JP5980193B2 - 光モジュール及び光モジュール製造方法。 - Google Patents

光モジュール及び光モジュール製造方法。 Download PDF

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Description

本発明は、光通信技術に関し、特に光導波路に対して波長多重の光信号を入出力する光モジュール及びその製造方法に関する。
光通信技術、特に従来の光ＭＣＭ（Multi-Chip Module）では、信号帯域を増やすためにチャンネル数を増やす空間多重方式が採用されており、１２チャンネル２５０μｍピッチのＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）のような光送信のための発光素子とＰＤ（Photo Diode）のような光受信のための受光素子のアレイが使用されることが多い。ＶＣＳＥＬ/ＰＤチップは１２チャンネルの光導波路上に実装されるが、さらなる広帯域化のために２４チャンネル１２５μｍピッチ、４８チャンネル６２．５μｍピッチと高密度化していくことが考えられる。
光導波路は光ファイバーに接続されることが想定される。従って、現状使用されている光ファイバーのクラッド径が１２５μｍであることを考えると、高密度化は１２５μｍピッチが限界である。光ファイバーの径を小さくすることにより１２５μｍピッチの限界を乗り越えたとしても、一般的なマルチモード光ファイバーのコア幅３５μｍと光の染み出しを考えると、４８チャンネル以上の高密度化は光導波路が１層では限界がある。また、光導波路を２層以上とすると、光ビームの広がりによる接続損失が深刻な問題になる。
図１に、従来の空間多重方式で高密度化した光モジュール１００の概略的な上平面図を示す。基板１０５の表面に複数の光導波路１１０が高密度に配置されている。各光導波路１１０の一端に、例えば光を水平方向から垂直方向に反射して変える４５度に傾斜したミラーのような反射手段で実施され得る１つの光入出力部１１５が、横並びにしないで離して設けられ、各光入出力部１１５に対して入力及び出力用の電気パッド１２０がそれぞれ２つ設けられて、ＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ１２５が構成されている。光導波路１１０が３５μｍ幅で且つ６２．５μｍピッチで配列されるのであれば、光導波路１１０間のスペースは２７．５μｍとなる。光の染み出しも考慮すると、光導波路１１０の配列に影響を与えないように電気パッド１２０から電気配線することは困難である。
非特許文献１には、１本の光ファイバーにつき４つの波長を有する並列な１２本の光ファイバーのリボンにより１０．４２Ｇｂｐｓの４８チャネルデータ伝送をする、５００Ｇｂｐｓの並列波長分割多重（ＰＷＤＭ：Parallel Wavelength Division Multiplexing）光相互接続が示されている。高密度化のため粗い波長多重を用いてＶＣＳＥＬやＰＤと光ファイバーとを接続しているが、その光相互接続では光の伝播を反射だけで制御していて、光の伝播を導波路で制御する構造は存在せず、送信機と受信機のそれぞれで挿入損失（受発光から光ファイバーまでの損失）は６−８ｄＢと大きい。
非特許文献２には、９０度の光路変換を行う４５度に傾斜したミラー面を先端に有する光ピンを光導波路に適用して、光導波路の上に配置されたＶＣＳＥＬ又はＰＤと光導波路とを光結合することが示されている。この光通信技術において、１つの光導波路には１つのＶＣＳＥＬ又はＰＤが対応して設けられ、１つの光導波路ではそのＶＣＳＥＬ又はＰＤに対応する１つの光信号のみが送受信されるので、この光通信技術は従来の空間多重方式と変わらない。
特許文献１には、基板内の光導波路に４５度に傾斜した光路変換ミラーを設けて、基板上に配置された発光素子又は受光素子と光導波路とを光結合することが示されている。この光通信技術においても、１つの光導波路には１つの発光素子又は受光素子が対応して設けられ、１つの光導波路ではその発光素子又は受光素子に対応する１つの光信号のみが送受信されるので、やはりこの光通信技術も従来の空間多重方式と変わらない。
特許文献２には、表面に複数の受光素子が形成され裏面に複数のＶ溝が形成された光透過性の材料から成る第１の基板と、第１の基板と同屈折率の光透過性の材料から成りＶ溝と嵌合する形状の複数の凸部が表面に形成された第２の基板が、それぞれＶ溝と凸部を嵌合して接合することにより一体に成形され、嵌合されたＶ溝と凸部を横切って通る波長多重の光は、各Ｖ溝の一方の斜面に形成された無反射膜では反射せずに通過し、各Ｖ溝の他方の斜面に形成されたバンドリジェクションフィルターでは対応する波長の光だけが反射して第１の基板中を通り受光素子に入るようにした、光受信器が示されている。光は第１の基板と第２の基板の中を伝播するが、各Ｖ溝の一方の界面では45度斜面になっているためそのままでは光が反射してしまうので、光が伝播するには斜面に無反射膜を形成する必要がある。また、光の伝播を導波路で制御する構造がないため、挿入損失は大きくなる。
B.E. Lemoff et al., "500-Gbps Parallel-WDM OpticalInterconnect" in Proceedings Electronic Components and Technology Conference, Vol.2,2005, pp.1027-1031 村田佳一 他、「光表面実装技術向け光ピンの光導波路への結合」エレクトロニクス実装学会誌 Vol.8 No.1 (2005) pp. 52-58
特開２００９−３２７２号公報 特開２０１１−２５７４７６号公報
本発明は、空間多重方式によるチャネル密度の限界を超えてチャネル数を増やし高密度化することができる光通信技術の実現を目的とする。本発明の目的には、光導波路に対して波長多重の光信号を入出力する光モジュール及びその製造方法の提供が含まれる。
本発明により提供される１実施態様の光モジュールは、基板の表面に設けられた少なくとも１つの光導波路と、基板の表面で光導波路に設けられた複数の溝と、光導波路の複数の溝の上に位置合わせされ、複数の異なる波長の光にそれぞれ対応して設けられた、複数の発光及び受光素子対と、複数の発光及び受光素子対のそれぞれに設けられ、光導波路の複数の溝に配置される複数の光ピンであって、発光素子から出る光及び受光素子へ入る光を通し、発光及び受光素子対側の下端部とは反対側の上端部に傾斜した面を有し、傾斜した面は当該面で光導波路からの光が反射されたときに反射された光を受光素子へ向け、発光素子からの光が反射されたときに反射された光を光導波路へ向ける傾斜をなす、複数の光ピンと、複数の光ピンの傾斜した面に設けられ、それぞれ、対応する発光及び受光素子対の発光素子から出る対応する波長の光を反射し、光導波路を伝播する伝播光から対応する波長の光を選択して対応する発光及び受光素子対の受光素子に反射する、複数の光選択フィルターとを含む。
好ましくは、複数の異なる波長の光は、少なくとも１０ｎｍの波長間隔を有する異なる波長の光であると良い。
好ましくは、光ピンの傾斜した面は、基板の表面に対して４５度に傾斜した面であると良い。
好ましくは、光ピンは光透過樹脂からなると良い。
好ましくは、光選択フィルターは、ＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ反射）フィルターであると良い。
好ましくは、光導波路の複数の溝に光透過のアンダーフィルが充填されていると良い。
本発明により提供される１実施態様の光モジュール製造方法は、それぞれ上端部に傾斜した面を有する複数の光ピンの原型が形成された原版モールドからレプリカ樹脂型を作製することと、複数の異なる波長の光にそれぞれ対応して複数の発光及び受光素子対が設けられたウエハー上にレプリカ樹脂型を位置合わせして置くことと、レプリカ樹脂型側に離型剤を塗布してレプリカ樹脂型の中に硬化性光透過樹脂を入れ、当該硬化性光透過樹脂を硬化後にレプリカ樹脂型を取り外してウエハー上に複数の光ピンを形成することと、ウエハー上に形成した複数の光ピンの傾斜した面に、それぞれ対応する波長の光を反射する複数の光選択フィルターを形成することと、ウエハーをダイシングして、光選択フィルターを形成した光ピンと発光及び受光素子対とをそれぞれが備える複数のチップを切り出すことと、基板の表面に設けられた少なくとも１つの光導波路に複数の溝を形成することと、少なくとも１つの光導波路に形成した複数の溝に、それぞれ対応する光選択フィルターを形成した複数の光ピンを配置して、光選択フィルターを形成した光ピンと発光及び受光素子対とをそれぞれが備える複数のチップを基板の表面の上に設けることとを含む。
好ましくは、光ピンの傾斜した面は、基板の表面に対して４５度に傾斜した面であると良い。
好ましくは、硬化性光透過樹脂は、光硬化アクリル樹脂であると良い。
好ましくは、ウエハー上に形成した複数の光ピンの傾斜した面に、それぞれ対応する波長の光を反射する複数の光選択フィルターを形成することは、複数の光ピンを形成したウエハーの上に複数の光ピンの傾斜した面を露出するマスクを形成し、露出した複数の光ピンの傾斜した面にＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ反射）フィルターを蒸着することを含むと良い。
好ましくは、複数の光ピンを形成したウエハーの上に複数の光ピンの傾斜した面を露出するマスクを形成することは、複数の光ピンを形成したウエハーの上にレジストを付着し、マスクを用いレジストを露光及び現像して複数の光ピンの傾斜した面をレジストから露出することを含むと良い。
本発明により、空間多重方式によるチャネル密度の限界を超えてチャネル数を増やし高密度化することができる光通信技術が実現される。特に、光導波路に対して波長多重の光信号を入出力する光モジュール及びその製造方法が提供され、水平方向における狭ピッチによる高密度化や垂直方向における多層による高密度化で光導波路の数を増やさなくても、光信号の帯域を各光導波路で波長の数分だけ増やすことができる。
従来の空間多重方式で高密度化した光モジュールの構造を概略的に示す上平面図である。 本発明の１実施形態に係る光モジュールの構造を概略的に示す上平面図である。 本発明の１実施形態に係る光モジュールの構造を概略的に示す側断面図である。 （Ａ）は図３の構造の一部を拡大して示す側断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の構造の一部を拡大して示す側断面図である。 （Ａ）〜（Ｈ）は本発明の１実施形態に係る光モジュール製造方法における発光及び受光素子対を含むチップ側での光ピン及び光選択フィルターの形成を概略的に示す図である。 （Ａ）〜（Ｂ）は本発明の１実施形態に係る光モジュール製造方法における光導波路を含む基板側での溝の形成を概略的に示す図である。 光導波路を含む基板に対して発光及び受光素子対を含むチップを組み立てる処理を概略的に示す図である。 本発明の１実施形態に係る光モジュールに使用されるＤＢＲフィルターの波長に対する反射率の一例を示すグラフである。 本発明の１実施形態に係る光モジュールに使用されるＤＢＲフィルターの反射及び透過による損失の１例を示すグラフと表である。 本発明の１実施形態に係る光モジュールに使用されるＤＢＲフィルターの反射及び透過による損失の他の１例を示すグラフと表である。
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、記載された実施形態の内容に限定して解釈されるべきではない。なお、実施形態の説明の全体を通じて同じ構成部分乃至構成要素には同じ番号を付している。
図２に、本発明の１実施形態に係る光モジュール２００の概略的な上平面図を示す。光モジュール２００では、図１の光モジュール１００に比べて、複数の光導波路２１０は基板２０５の表面に適切な間隔でもって配置される。これは、例えば図２に示すように１つの光導波路２１０において４波長で多重化した光信号を伝送するので、１波長の光信号を伝送する光モジュール１００における光導波路１１０の間隔程までに光導波路２１０の間隔を狭くする必要がないからである。
光モジュール２００は、各光導波路２１０にそれぞれ発光及び受光素子対として、例えば４つのＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ２２５が設けられる構成をなす。各ＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ２２５は、波長が異なるため、各光導波路２１０を横切り平行に並べて設けられ、各光導波路２１０に対する光入出力部２１５は横に並んでいる。光入出力部２１５は、後で説明されるように、光導波路２１０に溝を形成してその溝に配置する光ピン及び光ピンの傾斜した面に設けられる光選択フィルターで実施される。図１の光モジュール１００のように光入出力部１１５を横並びにしないで離して設けるとなると、光導波路１１０に反射手段を配置するための溝は、例えばレーザーアブレーションなどで個別に形成しなければならないが、光モジュール２００では光選択フィルターにより光の透過・反射が制御されるので、光ピン及び光ピンの傾斜した面に設けられる光選択フィルターを配置するための溝は、例えばダイシングなどにより一括して形成することができる。また、各ＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ２２５には、各光入出力部２１５に対して入力及び出力用の電気パッド２２０がそれぞれ２つ設けられている。各電気パッド２２０は光導波路２１０の間に光導波路２１０を貫通せず支障なく設けることができる。
図１の１波長の光信号を伝送する光モジュール１００では、６２．５μｍピッチで２５０μｍ幅に４つの光導波路１１０を設けることで４チャネルを達成するのに対して、４波長多重の光信号を入出力する光モジュール２００では、２５０μｍ幅に１つの光導波路２１０を設けることで４チャネルを達成する。光モジュール２００は、空間多重方式によるチャネル密度の限界を超えてチャネル数を増やし高密度化することができるだけでなく、光入出力部２１５の形成を簡単にして、電気パッド２２０を有するＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ２２５の配置を容易にすることができる。
図３に、本発明の１実施形態に係る光モジュール３００の概略的な側断面図を示す。光モジュール３００でも、複数の光導波路３１０は基板３０５の表面に適切な間隔でもって配置される。光導波路３１０は、例えば３５μｍサイズのコア３１５とクラッド３２０から成る。各光導波路３１０には、基板３０５の表面に対して垂直な側面を有する溝３２５が、光信号の多重化する波長の数に対応して複数設けられる。例えば、９４０ｎｍ、９８０ｎｍ、１０２０ｎｍ及び１０６０ｎｍの波長で多重化するとすると、各光導波路３１０には４つの溝３２５が形成される。
光導波路３１０の上には、それら４つの異なる波長の光にそれぞれ対応して、４つの発光及び受光素子対である例えばＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａ（９４０ｎｍ）、３３５ｂ（９８０ｎｍ）、３３５ｃ（１０２０ｎｍ）、３３５ｄ（１０６０ｎｍ）が、光導波路３１０の４つの溝３２５に位置合わせされ設けられる。４つの発光及び受光素子対であるＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａ（９４０ｎｍ）、３３５ｂ（９８０ｎｍ）、３３５ｃ（１０２０ｎｍ）、３３５ｄ（１０６０ｎｍ）には、それぞれ、それらの発光面及び受光面に、発光素子から出る光及び受光素子へ入る光を通す光ピン３４０が設けられている。光ピン３４０は、下端部と下端部とは反対側の上端部とから成り、下端部は発光及び受光素子対の発光面及び受光面に接する底面を有し、上端部は傾斜した面を有する。傾斜した面は、当該面で光導波路３１０からの光が反射されたときに反射された光を受光素子（受光面）へ向け、発光素子（発光面）からの光が反射されたときに反射された光を光導波路３１０へ向ける傾斜をなす。各光ピン３４０の傾斜した面には、それぞれ、４つの光選択フィルターであるＤＢＲフィルター３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃ、３３０ｄが設けられる。４つのＤＢＲフィルター３３０ａ−３３０ｄは、対応するＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａ−３３５ｄの発光素子であるＶＣＳＥＬから出て光ピン３４０に入り当たる対応する波長の光を反射して光導波路３１０に入れ、光導波路３１０を伝播し溝３２５の垂直な側面を出て光ピン３４０に入る伝播光から対応する波長の光を選択して対応するＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａ−３３５ｄの受光素子であるＰＤに反射する。
特に、９４０ｎｍ、９８０ｎｍ、１０２０ｎｍ及び１０６０ｎｍの波長で多重化した光信号が入力されるとする。ＤＢＲフィルター３３０ｄは、光導波路３１０を右側から伝播し溝３２５の垂直な側面を出て光ピン３４０に入る伝播光から対応する１０６０ｎｍの波長の光を反射し、残りの９４０ｎｍ、９８０ｎｍ及び１０２０ｎｍの波長の光を通す。ＤＢＲフィルター３３０ｃは、光導波路３１０を右側から伝播し溝３２５の垂直な側面を出て光ピン３４０に入る伝播光から対応する１０２０ｎｍの波長の光を反射し、残りの９４０ｎｍ及び９８０ｎｍの波長の光を通す。ＤＢＲフィルター３３０ｂは、光導波路３１０を右側から伝播し溝３２５の垂直な側面を出て光ピン３４０に入る伝播光から対応する９８０ｎｍの波長の光を反射し、残りの９４０ｎｍの波長の光を通す。ＤＢＲフィルター３３０ａは、光導波路３１０を右側から伝播し溝３２５の垂直な側面を出て光ピン３４０に入る伝播光から対応する９４０ｎｍの波長の光を反射する。
逆に、９４０ｎｍ、９８０ｎｍ、１０２０ｎｍ及び１０６０ｎｍの波長で多重化した光信号が出力されるとする。ＤＢＲフィルター３３０ａは、ＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａから出て光ピン３４０に入る対応する９４０ｎｍの波長の光を反射して光導波路３１０に入れる。ＤＢＲフィルター３３０ｂは、光導波路３１０を左側から伝播する９４０ｎｍの波長の光を通し、またＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ｂから出て光ピン３４０に入る対応する９８０ｎｍの波長の光を反射し、９４０ｎｍ及び９８０ｎｍの波長の光を光導波路３１０に入れる。ＤＢＲフィルター３３０ｃは、光導波路３１０を左側から伝播する９４０ｎｍ及び９８０ｎｍの波長の光を通し、またＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ｃから出て光ピン３４０に入る対応する１０２０ｎｍの波長の光を反射し、９４０ｎｍ、９８０ｎｍ及び１０２０ｎｍの波長の光を光導波路３１０に入れる。ＤＢＲフィルター３３０ｄは、光導波路３１０を左側から伝播する９４０ｎｍ、９８０ｎｍ及び１０２０ｎｍの波長の光を通し、またＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ｄから出て光ピン３４０に入る対応する１０６０ｎｍの波長の光を反射し、９４０ｎｍ、９８０ｎｍ、１０２０ｎｍ及び１０６０ｎｍの波長の光を光導波路３１０に入れる。
ＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａ−３３５ｄにはそれぞれ電気接続のための配線３５０が設けられるが、配線３５０は光導波路３１０を貫通するようなことはない。光導波路３１０を伝播する伝播光は溝３２５の垂直な側面を通って出るので、そこでの伝播光の反射は小さく、反射による損失を抑えることができ、無反射膜などの光学フィルターをさらに用いる必要はない。溝３２５及びＤＢＲフィルター３３０ａ−３３０ｄは、光透過のアンダーフィル３４５で覆われている。伝播光は、溝３２５の垂直な側面を通って出るときに、空気中ではなくてアンダーフィル３４５中に入るようにすると、光の発散を抑えてさらに損失を減らせる。
図４の（Ａ）に、図３の光モジュール３００の一部を拡大した側断面図を示す。溝３２５は、基板３０５の表面に対して垂直な側面を有する。光ピン３４０は、下端部の底面３４２がＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａ（９４０ｎｍ）の発光面及び受光面に接して設けられる。光ピン３４０の上端部における傾斜した面３４１の傾斜角αは、好ましくは基板３０５の表面に対して４５度であると良い。図４の（Ｂ）に、ＤＢＲフィルター３３０ａを含む（Ａ）の一部を拡大した側断面図を示す。図４の（Ｂ）に示すように、ＤＢＲフィルター３３０ａ−３３０ｄは、例えば屈折率がｎ１である誘電体４０５と屈折率がｎ２である誘電体４１０とを交互に重ねた多層膜４００から成る。誘電体４０５と誘電体４１０の境界面での多重反射光の干渉によって反射率に波長依存性ができる。誘電体４０５と誘電体４１０の1層ごとの厚さを変えることにより、反射率の波長依存性を変えることができる。例えば層の厚さを厚くすると、より長い波長を反射するようになる。
図５の（Ａ）〜（Ｈ）に、本発明の１実施形態に係る光モジュール製造方法における発光及び受光素子対を含むチップ側での光ピン及び光選択フィルターの形成を概略的に示す。（Ａ）で、それぞれ上端部に傾斜した面、例えば水平面に対して４５度に傾斜した面を有する複数の光ピンの原型が形成された、例えばケイ素や石英の原版モールド５０５からレプリカ樹脂型５１０を作製する。（Ｂ）で、複数の異なる波長の光にそれぞれ対応して、例えばＶＣＳＥＬ/ＰＤのような複数の発光及び受光素子対が設けられたウエハー３５５の上に、レプリカ樹脂型５１０を位置合わせして置く。レプリカ樹脂型５１０には、光ピンの型５１５が形成されている。（Ｃ）で、レプリカ樹脂型５１０側に、離型剤を塗布して、レプリカ樹脂型５１０の中に、例えば光硬化アクリル樹脂のような硬化性光透過樹脂を入れ、当該硬化性光透過樹脂を硬化後にレプリカ樹脂型５１０を取り外してウエハー３５５の上に複数の光ピン３４０を形成する。形成された光ピン３４０は、下端部がウエハー３５５におけるＶＣＳＥＬ/ＰＤのような発光及び受光素子対の発光面及び受光面に接する底面３４２を有し、上端部が傾斜した面３４１を有する。
（Ｄ）又は（Ｅ）〜（Ｇ）で、ウエハー３５５の上に形成した複数の光ピン３４０の傾斜した面３４１に、それぞれ対応する波長の光を反射する複数の光選択フィルター３３０（例えば、二酸化ケイ素ＳｉＯ２とフッ化マグネシウムＭｇＦ２とで構成されるＤＢＲフィルター）を形成する。特に、（Ｄ）では、複数の光ピン３４０を形成したウエハー３５５の上に複数の光ピン３４０の傾斜した面３４１を露出するマスク５２０を形成して、露出した複数の光ピン３４０の傾斜した面３４１にＤＢＲフィルターを蒸着することにより、ウエハー３５５の上に形成した複数の光ピン３４０の傾斜した面３４１に、それぞれ対応する波長の光を反射する複数の光選択フィルター３３０を形成する。（Ｅ）〜（Ｇ）では、（Ｅ）で、複数の光ピン３４０を形成したウエハー３５５の上にレジスト５２５を付着してマスク５３０を形成し、（Ｆ）で、マスク５３０を用いレジスト５２５を露光及び現像して複数の光ピン３４０の傾斜した面３４１をレジスト５２５から露出し、露出した複数の光ピン３４０の傾斜した面３４１にＤＢＲフィルターを蒸着し、（Ｇ）で、ウエハー３５５からレジスト５２５を除去することにより、ウエハー３５５の上に形成した複数の光ピン３４０の傾斜した面３４１に、それぞれ対応する波長の光を反射する複数の光選択フィルター３３０を形成する。
（Ｈ）は上平面図であるが、（Ｈ）で、ウエハー３５５をダイシングして、光選択フィルター３３０を形成した光ピン３４０と発光及び受光素子対とをそれぞれが備える複数のチップを切り出す。（Ｈ）に示されるように、複数の発光及び受光素子対が、例えばＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａに対応していて光導波路３１０のピッチ間隔で横に並べて形成されているならば、複数の発光及び受光素子対をさらに個別に切り離すことなく、切り出したチップを横一列にして、そのままで複数の光導波路３１０に対して使用することができる。
図６の（Ａ）〜（Ｂ）に、本発明の１実施形態に係る光モジュール製造方法における光導波路を含む基板側での溝の形成を概略的に示す。（Ａ）で、複数の光導波路３１０が表面に適切な間隔でもって配置されて、各光導波路３１０に設ける例えばＶＣＳＥＬ/ＰＤのような複数の発光及び受光素子対のための配線３５０が形成された基板３０５を準備する。（Ｂ）で、配線３５０から所定の位置で基板３０５の表面に設けられた光導波路３１０に複数の溝３２５を形成する。溝３２５は、光ピン３４０を入れることができるのであれば、どのような形状をしていても良く、溝３２５を形成するのに高い精度は要しない。
図７に、光導波路を含む基板に対して発光及び受光素子対を含むチップを組み立てる処理を概略的に示す。複数のＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａ−３３５ｄは、図５の（Ｈ）で切り出されたものである。各チップは、それぞれ対応する光選択フィルター３３０ａ−３３０ｄを形成した光ピン３４０と基板３０５の配線３５０に接続するための、例えば半田のバンプとを備える。光導波路３１０に形成した複数の溝３２５に、それぞれ対応する光選択フィルター３３０ａ−３３０ｄを形成した複数の光ピン３４０を配置して、複数のＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａ−３３５ｄを基板３０５の表面の上に設ける。光選択フィルター３３０ａ−３３０ｄは、ＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａ−３３５ｄに設けられた光ピン３４０の傾斜した面３４１に既に形成されている。従って、光導波路３１０に形成した複数の溝３２５に複数の光ピン３４０を挿入し配置して、ＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａ−３３５ｄを基板３０５に組み立てる、即ちフリップチップ実装するだけで、光導波路３１０に光選択フィルター３３０ａ−３３０ｄを設けることができる。また、ＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ３３５ａ−３３５ｄに設けられた光ピン３４０の傾斜した面３４１に光選択フィルター３３０ａ−３３０ｄを形成する際に、対応する波長の各光選択フィルターを単独に一括で形成することができる。従って、誘電体の各膜の厚さを変えてそれぞれ異なる波長に対応する複数の光選択フィルターを一緒に形成しなくて良いので、光選択フィルターを簡単に効率的に形成して、製造コストを下げることができる。さらに、基板３０５の側に光導波路３１０と溝３２５を形成し、チップ３３５ａ−３３５ｄの側にＶＣＳＥＬ/ＰＤに加えて光ピン３４０と光選択フィルター３３０ａ−３３０ｄを形成するので、チップ３３５ａ−３３５ｄの良品のみを基板３０５に実装すれば良く、光モジュールの製造における歩留りを上げることができる。
図８に、光モジュール３００に使用されるＤＢＲフィルター３３０ａ−３３０ｄについての波長に対する反射率の一例のグラフを示す。ＤＢＲフィルター３３０ａ−３３０ｄの特性として、特定の波長付近で反射率が高く、それ以外の波長域では反射率が低くなるようなフィルターを例に挙げて示したが、特定の波長に対して反射率の高いフィルターには、それより長い波長の光は通らない構造になっているため、フィルター特性は、図８に示すように、用いる波長、例えば１０００ｎｍを境にその前後の波長間にステップがあり、長波長側では反射率が高く、短波長側では反射率が低いものであれば良い。ＶＣＳＥＬ/ＰＤチップの配置が示した例と逆の場合は、上記と逆のフィルター特性のもの、即ち長波長側では反射率が低く、短波長側では反射率が高いものにしなければならない。
図９に、光モジュール３００に使用されるＤＢＲフィルター３３０ａ−３３０ｄについての反射及び透過による損失の１例のグラフと表を示す。この例には光がＳ偏光の場合が示されている。第１フィルターはＤＢＲフィルター３３０ａ（９４０ｎｍ）であり、第２フィルターはＤＢＲフィルター３３０ｂ（９８０ｎｍ）であり、第３フィルターはＤＢＲフィルター３３０ｃ（１０２０ｎｍ）であり、第４フィルターはＤＢＲフィルター３３０ｄ（１０６０ｎｍ）である。ＤＢＲフィルターの構成は、誘電体ペア（対）を２０ペアにした多層膜構造である。その誘電体ペアは、例えばＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）のような屈折率が１．３８の誘電体を光の波長の０．２６０８倍の厚さにしたものと、例えばＳｉＯ２（二酸化ケイ素）のような屈折率が１．４５の誘電体を光の波長の０．２４８２倍の厚さにしたものとで構成している。
グラフに示されるように、第１フィルターは、波長が９４０ｎｍ〜９８０ｎｍで反射率は高くなっていて波長が９８０ｎｍの光も反射するが、波長が９８０ｎｍの光は第２フィルターで反射されて第１フィルターには達しないので、動作上は問題ない。第２フィルターも、波長が９８０ｎｍ〜１０２０ｎｍで反射率は高くなっていて波長が１０２０ｎｍの光も反射するが、波長が１０２０ｎｍの光は第３フィルターで反射されて第２フィルターには達しないので、動作上は問題ない。第３フィルターも、波長が１０２０ｎｍ〜１０６０ｎｍで反射率は高くなっていて波長が１０６０ｎｍの光も反射するが、波長が１０６０ｎｍの光は第４フィルターで反射されて第３フィルターには達しないので、動作上は問題ない。
表に示されるように、波長が９４０ｎｍの光については、第１フィルターでの損失は反射による０．６ｄＢで、第２フィルターでの損失は透過による０．３ｄＢで、第３フィルターでの損失は透過による０．１ｄＢで、第４フィルターでの損失は透過によるものはなく０．０ｄＢであり、損失合計は１．０ｄＢである。波長が９８０ｎｍの光については、第１フィルターまで達しないので第１フィルターでの損失は存在せず、第２フィルターでの損失は反射による０．４ｄＢで、第３フィルターでの損失は透過による０．３ｄＢで、第４フィルターでの損失は透過による０．２ｄＢであり、損失合計は０．９ｄＢである。波長が１０２０ｎｍの光については、第１及び第２フィルターまで達しないので第１及び第２フィルターでの損失は存在せず、第３フィルターでの損失は反射による０．４ｄＢで、第４フィルターでの損失は透過による０．５ｄＢであり、損失合計は０．９ｄＢである。波長が１０６０ｎｍの光については、第１、第２及び第３フィルターまで達しないので第１、第２及び第３フィルターでの損失は存在せず、第４フィルターでの損失は反射による０．６ｄＢであり、損失合計は０．６ｄＢである。光がＳ偏光の場合に、それら４波長の多重化において、１ｄＢ以下の接続損失が実現できている。
図１０に、光モジュール３００に使用されるＤＢＲフィルター３３０ａ−３３０ｄについての反射及び透過による損失の他の１例のグラフと表を示す。この例には光がＰ偏光の場合が示されている。第１フィルターはＤＢＲフィルター３３０ａ（９４０ｎｍ）であり、第２フィルターはＤＢＲフィルター３３０ｂ（９８０ｎｍ）であり、第３フィルターはＤＢＲフィルター３３０ｃ（１０２０ｎｍ）であり、第４フィルターはＤＢＲフィルター３３０ｄ（１０６０ｎｍ）である。ＤＢＲフィルターの構成は、誘電体ペア（対）を１８ペアにした多層膜構造である。その誘電体ペアは、例えばＭｇＦ２（フッ化マグネシウム）のような屈折率が１．３８の誘電体を光の波長の０．２６４１倍の厚さにしたものと、例えばＭｇＯ（酸化マグネシウム）のような屈折率が１．７４の誘電体を光の波長の０．２０９５倍の厚さにしたものとで構成している。
グラフに示されるように、第１フィルターは、波長が９４０ｎｍ〜１０２０ｎｍで反射率は高くなっていて波長が９８０ｎｍ及び１０２０ｎｍの光も反射するが、波長が９８０ｎｍ及び１０２０ｎｍの光はそれぞれ第２及び第３フィルターで反射されて第１フィルターには達しないので、動作上は問題ない。第２フィルターも、波長が９８０ｎｍ〜１０６０ｎｍで反射率は高くなっていて波長が１０２０ｎｍ及び１０６０ｎｍの光も反射するが、波長が１０２０ｎｍ及び１０６０ｎｍの光はそれぞれ第３及び第４フィルターで反射されて第２フィルターには達しないので、動作上は問題ない。第３フィルターも、波長が１０２０ｎｍ〜１０８０ｎｍで反射率は高くなっていて波長が１０６０ｎｍの光も反射するが、波長が１０６０ｎｍの光は第４フィルターで反射されて第３フィルターには達しないので、動作上は問題ない。
表に示されるように、波長が９４０ｎｍの光については、第１フィルターでの損失は反射による０．３ｄＢで、第２フィルターでの損失は透過による０．６ｄＢで、第３フィルターでの損失は透過による０．１ｄＢで、第４フィルターでの損失は透過によるものはなく０．０ｄＢであり、損失合計は１．０ｄＢである。波長が９８０ｎｍの光については、第１フィルターまで達しないので第１フィルターでの損失は存在せず、第２フィルターでの損失は反射による０．２ｄＢで、第３フィルターでの損失は透過による０．３ｄＢで、第４フィルターでの損失は透過による０．３ｄＢであり、損失合計は０．８ｄＢである。波長が１０２０ｎｍの光については、第１及び第２フィルターまで達しないので第１及び第２フィルターでの損失は存在せず、第３フィルターでの損失は反射による０．２ｄＢで、第４フィルターでの損失は透過による０．６ｄＢであり、損失合計は０．８ｄＢである。波長が１０６０ｎｍの光については、第１、第２及び第３フィルターまで達しないので第１、第２及び第３フィルターでの損失は存在せず、第４フィルターでの損失は反射による０．３ｄＢであり、損失合計は０．３ｄＢである。光がＰ偏光の場合に、それら４波長の多重化において、１ｄＢ以下の接続損失が実現できている。
以上、実施態様を用いて本発明の説明をしたが、本発明の技術的範囲は実施態様について記載した範囲には限定されない。実施態様に種々の変更又は改良を加えることが可能であり、そのような変更又は改良を加えた態様も当然に本発明の技術的範囲に含まれる。
３００ 光モジュール
３０５ 基板
３１０ 光導波路
３２５ 溝
３３０ａ−３３０ｄ 光選択フィルター（ＤＢＲフィルター）
３３５ａ−３３５ｄ 発光及び受光素子対（ＶＣＳＥＬ/ＰＤチップ）

Claims (5)

  1. それぞれ上端部に傾斜した面を有する複数の光ピンの原型が形成された原版モールドからレプリカ樹脂型を作製することと、
    複数の異なる波長の光にそれぞれ対応して複数の発光及び受光素子対が設けられたウエハー上に前記レプリカ樹脂型を位置合わせして置くことと、
    前記レプリカ樹脂型側に離型剤を塗布して前記レプリカ樹脂型の中に硬化性光透過樹脂を入れ、当該硬化性光透過樹脂を硬化後に前記レプリカ樹脂型を取り外して前記ウエハー上に前記複数の光ピンを形成することと、
    前記ウエハー上に形成した前記複数の光ピンの前記傾斜した面に、それぞれ対応する波長の光を反射する複数の光選択フィルターを形成することと、
    前記ウエハーをダイシングして、前記光選択フィルターを形成した前記光ピンと前記発光及び受光素子対とをそれぞれが備える複数のチップを切り出すことと、
    基板の表面に設けられた少なくとも１つの光導波路に複数の溝を形成することと、
    前記少なくとも１つの光導波路に形成した前記複数の溝に、それぞれ対応する前記光選択フィルターを形成した前記複数の光ピンを配置して、前記光選択フィルターを形成した前記光ピンと前記発光及び受光素子対とをそれぞれが備える前記複数のチップを前記基板の表面の上に設けることと、
    を含む、光モジュールの製造方法。
  2. 前記光ピンの前記傾斜した面は、前記基板の表面に対して４５度に傾斜した面である、請求項１に記載の光モジュール製造方法。
  3. 前記硬化性光透過樹脂は、光硬化アクリル樹脂である、請求項１又は２に記載の光モジュール製造方法。
  4. 前記ウエハー上に形成した前記複数の光ピンの前記傾斜した面に、それぞれ対応する波長の光を反射する複数の光選択フィルターを形成することは、前記複数の光ピンを形成した前記ウエハーの上に前記複数の光ピンの前記傾斜した面を露出するマスクを形成し、露出した前記複数の光ピンの前記傾斜した面にＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ反射）フィルターを蒸着することを含む、請求項１、２又は３に記載の光モジュール製造方法。
  5. 前記複数の光ピンを形成した前記ウエハーの上に前記複数の光ピンの前記傾斜した面を露出するマスクを形成することは、前記複数の光ピンを形成した前記ウエハーの上にレジストを付着し、マスクを用い前記レジストを露光及び現像して前記複数の光ピンの前記傾斜した面を前記レジストから露出することを含む、請求項４に記載の光モジュール製造方法。
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