には、光伝送路２から光結合部３，１４に入射した光は、光結合部３，１４とクラッド樹脂層８との界面３ａ，１４ａとの屈折率差により反射されて光半導体素子１に入射する。また、光半導体素子１が発光素子の場合には、光半導体素子１から光結合部３，１４に入射した光は、光結合部３，１４とクラッド樹脂層８との界面３ａ，１４ａとの屈折率差により反射されて光伝送路２に入射する。

さらに図１３および図１４に示す例では、光伝送路２がクラッド樹脂層８によって基板４の実装面４ａに固定されている。これにより、光伝送路２の端部２ａ付近の光軸２ｂの方向が動きにくく、光伝送路２に外力が作用しても光結合の悪化を抑制することができる。
ワイヤ配線７はクラッド樹脂層８に覆われ、保護されているので、外部の応力によって破損しやすいワイヤ配線７（給電用配線）の断線を防止することができる。
光伝送路２の端部２ａ、光結合部３，１４、および光半導体素子１がクラッド樹脂層８により覆われているので、外部の応力からこれらを保護することができる。すなわち、光半導体素子１と光伝送路２との光結合構造全体の機械的強度を高くすることができる。
このように、クラッド樹脂層８がワイヤ配線７の保護層、あるいは光結合構造の保護層として機能するように設けられた場合、簡便にこれら保護層としてのクラッド樹脂層８を形成することができる。

図１５は、本発明の一形態例に係る光送受信モジュールを示す斜視図である。本形態例の光送受信モジュール５０は、同一の基板５４の実装面５４ａに実装された受光素子である第１の光半導体素子５１ａおよび発光素子である第２の光半導体素子５１ｂと、基板５４の実装面５４ａから離間して配置された第１の光伝送路５２ａおよび第２の光伝送路５２ｂと、第１の光半導体素子５１ａと第１の光伝送路５２ａとの間を光学的に結合する第１の光結合部５３ａと、第２の光半導体素子５１ｂと第２の光伝送路５２ｂとの間を光学的に結合する第２の光結合部５３ｂとを備えている。
第１の光半導体素子５１ａ、第１の光伝送路５２ａおよび第１の光結合部５３ａが第１の光結合構造を構成し、第２の光半導体素子５１ｂ、第２の光伝送路５２ｂおよび第２の光結合部５３ｂが第２の光結合構造を構成している。

本形態例の光送受信モジュール５０の場合、第１の光結合構造および第２の光結合構造は、いずれも図１３および図１４に記載の光モジュール９，１９と同様の光結合構造を構成している。
具体的には、光結合部５３ａ，５３ｂは、伝送される光に対して透明な樹脂からなり、第１の樹脂は、光半導体素子５１ａ，５１ｂの受発光部の少なくとも一部および光伝送路５２ａ，５２ｂの端部の少なくとも一部にそれぞれ密着し、光半導体素子５１ａと光伝送路５２ａ、および光半導体素子５１ｂと光伝送路５２ｂとが、光結合部５３ａ，５３ｂを構成する第１の樹脂自身によって直接繋がっている。
さらに、光結合部５３ａ，５３ｂを構成する第１の樹脂が、上方向から見たときに光半導体素子５１ａ，５１ｂの上面内に配置されていること、光結合部５３ａ，５３ｂを構成する樹脂が、光半導体素子５１ａ，５１ｂの上面にワイヤボンディングしている給電用配線５７ａ，５７ｂと接触しないこと、および光伝送路５２ａ，５２ｂの端面が光半導体素子５１ａ，５１ｂ上に存在することが好ましい。また、光結合部５３ａ，５３ｂの外面（またはクラッド樹脂層５９との界面）が凸形状でもよいし、凹んだ形状であってもよい。なお、図示例では光結合部５３ａ，５３ｂの外面が凹んだ形状である。または、クラッド樹脂層５９を省略して、光結合部５３ａ，５３ｂの周囲が気体で覆われる構成としてもよい。
これにより、第１の光伝送路５２ａから受光素子である第１の光半導体素子５１ａへの光結合においても、発光素子である第２の光半導体素子５１ｂから第２の光伝送路５２ｂへの光結合においても、低コストに、かつ簡易な工程で光結合構造を作製することが可能である。

本形態例の光送受信モジュール５０の場合、２つの光半導体素子５１ａ，５１ｂが共通する基板５４上に並べて実装されている。これらの光半導体素子５１ａ，５１ｂは、基板５４上に形成された回路配線５６に対してそれぞれ接合材により電気的に接続されている。例えば、本形態例の場合は、光半導体素子５１ａ，５１ｂの上部（表面）に形成された電極（図示せず）とワイヤ配線５７ａ，５７ｂなどからなる給電用配線により、光半導体素子５１ａ，５１ｂが回路配線５６と電気的に接続されている。また、光半導体素子５１ａ，５１ｂの裏面と回路配線５６とが、導電性接着剤（図示せず）により、電気的に接続されている。回路配線５６およびワイヤ配線５７ａ，５７ｂは、発光素子に接続された配線と、受光素子に接続された配線とが、それぞれ独立に設けられる。

本形態例の光送受信モジュール５０の場合、第１の光伝送路５２ａと第２の光伝送路５２ｂは、共通する被覆材５８によって一体に覆われている。このため、光結合部５３ａ，５３ｂを作製する際、図４と同様にして光伝送路５２ａ，５２ｂを透明樹脂中に（Ｌ方向に）差し入れるとき、次いで斜め方向（Ｒ方向）へ光伝送路５２ａ，５２ｂ引き上げるときには、両方の光伝送路５２ａ，５２ｂを一度に操作して、作業を簡略化することができる。
共通する被覆材５８で一体化された複数の光伝送路５２ａ，５２ｂとしては、光ファイバテープ心線や基板型光導波路などを用いることができる。被覆材５８は、光伝送路５２ａ，５２ｂを伝送される光に対して不透明であってもよい。

光半導体素子５１ａ，５１ｂ、光伝送路５２ａ，５２ｂ、および光結合部５３ａ，５３ｂは、単一のクラッド樹脂層５９によって覆われていてもよい。
クラッド樹脂層５９は、光結合部５３ａ，５３ｂを構成する透明樹脂よりも屈折率の低い樹脂で形成されているので、光結合部５３ａ，５３ｂの中を伝送する光がクラッド樹脂層５９の方に入射し散乱してしまうことを抑制することができる。さらに、クラッド樹脂層５９の周囲を、光結合部５３ａ，５３ｂよりも高い屈折率を有する樹脂（図示せず）で封止することも可能になる。

本形態例の光送受信モジュール５０の場合、共通する被覆材５８によって一体化された光伝送路５２ａ，５２ｂがクラッド樹脂層５９によって基板５４の実装面５４ａに固定されている。これにより、光伝送路５２ａ，５２ｂの端部付近の光軸の方向が動きにくく、光伝送路５２ａ，５２ｂに外力が作用しても光結合の悪化を抑制することができる。
また、ワイヤ配線５７ａ，５７ｂはクラッド樹脂層５９に覆われ、保護されているので、外部の応力によって破損しやすいワイヤ配線５７ａ，５７ｂ（給電用配線）の断線を防止することができる。
また、光伝送路５２ａ，５２ｂの端部、光結合部５３ａ，５３ｂ、および光半導体素子５１ａ，５１ｂがクラッド樹脂層５９により覆われているので、外部の応力から保護することができる。したがって、光結合構造全体の機械的強度を高くすることができる。

なお、図１５の光送受信モジュール５０と同様の構造で、光半導体素子５１ａ，５１ｂが両方とも発光素子である光送信モジュールを構成したり、光半導体素子５１ａ，５１ｂが両方とも受光素子である光受信モジュールを構成したりすることも可能である。
クラッド樹脂層５９は、複数ある光結合部５３ａ，５３ｂのうち、一部の光結合部の周囲のみを覆うようにすることも可能である。

光モジュールに搭載される光半導体素子の個数は、１個や２個に限定されるものではなく、３個以上であってもよい。光半導体素子と光伝送路との光結合構造は、光半導体素子の個数に応じて必要な数を設けることができる。

以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。

（実施例１）
図１Ａ〜４に示すように、光伝送路２としてクラッド径が１２５μｍ、コア径が５０μｍの石英系マルチモード光ファイバを用意した。光半導体素子１には、受光素子としてＰＤ（受光部の開口径は８０μｍ）を、発光素子としてＶＣＳＥＬ（発光部の開口径は１２μｍ）を、透明樹脂３１にはＵＶ硬化樹脂（アクリル系樹脂）を、基板４にはガラスエポキシ基板を、ワイヤ配線７には金ワイヤを用いた。光半導体素子１の受発光部１ａ（ＰＤの受光部またはＶＣＳＥＬの発光部）の上に透明樹脂３１を２ｎｌ（ナノリットル）塗布した後、この透明樹脂に光ファイバの先端を差し込んで、斜め３０°上方に引上げ距離が４０μｍになるように光ファイバを引き上げた。この後、ＵＶを透明樹脂に照射してこの透明樹脂３１を硬化させることにより、図１Ａ〜２Ｃに示す光結合構造５，１５を作製した。光結合部３，１４を構成する硬化後の樹脂の屈折率は１．５８である。

透明樹脂として、粘度の異なる１１種類の樹脂（Ａ：０．０２Ｐａ・ｓ、Ｂ：０．１Ｐａ・ｓ、Ｃ：０．７Ｐａ・ｓ、Ｄ：１．５Ｐａ・ｓ、Ｅ：３．２Ｐａ・ｓ、Ｆ：５．５Ｐａ・ｓ、Ｇ：１５Ｐａ・ｓ、Ｈ：２１Ｐａ・ｓ、Ｉ：２６Ｐａ・ｓ、Ｊ：３５Ｐａ・ｓ、Ｋ：５０Ｐａ・ｓ）を用い、光結合部を形成した後のこれら光結合部の形状を観測した。
光ファイバを引き上げてからＵＶを照射するまでの時間は、各透明樹脂を使用した場合に接続損失が良好となる時間とした。従って、その時間は、使用した透明樹脂により異なる。その結果を表１に示す。

また、サンプルＤ、Ｈ、Ｋの樹脂を用いて光伝送路と光半導体素子との位置関係を最適にした光モジュールを作製し、それぞれにおける接続損失を測定した。その結果を表２に示す。なお、作製した各光モジュールの光結合構造において、上述の３０°＜φ＜６０°、３０＜ｘ＜６０μｍ、および０＜ｙ＜２０μｍを満たしていた。
また、各モジュールの光結合部を上方向からみた場合の形状は、サンプルＤを用いたものでは図１２Ｃに示したような扇形状、サンプルＨを用いたものでは図１２Ｃに示したような扇形状、サンプルＫを用いたものでは楕円形状であった。

（実施例２）
光ファイバを引き上げてからＵＶを照射するまでの時間を統一して光結合部を作製し、得られた光結合部の形状を観測した。光ファイバを引き上げてからＵＶを照射するまでの時間を３秒に統一した場合を表３に、光ファイバを引き上げてからＵＶを照射するまでの時間を２分に統一した場合を表４に示す。

また、その条件において、サンプルＤ、Ｈ、Ｋの樹脂を用いて光伝送路と光半導体素子との位置関係を最適にした光モジュールを作製し、それぞれにおける接続損失を測定した。なお、作製した各光モジュールの光結合構造においては、上述の３０°＜φ＜６０°、３０＜ｘ＜６０μｍ、及び０＜ｙ＜２０μｍを満たしていた。
また、各モジュールの光結合部を上方向からみた場合の形状は、サンプルＤを用いたものでは図１２Ｃに示したような扇形状、サンプルＨを用いたものでは図１２Ｃに示したような扇形状、サンプルＫを用いたものでは楕円形状であった。
光ファイバを引き上げてからＵＶを照射するまでの時間を３秒に統一した場合を表５に、光ファイバを引き上げてからＵＶを照射するまでの時間を２分に統一した場合を表６に示す。

表２、表５、表６の結果より、光半導体素子と光伝送路とが光結合部を構成する樹脂自身によって、接着されていることにより、光結合部を低コストで作製でき、しかも高い効率で光信号を伝送することができた。
また、光結合部がワイヤに接触しない場合、接続損失が非常に小さいものとなった。
また、光結合部の形状が凹形状の場合、凸形状の場合に比べて接続損失が非常に小さいものとなった。

本発明の光接続構造によれば、光結合部を多数の部品を用いることなく低コストで作製でき、しかもより高い効率で光信号を伝送することが可能になる。

Ｔ_１〜４ 接線
φ_１〜４ 接線Ｔ_１〜４と光半導体素子の上面とが成す角度
ｘ 光伝送路の端面から光半導体素子の光軸までの距離
ｙ 光伝送路の光軸から光半導体素子までの距離
θ 光軸同士の成す角度
Ｐ 光軸同士の交点
１，５１ａ，５１ｂ 光半導体素子
１ａ 受発光部
１ｂ 光半導体素子の光軸
１ｃ 上面（表面）
１ｄ 下面（裏面）
１ｓ 光半導体素子の端面
２，５２ａ，５２ｂ 光伝送路
２ａ 光伝送路の端部（端面）
２ｂ 光伝送路の光軸
３，３Ａ，１４，１４Ａ，１６，５３ａ，５３ｂ 光結合部
３ａ，１４ａ，１６ａ 光結合部の外面（界面）
４，５４ 基板
４ａ，５４ａ 基板の実装面
５，５Ａ，１５，１５Ａ 光モジュール
７，５７ａ，５７ｂ ワイヤ配線（給電用配線）
８，５９ クラッド樹脂層
９，１９ 光モジュール
５０ 光送受信モジュール

Claims (14)

1. 上面に受光部または発光部を有し、かつ下面の側で基板に実装された光半導体素子と、
   前記光半導体素子の光軸に対して所定の角度で交差する光軸を有し、かつ前記基板の実装面から離間して配置された光伝送路と、
   前記光半導体素子と前記光伝送路との間の光路を変換し、かつ前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、
   前記光結合部は、伝送される光に対して透明な樹脂からなり、前記樹脂は、前記光半導体素子の受光部または発光部の少なくとも一部および前記光伝送路の端部の少なくとも一部にそれぞれ密着し、
   前記光半導体素子と前記光伝送路とが、前記光結合部を構成する前記樹脂自身によって、接着され、
   前記樹脂は、前記光半導体素子の前記上面にワイヤボンディングしている給電用配線から離間して配置されていることを特徴とする光結合構造。
2. 上面に受光部または発光部を有し、かつ下面の側で基板に実装された光半導体素子と、
   前記光半導体素子の光軸に対して所定の角度で交差する光軸を有し、かつ前記基板の実装面から離間して配置された光伝送路と、
   前記光半導体素子と前記光伝送路との間の光路を変換し、かつ前記光半導体素子と前記光伝送路との間を光学的に結合する光結合部とを備え、
   前記光結合部は、伝送される光に対して透明な樹脂からなり、前記樹脂は、前記光半導体素子の受光部または発光部の少なくとも一部および前記光伝送路の端部の少なくとも一部にそれぞれ密着し、
   前記光半導体素子と前記光伝送路とが、前記光結合部を構成する前記樹脂自身によって、接着され、
   前記光結合部の形状が、前記光結合部を上方向から見たときに、円形状、楕円形状、または扇形状のいずれかであることを特徴とする光結合構造。
3. 前記光結合部を構成する前記樹脂は、前記光半導体素子の前記上面内に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光結合構造。
4. 前記光伝送路の端面は、前記光半導体素子を側面方向および上方向から見たときに、前記光半導体素子の端面より前記光半導体素子の内側に存在することを特徴とする請求項１または２に記載の光結合構造。
5. 前記光結合部を構成する前記樹脂の外面が、前記光半導体素子の受光部または発光部および前記光伝送路の端部の側に凹んだ形状となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の光結合構造。
6. 前記光結合部を構成する前記樹脂の外面が凸形状となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の光結合構造。
7. 前記光結合部をなす前記樹脂は、前記光半導体素子の光軸と前記光伝送路の光軸とが交差する交点の位置に存在せず、
   前記樹脂の外面が前記受光部または発光部に対向する位置が、前記交点と前記受光部または発光部との間にあり、かつ、前記樹脂の外面が前記光伝送路の端部に対向する位置が、前記交点と前記光伝送路の端部との間にあることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光結合構造。
8. 前記光結合部を構成する前記樹脂は、前記光伝送路の端面の上端の高さより下側に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光結合構造。
9. 前記光結合部の周囲が気体で覆われていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光結合構造。
10. 前記光結合部の周囲が、光結合部を構成する樹脂より屈折率が低いクラッド樹脂層で覆われていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光結合構造。
11. 前記光半導体素子の給電用配線が前記クラッド樹脂層によって覆われていることを特徴とする請求項１０に記載の光結合構造。
12. 同一の基板の実装面に実装された受光素子および発光素子と、前記基板の前記実装面から離間して配置された第１の光伝送路および第２の光伝送路と、前記受光素子と第１の光伝送路との間を光学的に結合する第１の光結合部と、前記発光素子と第２の光伝送路との間を光学的に結合する第２の光結合部とを備え、前記受光素子、第１の光伝送路および第１の光結合部が第１の光結合構造を構成するとともに、前記発光素子、第２の光伝送路および第２の光結合部が第２の光結合構造を構成した光送受信モジュールであって、第１の光結合構造および第２の光結合構造の一方または両方が、請求項１〜１１のいずれかに記載の光結合構造を構成していることを特徴とする光送受信モジュール。
13. 請求項１〜１１のいずれかに記載の光結合構造の製造方法であって、
    基板に設けられた光半導体素子の受光部または発光部に樹脂を塗布する工程と、
    前記基板に対して平行に、光伝送路を前記樹脂に差し込む工程と、
    前記光伝送路を前記半導体素子から遠ざける方向で、かつ斜め上方に移動させる工程と、
    前記樹脂を硬化させて光結合部とする工程と、
    を備え、
    予め求めておいた前記樹脂の塗布量、前記樹脂の粘度、前記光伝送路の差し込み量、前記光伝送路の斜め上方への移動量、及び前記樹脂を硬化させるまでの時間の相関関係に基づいて、前記光結合部の形状を凸形状にするのか又は凹み形状にするのかを制御することを特徴とする光結合構造の製造方法。
14. 前記光半導体素子の上面にワイヤボンディングしている給電用配線から離間して、前記樹脂を前記受光部または発光部に塗布することを特徴とする請求項１３に記載の光結合構造の製造方法。

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