JP6527451B2 - 光分波器、光受信モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、波長多重された光信号を波長毎の光信号に分離する光分波器、光分波器を用いた光受信モジュールおよびその製造方法に関する。

光通信の分野において、高速・大容量光通信を実現する中核技術として、波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式が広く普及している。

ＷＤＭ方式用の光受信モジュールは一般に、波長多重された光信号（ＷＤＭ光信号）を波長毎の光信号に分離する光分波器と、分離された各光信号を電気信号に変換する受光素子などから構成される。

近年、光ネットワークの高密度化・低コスト化のために、この光受信モジュールおよびその構成部品には小型化および低コスト化が求められている。

特にＬＡＮ−ＷＤＭ向けの小型・低コストな光受信モジュールとしては、相対的に多重数も小さく波長間隔も広いため、挿入損失の小さい薄膜フィルタ（ＴＦＦ ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｆｉｌｔｅｒ）を用いて波長多重された光信号を波長毎に分離する光分波器として構成したものが実現されている（下記非特許文献１参照）。

図１（ａ）にこのような、薄膜フィルタ（ＴＦＦ）を用いた光分波器で構成した光受信モジュール１の従来技術を示す。

この光受信モジュール１では、左下端よりコリメートレンズ２を介して入射された波長多重光信号（図１では４波長（４ｃｈ）のＷＤＭ光信号とする）を、透光性の部材、例えばガラスで構成されたガラスブロック３内で上下に多重反射させて右方向に伝搬させる。ガラスブロック３の上面に設けられたＴＦＦ５で、ＷＤＭ光を波長毎に上方向に順に分離・分波する多重反射部４となし、各ＴＦＦに対応して設けられた集光レンズ８および光電変換受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）７のアレイを含めて光受信モジュール１を構成する。

多重反射部４は、ガラスブロック３の上面（表面）に各々異なる所望の波長帯域（ｃｈ）の光信号のみを透過させ、それ以外の波長を反射させる複数のＴＦＦ５が設けられ、下面（裏面）に平面の反射ミラー６が設けられており、ＴＦＦ５と反射ミラー６を互いに対向するようにガラスブロック３で固定して成る。

ＴＦＦの透過特性は入射光の入射角に強く依存するため、伝搬光路に対するＴＦＦのアライメントずれが累積すると、各ｃｈ（特に下流側、図１では右端のチャンネルｃｈ４）の信号光のアイソレーションの低下、及びＰＤへの結合効率の悪化につながる。従って、この構成の光分波器ではＴＦＦの高精度なアライメントが求められる。

このＴＦＦの高精度なアライメント方法として、非特許文献１では、ＴＦＦを反射ミラー、集光レンズと共にガラスブロックに対して集積する構成を提案している。
ガラスブロックの端面は高精度に加工可能なため、各部品の高精度なアライメントが実現できる。

望月敬太, 他(2010) 「100Gbps イーサネット用光受信モジュールにおける4ch波長分離光学系の開発」信学技報（2010年）

図１のＴＦＦを光分波器に用いる従来の構成の光受信モジュール１では、光分波器の多重反射部４のガラスブロック３が床面積の大部分を占める。

図１（ｂ）に示すように、多重反射部の床面積Ｓは、ＷＤＭ光信号の多重数（ｃｈ数、この例では４であるが、入射部分の幅として０．５を加え、４．５とする）、各ＰＤのチャンネル間距離ｄと、ガラスブロックの上下幅ｔによって決まる。さらに、上下幅ｔは各ｃｈのアイソレーション条件から、ＷＤＭ光のＴＦＦへの入射角をθとして以下の式（１）のように決まる。
ｔ ＝ ｄ ／ ２ｔａｎθ …（１）
従って、多重反射部の床面積Ｓは、
Ｓ ＝ ４．５ × ｄ × ｔ
＝ ４．５ × ｄ² ／ ２ｔａｎθ …（２）
となる。

ここで多重反射部を小型化するためには、チャンネル間距離ｄを小さくするか、あるいはＴＦＦへの光の入射角θを大きくしてｔを小さくすれば良い。しかし、ｄはＰＤチップのサイズの制約で決まるため、ＰＤチップサイズより小さくすることはできない。一方、ＴＦＦへの入射角θを大きくすると、入射光の偏光状態によるＴＦＦの透過率の差異が無視できなくなり、信号劣化が生じてしまうため、θの大きさにも制限がある。

図２に、入射光の偏光状態がＳ偏波とＰ偏波の場合について、入射光のパワー透過率比（Ｓ波透過率／Ｐ波透過率）をＴＦＦへの光入射角θについて計算した例を示す。ＴＦＦへの入射角θが大きくなると、入射光の偏光状態がＳ偏波とＰ偏波の場合で透過率に大きな差を生じることが判る。

光受信モジュールにおける典型的な透過率の偏波依存性許容量を、―０．１ｄＢとすると、図２（ａ）の左上部分を拡大した図２（ｂ）より θ ＜ ６°である必要がある。

最大の θ ＝ ６°としたときの多重反射部の床面積Ｓは、ｄ ＝ １ ｍｍとすると、式（１）、（２）からＳ ＝ ２１．４ ｍｍ²であり、多重反射部をこれ以上小型化することは出来ないことになる。

従来型の光分波器では通常、θ ＝ ３．５°程度を採用しているため、ｄ ＝ １ ｍｍのときには、ｔ ＝ ８．２ ｍｍ、Ｓ ＝ ３６．９ ｍｍ²となってしまう。
以上より、図１（ａ）のような従来構成の光分波器を用いる光受信モジュールでは、
光分波器のガラスブロックサイズの縮小ができず、更なるモジュールの小型化は困難であった。

また、前述の様にガラスブロックの端面は高精度に加工可能なため、各部品の高精度なアライメントが実現できるものの、加工の手間やコストがかさむと言った課題もあった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光分波器のサイズを縮小し、より小型化、低コスト化した光受信モジュールおよびその製造方法を提供することにある。

本発明は、このような目的を達成するために、以下のような構成を備えることを特徴とする。

（発明の構成１）
透光性基板と、
前記透光性基板の上面に、波長多重光信号の伝搬方向に沿って、各々異なる特定波長の光信号を透過して分離し他の波長の光信号は反射するように複数設けられた薄膜フィルタ（ＴＦＦ）と、
前記透光性基板の下面の前記ＴＦＦに対応する位置に設けられた、前記波長多重光信号の光路変換を行う光路変換部と、
を備えた光導波レイヤで構成された光分波器と、
前記光分波器の上面の前記各ＴＦＦに対応する位置にそれぞれ、集光レンズと光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）とを備えるＰＤレイヤを備え、
前記ＰＤレイヤと前記光導波レイヤは接合層により一体集積化されたチップとして構成されてなる光受信モジュールであって、
前記ＰＤレイヤは、表面に前記フォトダイオードが形成され、裏面にモノリシック集光レンズとして前記集光レンズが形成された透光性半導体基板により一体構成されている
ことを特徴とする光受信モジュール。

（発明の構成２）
前記光路変換部は、前記透光性基板の下面のＶ字型溝に形成された反射ミラーからなり
、
前記ＴＦＦは、前記透光性基板の前記波長多重光信号の伝搬方向の断面において、前記Ｖ字型溝の逆Ｖ字をなす頂角の二等分線を逆方向に延長した線上に位置し、当該頂角の二等分線の延長線は前記ＴＦＦの反射面と直交する
ことを特徴とする発明の構成１に記載の光受信モジュール。

（発明の構成３）
前記波長多重光信号のＴＦＦへの入射角をθ、前記Ｖ字型溝の逆Ｖ字をなす頂角をθ_Vとして、
θ_V ＝ θ＋９０°
であることを特徴とする発明の構成２に記載の光受信モジュール。

（発明の構成４）
前記透光性基板は、ガラス、プラスチック、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓのいずれかよりなり、
前記透光性半導体基板は、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓのいずれかよりなり、
前記接合層は、熱硬化性またはＵＶ硬化性の接着剤を硬化してなる
ことを特徴とする発明の構成１ないし３のいずれか１項に記載の光受信モジュール。

（発明の構成５）
モールド技術を用いて透光性基板を加工して、透光性基板の下面に波長多重光信号の伝搬方向に沿って複数のＶ字型溝を形成するステップと、
前記透光性基板の下面に光反射膜を形成して少なくとも前記Ｖ字型溝の部分を覆い、前記波長多重光信号の光路変換を行う複数の反射ミラーを形成するステップと、
前記透光性基板の上面の前記Ｖ字型溝に対応する位置に透過波長の異なる複数の薄膜フィルタ（ＴＦＦ）を形成するステップと、
を含む光導波レイヤを製造するステップと、
透光性半導体基板の表面の前記ＴＦＦに対応する位置に、結晶成長技術、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いてフォトダイオード（ＰＤ）を複数形成するステップと、
基板研磨技術により、前記透光性半導体基板の裏面を所望の厚さまで薄層化し、前記ＴＦＦに対応する位置にモノリシック集光レンズとして集光レンズを複数形成するステップと、
を含むＰＤレイヤを製造するステップと、
前記ＰＤレイヤと前記光導波レイヤの間に接合層を形成して一体集積化されたチップとして製造するステップと、
を含むことを特徴とする光受信モジュールの製造方法。

以上記載したように、本発明によれば、光分波器のサイズを縮小し、より小型化した光受信モジュールを低コストで提供することが可能となる。

従来の光受信モジュールの構造と、そのサイズを説明する図である。 ＴＦＦへの光入射角θと、入射光の偏光状態による透過率の差異を説明する図である。 本発明の実施形態１の光受信モジュールの構成を示す図である。 本発明の実施形態１の光受信モジュールの製造方法を示す図である。 本発明の実施形態２の光受信モジュールの構成を示す図である。 本発明の実施形態１の光受信モジュールの動作について説明する図である。 本発明の光分波器のＶ字型溝の形状などの条件について説明する図である。

本発明においては、薄膜フィルタ（ＴＦＦ）を用いた光分波器、光受信モジュールにおいて、光分波器の多重反射部分を、信号光の伝搬光路に形成した光路変換部による光路変換を利用することで薄い光導波レイヤとして、短い伝搬光路で各ｃｈの信号光のアイソレーションを確保し、波長分離を行うことを可能とした。これにより、光分波器（光導波レイヤ）のサイズを縮小でき、光受信モジュールの小型化、低コスト化が可能になる。

また本発明においては、ウェハ接合技術で各部品のウェハを貼りあわせて作製するため、各部品のアライメントをプロセス時の高い精度で行うことができる。
これにより、アライメントのずれによる各ｃｈのアイソレーションの低下や、ＰＤの光結合効率の低下を防ぐことができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（実施形態１）
図３に本発明の実施形態１に関わる光受信モジュール３０の構成を示す。

図３（ａ）の側面図において、本発明の実施形態１に関わる光受信モジュール３０の基本構造は、透光性半導体基板（ウェハ）からなるＰＤレイヤ３９と、透光性の部材、例えばガラスからなる透光性基板で構成された光導波レイヤ３４から成り、両レイヤは例えば接着剤を用いたウェハ接合技術によって接合されている。

また、光導波レイヤ３４の伝搬光路には、従来の多重反射部４のガラスブロック３よりも薄型化、小型化されたガラス基板３３が用いられている。

ガラス基板３３の上面（表面）には、ＷＤＭ光信号の伝搬方向に沿って、各々異なる特定波長の光信号を透過して分離し、他の波長の光信号は反射するＴＦＦ５（薄膜フィルタ）が複数設けられて、光分波器を構成している。

上のＰＤレイヤ３９には、前記各ＴＦＦ５に対応して集光レンズ８およびＰＤ７がアレイを形成しており、全体として光受信モジュール３０を構成する。

図３（ａ）の光導波レイヤ３４の伝搬光路であるガラス基板３３には、ＴＦＦ５に対応する下面（底面）の位置に、金属薄膜などの光反射膜３６で覆われたＶ字型溝３７が複数形成されており、これを反射ミラーとして光路変換部を形成することにより、光導波レイヤに入射したＷＤＭ信号光の光路変換を行い、薄型化、小型化を達成している。

ガラス基板３３の光入射側の側面（図３（ａ）の左端）には、基板底面に略平行にＷＤＭ信号光を入射するための光入射窓３２が設けられており、光入射窓３２には反射を防止するために反射防止膜が設けられている。

図３（ｂ）は、本発明の実施形態１の光受信モジュール３０の、ＰＤレイヤ３９と光導波レイヤ３４各々の、上面図（表面）、下面図（裏面）である。ＰＤレイヤ３９の表面にはＰＤ７が、裏面には集光レンズ８が複数、アレイとして設けられている。また、これらに対応して光導波レイヤ３４の表面にはＴＦＦ５が、裏面にはＶ字型溝３７が複数、それぞれ設けられて、Ｖ字型溝３７は光反射膜３６で覆われて光路変換部の反射ミラーを構成している。

（光受信モジュール製造方法）
図４に、上記本発明の実施形態１の光受信モジュール３０の製造方法を示す。

（ＰＤレイヤ）
まず、図４（ａ）において、ＰＤレイヤ３９は、前述の様に透光性半導体基板の表面上に形成された複数のＰＤ７、およびＰＤに対応して該透光性半導体基板の裏面を加工して作製される複数のモノリシック集光レンズ８からなる一体のアレイとして構成される。

ＰＤ７は、透光性のある半導体基板の表面に、公知の結晶成長技術、フォトリソグラフィおよびエッチング技術によって形成される。透光性半導体基板（ＰＤウェハ）としては、使用波長帯において充分な透光性がある半導体材料であれば何でも良く、例えば公知のＩｎＰのほかＳｉ、ＧａＡｓなどを用いることができる。

また、モノリシック集光レンズ８は、これも公知の基板研磨技術により、集光レンズの焦点距離等に応じて前記透光性半導体基板（ＰＤウェハ）の裏面を所望の厚さまで薄層化した上で、公知のフォトリソグラフィおよびエッチング技術によって作製することで、ＰＤレイヤ３９としてＰＤと一体に形成できる。ＰＤ７は、ｐｉｎ-ＰＤ、 ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）等であっても良い。

さらに、集光レンズ８は上述の様にＰＤウェハ（透光性半導体基板）にモノリシックに一体形成したものに限らず、例えば実施形態２として図５に示すように、ＰＤと別の透光性基板に作製し、接着剤５１によりウェハ接合技術で集積してＰＤレイヤとしても良い。また、この場合の集光レンズの材料は、透光性であれば半導体材料である必要は無く、例えばガラスやプラスチック等であっても良い。

（光導波レイヤ）
また、図４（ａ）において、光導波レイヤ３４は、透光性の基板、例えばガラス基板３３の上面（表面）に形成される複数のＴＦＦ５と、左側面に形成される光入射窓３２、下面（裏面）に形成される複数のＶ字型溝３７および光反射膜３６の反射ミラーから構成される。光導波レイヤの透光性基板の材料としては、充分な透明性と安定性があればガラスのほかプラスチック等であっても良い。

図４（ａ）において、光路変換部を構成するＶ字型溝３７は、光信号の伝搬方向（左から右）に沿って、分離する光信号の数（この場合は４）だけ複数、設けられている。ガラス基板３３内の光信号の進行方向に沿った図示断面において、Ｖ字型溝３７は、逆Ｖ字型の断面を持つ溝として図示の様に形成され、該溝の走る方向はガラス基板３３の底面において光信号の伝搬方向（左から右）に直角な方向（紙面垂直方向）に形成されている。該Ｖ字型溝３７の紙面垂直方向の長さは、少なくとも伝搬する光信号のビーム直径以上あればよい。

また、図４では光路変換部の反射ミラーとなる光反射膜３６は、ガラス基板３３の裏面全体を覆うように表現されているが、少なくともＶ字型溝３７を形成した部分を覆うように形成されていれば光路変換には充分である。光反射膜３６は、ガラス基板のＶ字型溝を形成した面に、反射ミラーとなる金属薄膜（Ａｕ等）を真空蒸着技術等で成膜して形成する。

光入射窓３２およびＶ字型溝３７は、公知のガラスモールド技術等を用いて、ガラス基板３３を所望の形状に加工することで作製される。

ガラスモールド技術とは、金属等で作製された金型に、ガラス材料（プリフォーム）を入れ、加熱して軟化させた後、プレスをすることで、任意の形状にガラス材料を加工する技術であり、これにより従来のガラスブロックの加工よりも低コスト化を図ることができる。プラスチックのような透光性材料であれば、モールド加工は更に容易である。

ガラス基板３３上の薄膜フィルタＴＦＦ５は、各Ｖ字型溝３７に対応して設けられており、各ＴＦＦ５は、信号光の各ｃｈの波長（λ１〜λ４）に対応する透過波長帯域を有する誘電体多層膜を、公知のスパッタ法およびリソグラフィ技術を繰り返し用いて形成することで作製される。

誘電体多層膜とは、光の透過中心波長をλｎ (ｎ = 1, 2, 3, 4) とした場合に、光学膜厚がλｎ／４である異なる屈折率を有する二種類の膜を交互に繰り返し積層したものであり、積層境界からの反射光間に干渉条件が成立する波長の光は、反射光が打ち消される結果として透過し、干渉条件が成立しない波長の光は反射される。

（貼りあわせ工程）
次に図４（ａ）〜（ｃ）の順に、ウェハ接合技術による前記ＰＤレイヤ３９および光導波レイヤ３４の貼りあわせ工程について説明する。

まず図４（ａ）に示すように、前記の製造方法で、ＰＤレイヤ３９に対応する部品群を透光性半導体基板（例えばＩｎＰ）ウェハ上に、また光導波レイヤ３４に対応する部品群を透光性基板（例えばガラス）ウェハ上にそれぞれ作製する。

その後図４（ｂ）に示すように、ガラス基板３３のＴＦＦ５を形成した側に接着剤４１を塗布し、図４（ｃ）に示すように、公知のウェハボンディング装置によって両レイヤのウェハ同士を貼りあわせ、電気炉、ホットプレート、またはＵＶ照射によって接着剤４１を硬化させ接合層とすることで、各ウェハを接合して一体集積化されたチップとして構成する。

接着剤４１を塗布するウェハは、ＩｎＰ側ウェハ側であっても構わない。

ウェハ接合時の接着剤４１としては、熱硬化性またはＵＶ硬化性のＢＣＢやポリイミド等を用いることができる。

前記の方法で接合したウェハを公知のダイシング技術によって、所望のチップサイズに切断した後に、ガラス基板３３の左側面に形成した光入射窓３２部分に反射防止膜を形成することで、本発明で提案する図３（ａ）、（ｂ）の構造を有する光分波器および光受信モジュール３０が完成する。

（光分波器および光受信モジュールとしての動作）
続いて、図６を参照しながら、本発明の実施形態１に関わる、光分波器および光受信モジュールの光路変換動作について説明する。

図６は、透光性基板の波長多重光信号の伝搬方向の断面を示し、図６において、左端下方のコリメートレンズ２を介してガラス基板３３の底面側の左側面の光入射窓３２より、ガラス基板面に略並行に右に向かってＷＤＭ（波長多重）光信号（波長λ1〜λ4、ｃｈ１〜ｃｈ４）が入射する。

ＷＤＭ光信号は、まず、光信号の伝搬方向に沿って４つ設けられたＶ字型溝３７−１〜４のうち、左端のｃｈ１に対応するＶ字型溝３７−１の左側斜面の反射ミラーで上方に反射されて、ＴＦＦ５−１のあるガラス基板３３の上面に向かう。

透過波長がλ1であるＴＦＦ５−１において、波長λ1（ｃｈ１）の光信号は透過され、ＰＤレイヤ３９の集光レンズ８−１で集光されてＰＤ７−１に入射し、電気信号に変換され受信検出される。

ＴＦＦ５−１の透過波長帯にない、残りの波長λ2〜λ4（ｃｈ２〜ｃｈ４）の光信号は、ＴＦＦ５−１で下方に向けて反射され、ガラス基板３３の底面に向かい、Ｖ字型溝３７−１の右側斜面の反射ミラーで再度反射されて、ガラス基板３３の底面に略並行に、隣接するｃｈ２（波長λ2）に対応したＶ字型溝３７−２に伝搬する。

以下同様に、波長λ2〜λ4（ｃｈ２〜ｃｈ４）の各光信号が、Ｖ字型溝３７−２〜４の反射ミラーで反射され、ＴＦＦ５−２〜４において波長毎に順次、分離分波され、光導波レイヤ３４は光路変換部を備えた光分波器として機能するとともに、ＰＤレイヤ３９のＰＤ７−２〜４で各々電気信号として受信検出され、光受信モジュール３０として全体が動作する。

（Ｖ字型溝による光路変換と伝搬光路）
図７に、上述のような伝搬光路を構成して光路変換するための光路変換部である、Ｖ字型溝３７の形状やサイズについて説明する。

図７は、図６のガラス基板３３のＶ字型溝３７−１近傍の伝搬光路と寸法を、説明のために記載した図である。図示は無いが、図７のガラス基板３３の上面（表面）にはＴＦＦ５−１〜４が設けられており、ＴＦＦの反射面はガラス基板３３の上面に接している。

図６の説明では、便宜のためＷＤＭ光信号の入射方向はガラス基板３３の基板底面に略並行などと表現したが、ガラス基板３３の底面は光信号の伝搬には関与しないから、底面の方向は本質的には伝搬光路と無関係である。

光信号の伝搬光路を決定するのは、光信号と該光信号を反射するＶ字型溝の反射ミラー斜面、ＴＦＦの反射面の相対的な位置と方向の関係であり、説明の前提として入射する光信号はＴＦＦの反射面、すなわちガラス基板３３の上面に平行に入射するものとする。

Ｖ字型溝の斜面で反射された光信号が、ＴＦＦで反射され、さらにＶ字型溝のもう一方の斜面で反射されて、隣接するＶ字型溝に伝搬するように光路変換するには、幾何光学的な条件により、ガラス基板３３上のＴＦＦ５が、対応するＶ字型溝３７の逆Ｖ字をなす頂角の二等分線を逆方向に延長した線上に位置する必要があり、当該頂角の二等分線の延長線はＴＦＦの反射面と直交する必要がある。

ＴＦＦへの光入射角θは、前述の様に偏光状態によるＴＦＦの透過帯域の違いを抑制するために、できるたけ小さいことが望ましく、図７では θ＝３．５°としている。

このとき、Ｖ字型溝３７の逆Ｖ字をなす頂角を図７のようにθ_Vとおくと、
θ_V ＝ θ＋９０°＝９３．５°となる。

また、図７の本発明の構成において、ガラス基板３３のサイズを検討すると、例えばコリメートされた入射光のガウシアンビーム半径を０．１ｍｍとすると、反射面となるＶ字型溝の深さ及び奥行きは０．２ ｍｍ以上であれば良い。θ_V＝９３．５°より、Ｖ字型溝３７の底面における横幅は０．２１５ｍｍｘ２＝０．４３ｍｍとなり、ＰＤのｃｈ間距離が１ｍｍであるから、Ｖ字型溝の間の間隔は０．５７ｍｍとなる。

設計上の任意性はあるが、例えば図７のように、光導波レイヤの上下幅を１ｍｍとすると、光分波器および受光素子が占める床面積は、約４ ｍｍ²とすることができる。前記非特許文献１の従来構造と比較して、約１／１０程度の床面積となり大幅に小型化することができる。

（発明の効果）
以上述べたように、光分波器における信号光の各ｃｈのアイソレーションを光導波レイヤのＶ字型溝を介した光路変換によって行うことで、波長分離に要する伝搬光路の面積を縮小でき、光受信モジュールの小型化が可能である。

また、ウェハ接合時にプロセスの精度で各部品のアライメントを行うため、高精度なアライメントが可能であり、アライメントのずれによる各ｃｈのアイソレーションの低下、光結合効率の低下を防ぐことができる。

さらに、ウェハ接合技術によって前記構成を作製することで、前記のウェハ貼りあわせ工程時に各部品間のアライメントが完了するため、光受信モジュール実装時の工程数およびコスト削減につながる。

すなわち、「ＴＦＦを光分波器に用いる光受信モジュールにおいて、光分波器の多重反射部分のガラスブロックサイズの縮小ができず、モジュールの小型化が困難である」という課題に対して、「Ｖ字型溝を介した光路変換を利用して、短い伝搬光路で各ｃｈのアイソレーションを確保し、波長分離を行う」ことで、「波長分離に要する伝搬光路の床面積の削減」が可能となり、「光受信モジュールの小型化を実現」することができる。

また、「光分波器にＴＦＦを用いる構成では、伝搬光路に対するＴＦＦの高精度なアライメントが必要である」という課題に対して、「ウェハ接合技術を用いて、各部品を一体集積化することで、「各部品のアライメントをプロセスの精度で実現」し、「アライメントのずれによる各ｃｈのアイソレーションの低下、光結合効率の低下を防ぐ」ことができる。

以上の様に、本発明によって光分波器のサイズを縮小し、より小型化、低コスト化した光受信モジュールを提供することができる。

１、３０ 光受信モジュール
２ コリメートレンズ
３ ガラスブロック
４ 多重反射部
５、５−１〜５−４ ＴＦＦ（薄膜フィルタ）
６ 反射ミラー
７、７−１〜７−４ ＰＤ（フォトダイオード）
８、８−１〜８−４ 集光レンズ
３２ 光入射窓
３３ ガラス基板
３４ 光導波レイヤ
３６ 光反射膜
３７、３７−１〜３７−４ Ｖ字型溝
３９ ＰＤレイヤ
４１、５１ 接着剤

Claims (5)

1. 透光性基板と、
   前記透光性基板の上面に、波長多重光信号の伝搬方向に沿って、各々異なる特定波長の光信号を透過して分離し他の波長の光信号は反射するように複数設けられた薄膜フィルタ（ＴＦＦ）と、
   前記透光性基板の下面の前記ＴＦＦに対応する位置に設けられた、前記波長多重光信号の光路変換を行う光路変換部と、
   を備えた光導波レイヤで構成された光分波器と、
   前記光分波器の上面の前記各ＴＦＦに対応する位置にそれぞれ、集光レンズと光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）とを備えるＰＤレイヤを備え、
   前記ＰＤレイヤと前記光導波レイヤは接合層により一体集積化されたチップとして構成されてなる光受信モジュールであって、
   前記ＰＤレイヤは、表面に前記フォトダイオードが形成され、裏面にモノリシック集光レンズとして前記集光レンズが形成された透光性半導体基板により一体構成されている
   ことを特徴とする光受信モジュール。
2. 前記光路変換部は、前記透光性基板の下面のＶ字型溝に形成された反射ミラーからなり、
   前記ＴＦＦは、前記透光性基板の前記波長多重光信号の伝搬方向の断面において、前記Ｖ字型溝の逆Ｖ字をなす頂角の二等分線を逆方向に延長した線上に位置し、当該頂角の二等分線の延長線は前記ＴＦＦの反射面と直交する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光受信モジュール。
3. 前記波長多重光信号のＴＦＦへの入射角をθ、前記Ｖ字型溝の逆Ｖ字をなす頂角をθ_Vとして、
   θ_V ＝ θ＋９０°
   であることを特徴とする請求項２に記載の光受信モジュール。
4. 前記透光性基板は、ガラス、プラスチック、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓのいずれかよりなり、
   前記透光性半導体基板は、Ｓｉ、ＩｎＰ、ＧａＡｓのいずれかよりなり、
   前記接合層は、熱硬化性またはＵＶ硬化性の接着剤を硬化してなる
   ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光受信モジュール。
5. モールド技術を用いて透光性基板を加工して、透光性基板の下面に波長多重光信号の伝搬方向に沿って複数のＶ字型溝を形成するステップと、
   前記透光性基板の下面に光反射膜を形成して少なくとも前記Ｖ字型溝の部分を覆い、前記波長多重光信号の光路変換を行う複数の反射ミラーを形成するステップと、
   前記透光性基板の上面の前記Ｖ字型溝に対応する位置に透過波長の異なる複数の薄膜フィルタ（ＴＦＦ）を形成するステップと、
   を含む光導波レイヤを製造するステップと、
   透光性半導体基板の表面の前記ＴＦＦに対応する位置に、結晶成長技術、フォトリソグラフィおよびエッチング技術を用いてフォトダイオード（ＰＤ）を複数形成するステップと、
   基板研磨技術により、前記透光性半導体基板の裏面を所望の厚さまで薄層化し、前記ＴＦＦに対応する位置にモノリシック集光レンズとして集光レンズを複数形成するステップと、
   を含むＰＤレイヤを製造するステップと、
   前記ＰＤレイヤと前記光導波レイヤの間に接合層を形成して一体集積化されたチップとして製造するステップと、
   を含むことを特徴とする光受信モジュールの製造方法。