JPH11311721A - 光結合モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

光結合モジュールおよびその製造方法

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JPH11311721A
JPH11311721A JP14663398A JP14663398A JPH11311721A JP H11311721 A JPH11311721 A JP H11311721A JP 14663398 A JP14663398 A JP 14663398A JP 14663398 A JP14663398 A JP 14663398A JP H11311721 A JPH11311721 A JP H11311721A
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light
recess
semiconductor substrate
coupling module
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Keiji Okuda
圭二 奥田
Yoichiro Katsuki
陽一郎 香月
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アライメント作業が容易であり、製造コスト
の低減を図ることができる光通信端末局として用いるの
に好適な光結合モジュールを提供する。 【解決手段】 鏡面処理を受けた表面１４ａを有し該表
面上に光機能素子１１がその光機能面１１ａを表面１４
ａとほぼ平行にかつ該光機能面と反対側の裏面を表面１
４ａに向けて搭載される半導体基板１４と、該半導体基
板の前記表面１４ａ上に前記光機能素子１１に光学的に
結合されるべく支持される光学装置１５とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信端末局に用
いるのに好適な光結合モジュールおよびその製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、通信容量の大きな光通信のための
光ファイバを各家庭にまで敷設する、いわゆるファイバ
ー・ツー・ザ・ホーム（Fiber to the Home）と称する
計画が進められている。この計画では、例えば１．３μ
ｍおよび１．５５μｍのそれぞれの波長帯域の光が相互
に重ね合わされた多重光として、各家庭の通信端末局に
送られる。
【０００３】このような多重光を受ける通信端末局のた
めの光学装置の光学素子に、例えば特願平９−１４７１
１５号明細書に記載されているように、ＣＧＨ素子（Co
mputer generated hologram）を利用することが提案さ
れている。ＣＧＨ素子は、計算機プログラムを利用して
製造される光学素子であり、高精度の光学素子を光学基
板にコンパクトに組み込むことができる。
【０００４】このＣＧＨ素子を利用することにより、多
重光をそれぞれの波長の光に分離する波長分波素子ある
いは分波された一方の波長の光を分離または結合するた
めの光結合素子のような光学素子を光学基板の積層体に
コンパクトに組み込むことができる。従って、この積層
体からなる光学装置に光機能素子である例えば半導体レ
ーザのような発光素子あるいはフォトダイオードのよう
な受光素子を結合することにより、双方向通信が可能な
光通信端末局に好適な光結合モジュールを構成すること
ができる。
【０００５】このような光結合モジュールのために、一
般的には、半導体基板が用いられる。この半導体基板の
一方の面である表面には、平坦度を高めるために、機械
的および化学的なエッチング処理を含む鏡面処理が施さ
れ、鏡面処理が施された半導体基板の表面に、半導体レ
ーザあるいはフォトダイオードのような光機能素子が搭
載される。この光機能素子が搭載された半導体基板に、
これに搭載された前記光学機能素子と前記光学装置とが
光学的に結合されるように、該光学装置が支持される。
【０００６】ところで、例えば光機能素子として半導体
レーザが用いられるとき、この半導体レーザとして、一
般的に端面発光型が採用されている。そのために、この
ような端面発光型光機能素子が半導体基板の表面に搭載
されると、この光機能素子からの光は半導体基板の前記
表面と平行な方向へ放射され、この放射光を受けるべく
これに光学的に結合される前記光学装置は、モジュール
のコンパクト化のために光機能素子が搭載された半導体
基板の端面で支持されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記半導体
基板の端面は、劈開面であり、該基板の前記表面のよう
な鏡面処理を受けていないことから、極めて平坦性が悪
い。そのため、光学素子が搭載された半導体基板と、該
基板の端面に支持される前記光学装置との結合に際し、
該光学装置と前記光機能素子との光軸合わせを含むアラ
イメント作業が３次元的な調整作業となることから、こ
のアライメント作業は容易ではない。
【０００８】そこで、アライメント作業が容易であり、
製造コストの低減を図ることができる光通信端末局とし
て用いるのに好適な光結合モジュールおよびその製造方
法が望まれていた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の点を解
決するために、光機能素子が搭載される半導体基板に
は、鏡面処理を受けることにより平坦性に優れた表面が
設けられていることに着目し、基本的には、前記表面に
搭載される光機能素子に光学的に結合される光学装置の
支持面として、平坦性に優れた前記表面を利用すること
を特徴とする。
【００１０】〈構成１〉ために、本願発明は、鏡面処理
を受けた表面を有し該表面上に光機能素子がその光機能
面を前記表面とほぼ平行にかつ該光機能面と反対側の裏
面を前記表面に向けて搭載される半導体基板と、該半導
体基板の前記表面上に前記光機能素子に光学的に結合さ
れるべく支持される光学装置とを含むことを特徴とす
る。
【００１１】〈作用１〉本発明によれば、前記半導体基
板に搭載される前記光機能素子に光学的に結合される前
記光学装置は、鏡面処理を受けることにより平坦性に優
れた半導体基板の前記表面を支持面とすることから、前
記半導体基板上での前記光学装置のアライメントすなわ
ち位置決めに際し、前記表面である（ｘ，ｙ）平面上に
沿っての前記光学装置の微調整により、比較的容易に適
正位置を見い出すことができる。従って、従来のような
３次元的調整作業が不要となり、アライメント作業が容
易になる。また、このアライメント作業が容易になるこ
とから、このアライメント作業を機械的にしかも集約的
に行うことが可能となる。
【００１２】前記したアライメント作業を機械的に行う
ために、半導体基板の前記表面および該表面に対向する
前記光学装置の端面に、光学的結合の最適位置を表示す
るための一組のアライメントマークを付することができ
る。
【００１３】このような光学的結合の最適位置を表示す
るアライメントマークを採用することにより、光学装置
を含む光学系を動作させた状態で実際の光の挙動に応じ
て各光学部分の位置を調整する、いわゆるアクティブア
ライメントを行うことなく、各光学部分の組み付けに際
してのアライメントマークの単なる整合作業である、い
わゆるパッシブアライメントでもって、アライメント作
業を行うことができることから、光学装置と光機能素子
との光軸調整を含むアライメント作業が一層容易とな
る。
【００１４】鏡面処理を受けた前記表面に、凹所を形成
し、この凹所内に前記光機能素子を収容することができ
る。このような凹所に収容される光機能素子として、い
わゆる面受光型の受光面を有する受光素子を用いること
ができる。
【００１５】光機能素子を収容する前記凹所は前記半導
体基板の前記表面へのエッチング処理により形成するこ
とができる。半導体基板に化学的エッチング処理を施す
ことにより、比較的容易にしかも高精度で所定の凹所を
形成することができる。前記凹所に、それぞれが前記光
学装置に光学的に結合される複数の受光素子を整列して
配置することができる。
【００１６】また、前記光学装置に光学的に結合される
光機能素子として、端面発光型発光素子を用いることが
でき、前記凹所にそれぞれが前記光学装置に光学的に結
合される受光素子および発光素子を配置することができ
る。前記凹所内への受光素子および発光素子の位置決め
を容易とするために、凹所の底面に、アライメントマー
クを付することができる。このアライメントマークとし
て、フォトリソグラフィ技術を利用して形成される光機
能素子のための電極を利用することができる。
【００１７】端面発光型発光素子から前記半導体基板の
前記表面と平行に発せられる光を前記光学装置へ向けて
前記表面から離れる方向へ案内するために、前記発光素
子を収容する前記凹所の少なくとも一方の側壁面を反射
面として利用することができる。
【００１８】前記発光素子からの発光を監視するための
モニタ用受光素子を前記凹所に配置することができる。
前記発光素子の他端からの光を前記モニタ用受光素子に
案内するために、前記凹所の他方の側壁面を反射面とし
て利用することができる。
【００１９】前記凹所を第１の凹所とし、該第１の凹所
の底面に第２の凹所を形成し、この第２の凹所内に前記
受光素子を配置することにより、第１の凹所の底面に配
置された前記発光素子からの光が前記受光素子により妨
げられないように、しかも該受光素子を前記発光素子の
光軸に沿って相互に整列して配置することができる。こ
の整列配置により、光学設計の簡素化を図ることができ
る。
【００２０】半導体基板の単体に代えて、半導体基板と
セラミック板あるいはガラス板との複合基板を用いるこ
とができる。半導体基板を含む複合基板を用いるとき、
半導体基板の特徴を十分に利用する上で、半導体基板を
前記凹所が形成される前記表面側に使用することが望ま
しい。
【００２１】すなわち、シリコンのような半導体基板
は、セラミック板あるいはガラス板の熱伝導性よりも高
い熱伝導性を示すことから、これらに比較して高い放熱
性が得られる。従って、基板上に配置される半導体レー
ザのような発光素子の高温化による不安定動作を防止す
る上で、前記発光素子が載せられる前記表面を半導体基
板で構成することが望ましい。また、半導体基板は、前
記凹所の形成にエッチング処理を用いることができるこ
とから、凹所を形成するために研削あるいは切削等の加
工を受けるセラミック板あるいはガラス板に比較して、
加工性に優れている。
【００２２】セラミック板あるいはガラス板は、前記半
導体基板に比較して、電荷容量が小さい。前記発光素子
により高速パルスを得るとき、その駆動回路が前記基板
上に設けられるが、この駆動回路の高速化を図る上で、
基板側の電荷容量の低減を図ることが望ましく、この点
で、セラミック板あるいはガラス板が好ましい。
【００２３】前記した半導体基板と、セラミック板ある
いはガラス板とからなる複合基板は、それぞれの長所を
併せ持つ点で、最も望ましい。
【００２４】前記光学装置は、例えば、その一方の端面
に、互いに異なる波長の光が信号媒体として重ね合わさ
れた多重光を受ける第１の入力端と、該入力端に受けた
多重光から分離された第１の波長成分の光を出力する第
１の出力端とを備え、またその他方の端面に、前記多重
光から分離される第２の波長成分の光に関し第１の入力
端へ向けての双方向通信を可能とするための第２の入力
端および第２の出力端を備える。前記光学装置は、第２
の入力端および第２の出力端を前記発光素子および前記
受光素子の発光面および受光面のそれぞれに対応させる
べく、前記一方の端面を前記半導体基板の前記表面に対
向させて該半導体基板に支持される。
【００２５】前記光学装置の一方の端面および半導体基
板の前記表面のそれぞれに、一組のアライメントマーク
を付することができる。この一組のアライメントマーク
を整合させることにより、前記半導体基板および前記光
学装置を、該光学装置の第２の入力端および第２の出力
端と、前記発光素子および前記受光素子の前記発光面お
よび前記受光面とがそれぞれ対応する整合位置に容易に
位置決めることができる。光学装置の光学素子として計
算機ホログラム（ＣＧＨ素子）を利用することができ、
このＣＧＨ素子を含む光学素子が組み込まれた複数の光
学基板を積層することにより、コンパクトな光学装置を
構成することができる。
【００２６】〈構成２〉また、本発明は、鏡面処理を受
けた表面を有し該表面上に光機能素子がその光機能面を
前記表面とほぼ平行にかつ該光機能面と反対側の裏面を
前記表面に向けて搭載される半導体基板と、該半導体基
板の前記表面上に前記光機能素子に光学的に結合される
べく支持される光学装置とを含む光結合モジュールの製
造方法において、前記半導体基板の集合体となる半導体
ウエハ上に多数の前記光機能素子を集積化して搭載し、
複数の前記光学装置を光学素子が組み込まれた複数の光
学基板の積層体として集積化して形成し、前記半導体ウ
エハ上の光機能素子と該光学素子に対応する前記積層体
の光学素子とが光学的にそれぞれ結合するように前記半
導体ウエハと前記光学基板の積層体とを一括的に接合す
ることにより、光結合モジュールを集積化して形成し、
その後、集積化して形成された複数の光結合モジュール
を個々に分離することを特徴とする。
【００２７】〈作用２〉本発明に係る前記製造方法によ
れば、前記したように、前記半導体基板の集合体となる
半導体ウエハ上に多数の前記光機能素子が集積化して搭
載され、また複数の光学装置は光学素子が組み込まれた
複数の光学基板の積層体として集積化して形成される。
その後、前記半導体ウエハ上の光機能素子と該光学素子
に対応する前記積層体の光学素子とが光学的にそれぞれ
結合するように前記半導体ウエハと前記光学基板の積層
体とが一括的に接合されることから、多数の光結合モジ
ュールが集積化して形成される。従って、集積化して形
成された複数の光結合モジュールを個々に分離すること
により、多数の光結合モジュールを容易にしかも効率的
に製造することが可能となる。
【００２８】〈構成３〉本発明は、少なくとも１つの計
算機ホログラムが組み込まれた複数の光学基板を積層し
て形成された積層体であってその積層方向に位置する一
方の端面に少なくとも１本の光ファイバが結合され、他
方の端面に前記光ファイバから前記計算機ホログラムを
経る光の出力端または入力端が設けられた積層体を備え
る光学装置と、該光学装置の前記積層体を受け入れる凹
所であってその深さ方向と直角な方向に前記積層方向を
沿わせて前記積層体を横方向に受け入れる凹所が形成さ
れ、該凹所が開放する上面の一側に前記光ファイバを位
置決めるべく該光ファイバを受け入れる凹溝が形成され
かつ前記凹所が開放する前記上面の他側にアライメント
マークが形成された半導体基板と、該半導体基板の前記
上面上の前記アライメントマークにより規定される所定
位置に配置され前記積層体の前記出力端または入力端に
光学的に結合される光機能素子とを含む光結合モジュー
ルであって、前記半導体基板の前記上面の前記凹溝およ
び前記アライメントマークは、単一のマスクを用いたホ
トリソグラフィおよびエッチング処理により形成されて
いることを特徴とする。
【００２９】〈作用３〉本発明に係る前記光結合モジュ
ールによれば、一端に光ファイバが結合され、他端に入
力端または出力端が設けられた積層体は、半導体基板の
凹所に収容されるとき、該凹所が開放する半導体基板の
上面の一側に形成された凹溝に収容される。この半導体
基板の前記他端に設けられた入力端または出力端に光学
的に結合される前記光機能素子は前記凹溝の形成時に、
単一のマスクを用いたホトリソグラフィおよびエッチン
グ処理によりこれと同時的に形成されるアライメントマ
ークにより適正位置に設けられる。
【００３０】従って、前記光機能素子を動作させて該機
能素子と前記積層体との光結合についての調整であるア
クティブアライメントを行うことなく、前記アライメン
トマークを用いた前記したと同様なパッシブアライメン
トでもって、アライメント作業を行うことができること
から、光学装置と光機能素子との光軸調整を含むアライ
メント作業が一層容易となる。
【００３１】前記積層体は、例えば全体に直方体形状を
呈し、該積層体が前記凹所に収容されたときに前記凹所
の底面に対向する前記積層体の側面と前記光ファイバと
の間隔を、前記凹溝の底部から前記凹所の底面までの距
離よりも小さく設定することにより、前記光ファイバが
前記凹溝に収容されるように前記積層体が前記凹所に収
容されたとき、前記凹所に、該凹所の底面と該底面に対
向する前記積層体の側面との間に間隔をおくに十分な深
さ寸法を与えることができる。
【００３２】前記光ファイバは、該光ファイバの端部を
受け入れる受け入れ孔が形成され前記積層体の一端に固
着された接続板を介して前記積層体に接続することがで
き、前記接続板は前記積層体と一体的に前記凹所に収容
することができる。前記光学素子が半導体レーザである
とき、前記積層体の他端に、前記半導体レーザからの光
が該半導体レーザに帰還することを防止するための光非
相反素子を設けることが望ましい。
【００３３】前記半導体基板の凹溝に収容される光ファ
イバにフェルールを装着することができ、前記凹溝は前
記フェルールを介して前記光ファイバを受け入れる。
【００３４】また、前記ファイバおよび該ファイバを収
容する前記フェルールを前記積層体の前記半導体基板の
端面を越えて突出させることができる。この突出端部
は、該端部を一端で受け入れるスリーブ部材であってそ
の他端で前記端部に接続される光ファイバおよび該光フ
ァイバの先端部を覆うフェルールを受け入れるスリーブ
部材と共に、着脱可能のレセプタクル構造を構成する。
【００３５】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
について詳細に説明する。 〈具体例１〉図１および図２は、本発明に係る光結合モ
ジュールの具体例１を概略的に示す。具体例１に係る光
結合モジュール１０は、図１および図２に示されている
ように、２つの受光素子１１および１２（図１では、一
方の受光素子１１が発光素子１３の背面側に位置するた
めに表れていない。）と１つの発光素子１３からなる３
つの光機能素子１１、１２および１３と、該光機能素子
を搭載するための半導体基板１４と、該半導体基板に支
持されるブロック状の積層体１５ａ′を備える光学装置
１５とを含む。
【００３６】光学装置１５は、具体例１では、それぞれ
図示しない光ファイバの接続端となる第１の入力端１６
および第１の出力端１７が一方の面１８ａに設けられた
例えば第１のガラス基板１８と、該ガラス基板の他方の
面１８ｂに、一方の面１９ａを接合される第２のガラス
基板１９と、該ガラス基板の他方の面１９ｂに、一方の
面２０ａを接合される第３のガラス基板２０と、該ガラ
ス基板の他方の面２０ｂに、一方の面２１ａを接合され
る第４のガラス基板２１とからなる積層体１５ａ′を備
える。
【００３７】各ガラス基板１８〜２１の屈折率ｎ1 〜ｎ
4 は、それぞれが同一となるようにあるいは相互に異な
るように、適宜設定することができる。また、各ガラス
基板１８〜２１に代えて、光学的にこれと等価の例えば
半導体基板を光学基板１８〜２１として用いることがで
きる。
【００３８】第１の入力端１６には、それぞれが信号媒
体となる例えば１．３μｍおよび１．５５μｍの波長を
有する光を相互に重ね合わせた多重光が入力する。ま
た、第１の出力端１７には、その一方の波長成分が案内
される。
【００３９】一端に第１の入力端１６および第１の出力
端１７が設けられた前記積層体１５ａ′の他端となるガ
ラス基板２１の他方の面２１ｂには、双方向通信を可能
とするための一対の第２の入力端２３および出力端２２
が設けられている。第２の入力端２３は、半導体基板１
４に搭載された発光素子１３からの光を受ける。また、
第２の出力端２２は、半導体基板１４に搭載された一方
の受光素子１１へ向けて他方の波長成分の光を放出す
る。
【００４０】第１のガラス基板１８と第２のガラス基板
１９との間には、第１および第２の計算機ホログラム
（Computer Generated Hologram 、以下、単にＣＧＨ素
子と称する。）２４および２５が配置されている。ま
た、第２のガラス基板１９と第３のガラス基板２０との
間には、波長分波素子としてのＷＤＭフィルタ２６が配
置されている。また、第３のガラス基板２０と第４のガ
ラス基板２１との間には、第３のＣＧＨ素子２７が配置
されている。
【００４１】さらに、前記積層体の他端である第４のガ
ラス基板２１の他方の面２１ｂに形成される第２の出力
端２２および第２の入力端２３には、第４および第５の
ＣＧＨ素子２８および２９がそれぞれ配置されている。
【００４２】図１に示す例では、第１および第２のＣＧ
Ｈ素子２４および２５は、第１のガラス基板１８の他方
の面１８ｂにそれぞれ並列的に形成されている。また、
分波素子あるＷＤＭフィルタすなわち波長選択フィルタ
２６は、ガラス基板１９の他方の面１９ｂに形成されて
いる。また、第３のＣＧＨ素子２７は、第３のガラス基
板２０の他方の面２０ｂに形成されている。
【００４３】第４および第５のＣＧＨ素子２８および２
９は、前記したとおり、ガラス基板２１の他方の面２１
ｂにそれぞれ並列的に形成され、第２の出力端２２およ
び第２の入力端２３をそれぞれ規定する。
【００４４】第１のＣＧＨ素子２４は、第１の入力端１
６からの多重光からなる発散球面波光を平行光束とする
コリメート機能を有し、かつ平行光束をＷＤＭフィルタ
２６へ向ける偏向機能を有する。
【００４５】ＷＤＭフィルタ２６は、第１のＣＧＨ素子
２４に案内された多重光のうち、波長１．５５μｍを有
する第１の成分波長の光を第２のＣＧＨ素子２５へ向け
て反射する。また、ＷＤＭフィルタ２６は、多重光のう
ちの波長１．３μｍを有する第２の波長成分を透過させ
る。
【００４６】ＷＤＭフィルタ２６により反射された第１
の波長成分である波長１．５５μｍの平行光束は、集光
機能を有する第２のＣＧＨ素子２５により、第１の出力
端１７へ向けて集光される。この第１の出力端１７から
取り出された第１の波長成分の光は、例えばテレビのよ
うな一方向通信の端末装置に送られる。
【００４７】ＷＤＭフィルタ２６を透過した第２の波長
成分である波長１．３μｍの平行光束は、高次回折を利
用した分岐機能を有する第３のＣＧＨ素子２７により、
第４のＣＧＨ素子２８および第５のＣＧＨ素子２９へ向
けて分岐される。この第３のＣＧＨ素子２７が２位相の
リニアグレーティングからなるとき、１次回折光および
−１次回折光のそれぞれの回折効率は約４０％であり、
１：１の分波器として機能する。
【００４８】ＣＧＨ素子では、後述する製造に使用され
るフォトリソグラフィ用エッチングマスクの数、すなわ
ち位相数と、そのときのエッチング深さの制御により、
種々の分岐機能を実現することができる。
【００４９】第４のＣＧＨ素子２８に向けられた第２の
波長成分の平行光束は、該第４のＣＧＨ素子の集光機能
により、発光素子１３に集光する。また、第５のＣＧＨ
素子２９に向けられた第２の波長成分の平行光束は、第
５のＣＧＨ素子２９の集光機能により、受光素子１１に
向けられる。この受光素子１１には、例えば図示しない
電話器の受信回路が接続され、これにより、第２の波長
成分の光に含まれる情報が取り出される。
【００５０】光学装置１５の前記した光学系では、例え
ば電話機の発信回路からの情報信号に応じた第２の波長
成分の光信号が発光素子１３から、第４のＣＧＨ素子２
８へ向けて発散されると、この第２の波長成分の光は、
分岐機能を有する第３のＣＧＨ素子２７、ＷＤＭフィル
タ２６および第１のＣＧＨ素子２４を経て、第１の入力
端１６に案内される。従って、多重光の発信源（図示せ
ず）と、この多重光をその第１の入力端１６に受ける光
学装置１０との間の双方向通信が、該光学装置の第２の
出力端２２および第２の入力端２３を用いることによ
り、可能となる。
【００５１】前記したＣＧＨ素子の製造には、ＣＡＤが
用いられる。このＣＡＤのために、所望の回折光学特性
を示すホログラム内での光の位相差関数が求められる。
この位相差関数は、光路差関数ρ（ｘ，ｙ）と呼ばれて
おり、この光路差関数の光路差係数すなわち位相係数Ｃ
N を求め、この位相係数ＣN をＣＡＤプログラムに代入
することにより、フォトリソグラフィによって所望形状
を得るのに必要なフォトリソグラフィ用マスクのパター
ンを生成させることができる。このようなＣＡＤプログ
ラムの一例として、アメリカ合衆国カリフォルニア州に
在るNIPT社のＣｇｈＣＡＤがある。
【００５２】このＣＡＤプログラムの実行により、所望
の回折光学特性を示すＣＧＨ素子を得るためのマスク条
件を求めることができる。このマスク条件に沿って、マ
スクを製作し、これらのマスクを用いたフォトリソグラ
フィ法により、光学基板である各ガラス基板１８〜２１
にエッチング処理を施すことにより、前記した各所望の
回折光学特性を示すＣＧＨ素子２４〜２９を形成するこ
とができる。
【００５３】前記した光学装置１５と光学的に結合され
る受光素子１１および発光素子１３並びに前記受光素子
１２を搭載する半導体基板１４は、例えば（１００）を
表面１４ａとして、この表面１４ａが化学エッチング処
理により鏡面処理を受けたシリコン結晶基板からなる。
半導体基板１４の表面１４ａは、鏡面処理を受けること
により、高い平坦度を有する。この表面１４ａに、前記
受光素子１１および１２と、発光素子１３とが配置され
る。
【００５４】図１および図２に示す例では、表面１４ａ
には、さらに部分的なエッチング処理が施されており、
このエッチング処理により凹所３０が形成されている。
この凹所３０は、表面１４ａに平行な底面３０ａと、該
底面の両縁から互いに相離れる方向へ立ち上がる一対の
傾斜側壁３０ｂおよび３０ｃとを備える。この凹所３０
内に、一方の受光素子１１および発光素子１３が収容さ
れており、この凹所３０を規定する半導体基板１４の肩
部に他方の受光素子１２が配置されている。
【００５５】一方の受光素子１１は、表面に受光面を有
する光機能素子であり、この光機能素子として、例えば
面受光型フォトダイオードを用いることができる。この
受光素子１１は、光学装置１５の第２の出力端２２から
光信号を受けるべく、その受光面１１ａが半導体基板１
４の表面１４ａにほぼ平行となるように、前記受光面と
反対側の裏面で凹所３０の底面３０ａに固定されてい
る。受光素子１１は、第２の出力端２２からの光信号を
電気信号に変換する作用をなす。
【００５６】発光素子１３は、端面に発光面を有する端
面発光型光機能素子であり、図示のとおり、例えば両端
面に発光面１３ａおよび１３ｂを有する端面発光型半導
体レーザを用いることができる。発光素子１３は、凹所
３０の一対の傾斜側壁３０ｂおよび３０ｃにそれぞれの
発光面１３ａおよび１３ｂを対向させるように、しか
も、その光軸３１が、光学装置１５の第２の出力端２２
および第２の入力端２３の中心を結ぶ中心線の投影線３
２に、ほぼ４５度の角度で以て点Ａで交わるように、凹
所３０の底面３０ａに固定されている。
【００５７】発光素子１３の発光面１３ａからのレーザ
光は、一方の傾斜側壁３０ｂでの反射により、第２の入
力端２３へ向けられる。また、発光素子１３の他方の発
光面１３ｂからのレーザ光は、他方の傾斜側壁３０ｃで
の反射により、他方の受光素子１２の受光面１２ａに向
けられる。
【００５８】他方の受光素子１２は、例えば受光素子１
１におけると同様な面受光フォトダイオードである。こ
の受光素子１２は、他方の傾斜側壁３０ｃで反射された
発光素子１３からのレーザ光を受けるべく、その受光面
１２ａを下方へ向けて、しかも該受光面が底面３０ａと
ほぼ平行となるように配置され、半導体基板１４の上面
１４ａに固定されている。受光素子１１は、発光素子１
３からのレーザ光を、モニタ光として受ける。
【００５９】図３に示す例では、傾斜側壁３０ｃには、
該傾斜側壁と平行であり該傾斜側壁と実質的に同一の傾
斜壁面３０ｃ′を規定する凹部３３が形成されている。
他方の受光素子１２は、この凹部３３内に受光面１２ａ
を向けて配置されており、凹部３３の３つの上縁３３
ａ、３３ｂおよび３３ｃで確実に保持されている。従っ
て、図３の例では、発光素子１３の他方の発光面１３ｂ
からのレーザ光は、傾斜側壁３０ｃと実質的に同一の傾
斜側壁３０ｃ′により、受光素子１２の受光面１２ａに
向けて反射を受ける。
【００６０】反射面となる各傾斜側壁３０ｂおよび３０
ｃ′の適正な傾斜角は、前記したように半導体基板１４
に（１００）面のシリコン結晶基板が用いられていると
き、凹所３０の底面３０ａと５５度の傾斜をなす（１１
１）面で形成することができる。この（１１１）面から
なる各傾斜側壁３０ｂおよび３０ｃ′は、エッチング液
の選択により、容易に形成することができる。また、反
射面となる各傾斜側壁３０ｂおよび３０ｃ′の反射率を
高めるために、各傾斜側壁３０ｂおよび３０ｃに、例え
ば蒸着により金属反射膜を形成することが望ましい。
【００６１】半導体基板１４上に各光機能素子１１、１
２および１３を搭載するについて、半導体基板１４上の
適正位置に各光機能素子１１、１２および１３のための
マーキングを付するができ、このマーキングを利用する
ことにより、各光機能素子１１、１２および１３を比較
的容易に適正な光学結合位置に配置することができる。
【００６２】このマーキングとして、図２に示すよう
に、各光機能素子１１、１２および１３のための半導体
基板１４に形成される電極（１１′、１２′および１
３′）を利用することができる。各電極（１１′、１
２′および１３′）の形成には、フォトリソグラフィ技
術が利用されており、このフォトリソグラフィ技術によ
り形成される電極は、１μｍ以下の許容誤差で形成され
ることから、この電極（１１′、１２′および１３′）
をアライメントマークとする画像認識技術により、極め
て高精度で各光機能素子１１、１２および１３の正確な
位置決め作業が可能となる。
【００６３】各光機能素子１１、１２および１３が搭載
された半導体基板１４の表面１４ａには、光学装置１５
がその他端２１ｂで結合される。図１に示す例では、例
えば半導体材料からなるスペーサ３４を介して光学装置
１５と半導体基板１４とが結合されている。このスペー
サ３４を、例えば半導体基板１４の表面１４ａにエッチ
ング処理を施すことにより、該基板の一部としてこれに
一体的に形成することができる。
【００６４】両者１４および１５の結合に際し、第２の
出力端２２からの光が受光素子１１に確実に案内され、
また発光素子１３の発光面１３ａからのレーザ光が確実
に第２の入力端２３に案内されるように、アライメント
調整が施される。
【００６５】本発明に係る光結合モジュール１０では、
前記した半導体基板１４および光学装置１５のアライメ
ント調整は、鏡面処理を受けることにより極めて平坦度
に優れた半導体基板１４の表面１４ａを基準面として、
該面上を、例えば光学装置１５を平行移動させることに
より、受光素子１１および発光素子１３と、第２の出力
端２２および第２の入力端２３とがそれぞれ適正に光学
的に結合する位置を見つけ出すことができる。
【００６６】従って、従来のような各ガラス基板１８〜
２１の厚さ寸法方向に沿った軸線の傾きすなわちＺ軸に
関する傾き調整は不要となり、半導体基板１４の表面１
４ａに沿ったＸ軸およびＹ軸を含む平面上でのアライメ
ントにより、適正なアライメント調整が行える。
【００６７】〈具体例２〉図４および図５に示す光結合
モジュール１０では、図５に明確に示されているよう
に、光結合モジュール１０の第２の出力端２２および第
２の入力端２３の中心を結ぶ中心線の投影線３２が発光
素子１３の光軸３１と直交する。また、投影線３２が一
方の傾斜側壁３０ｂに沿って伸びることから、第２の出
力端２２からの光を受ける受光素子１１を適正位置に保
持するために、傾斜側壁３０ｂには、凹部３５が設けら
れている。
【００６８】受光素子１１は、その受光面１１ａを光学
装置１５の第２の出力端２２に対向させるように、その
一部が凹部３５内に収容されて配置されている。
【００６９】具体例２では、第４のＣＧＨ素子２８が設
けられる第２の出力端２２および第５のＣＧＨ素子２９
が設けられる第２の入力端２３とを結ぶ前記中心線の投
影線３２を凹所３０の伸長方向に一致させることがで
き、構成の簡素化を図ることができる。
【００７０】前記した例に限らず、光学装置１５の第２
の出力端２２および第２の入力端２３の配置関係に応じ
て、それぞれに対応する受光素子１１および発光素子１
３を含む各光機能素子１１、１２および１３を、半導体
基板１４上に適正に配置することができる。
【００７１】前記した光結合モジュール１０を製造する
について、図６に示されているように、大型のガラス基
板１８′〜２１′を多数の区画に分けて各区画ごとにそ
れぞれ必要な光学素子２４〜２９を集積化して形成する
ことができる。各光学素子２４〜２９が組み込まれた各
大型ガラス基板１８′〜２１′は層状に接合される。こ
のガラス基板１８′〜２１′の接合により、多数の光学
装置１５が集積化してなる積層体１５′が形成される。
【００７２】他方、半導体基板１４の集合体である半導
体ウエハ１４′の鏡面処理が施された表面１４ａ′は、
前記基板１８′〜２１′の区画に対応して区画され、各
区画ごとにそれぞれ各光機能素子１１、１２および１３
が搭載される。これにより、半導体ウエハ１４′上に各
光機能素子１１、１２および１３が搭載された多数の半
導体基板１４が集積化して形成される。
【００７３】この後、ガラス基板１８′〜２１′の接合
により、多数の光学装置１５が集積化してなる前記積層
体１５′と、各光機能素子１１、１２および１３が搭載
された多数の半導体基板１４の集積体である半導体ウエ
ハ１４′とは、相互に接合される。
【００７４】この接合に際し、適正な光学結合位置を示
すアライメントマーク３６および３７を積層体１５′の
下面および半導体ウエハ１４′の表面１４ａ′にそれぞ
れ形成し、このアライメントマーク３６および３７の整
合により、両者の整合位置を決めることができる。この
アライメントマークの採用により、前記した各光機能素
子１１、１２および１３のアライメントにおけると同
様、画像認識機構の併用によって、高精度での効率的な
アライメント作業が可能となる。
【００７５】積層体１５′および半導体ウエハ１４′の
接合後、各区画に応じて、光結合モジュール１０を切り
出すことができ、これにより多数の光結合モジュール１
０を効率的に製造することが可能となる。
【００７６】また、半導体ウエハ１４′および積層体１
５′を接合することなく、図７に示されているように、
半導体ウエハ１４′および積層体１５′から各光機能素
子１１、１２および１３が搭載された半導体基板１４お
よび光学装置１５をそれぞれ切り出し、その後、各の半
導体基板１４および光学装置１５を接合して光結合モジ
ュール１０を形成することができる。
【００７７】この場合、半導体基板１４および光学装置
１５のアライメントを容易とするために、半導体基板１
４の表面１４ａおよび光学装置１５の下面に前記したと
同様なアライメントマーク３６および３７を付すことが
できる。
【００７８】半導体ウエハ１４′および積層体１５′か
らそれぞれアライメントマーク３６および３７が付され
た各半導体基板１４および光学装置１５を切り出した
後、これらを接合することにより、比較的小型の画像認
識機構を用いても高精度での光結合モジュール１０の自
動組立が可能となる。
【００７９】〈具体例３〉図８〜図１０に示される具体
例３の光結合モジュール１０では、光学装置１５は、そ
の一端１５ａに多数の出力端１７を備え、その他端１５
ｂに各出力端１７に対応したＣＧＨ素子２９からなるレ
ンズアレイを備える。半導体基板１４の凹所３０内に
は、図９および図１０に示されているように、各ＣＧＨ
素子２９に対応して多数の発光素子１３が配列されてい
る。
【００８０】各発光素子１３の一方の発光面１３ａから
のレーザ光は、図８に明確に示されているように、凹所
３０の一方の傾斜側壁３０ｂの反射により、対応する入
力端２３に設けられた各ＣＧＨ素子２９を経て、各ＣＧ
Ｈ素子２９に対応する出力端１７に案内される。また、
各発光素子１３に対応して、その他方の発光面１３ｂか
らのレーザ光を他方の傾斜側壁３０ｃで反射するモニタ
光として受ける受光面１２ａを有する受光素子１２が連
続的に形成されている。
【００８１】このような多数の発光素子１３を含む光機
能素子１３が搭載された半導体基板１４の表面１４ａ
は、鏡面処理を受けることにより極めて平坦度が高めら
れており、この表面１４ａに前記したと同様なスペーサ
３４を介して、光学装置１５が結合されている。
【００８２】従って、この具体例３の光結合モジュール
１０では、具体例１および２におけると同様に、半導体
基板１４の極めて平坦度に優れた表面１４ａを基準面と
して、光学装置１５が結合されることから、この光学装
置１５と半導体基板１４上の発光素子１３とを適正に結
合するためのアライメント作業は従来に比較して容易に
行うことができる。
【００８３】〈具体例４〉図１１および図１２に示され
る具体例４の光結合モジュール１０では、光学装置１５
は、その一端に波長の異なる多重光を受ける入力端１６
を備える。また光学装置１５は、その他端に、入力端１
６に受けた入力光を波長に応じて分岐する波長分波機能
を有するＣＧＨ素子２８を備える。波長分波機能を有す
るＣＧＨ素子２８は、入力端１６に受けた光をその波長
に応じた偏向角度で、ＣＧＨ素子２８により規定される
出力端２２から半導体基板１４の凹所３０の底面３０ａ
に向けて案内する。
【００８４】半導体基板１４の凹所３０の底面３０ａに
は、それぞれの偏向角度で案内される波長成分の光を受
けるべく、多数の受光素子１１がそれぞれの受光面１１
ａを上方へ向けて底面３０ａ上に配列されている。
【００８５】具体例４の光結合モジュール１０では、具
体例１ないし３におけると同様に、半導体基板１４の極
めて平坦度に優れた表面１４ａを基準面として、光学装
置１５が結合されることから、この光学装置１５と半導
体基板１４上の多数の受光素子１１とを適正に結合する
ためのアライメント作業は従来に比較して容易に行うこ
とができる。
【００８６】また、具体例４では、各受光素子１１が凹
所３０内に収容されていることから、スペーサ３４を不
要とすることができる。
【００８７】〈具体例５〉図１３および図１４に示す具
体例５の光結合モジュール１０では、光学装置１５の第
２の出力端２２および第２の入力端２３の配置関係に応
じて、それぞれに対応する受光素子１１および発光素子
１３がこの発光素子の光軸３１に一致して直線上に配置
されている。
【００８８】半導体基板１４の表面１４ａには、図１３
に明確に示されているように、表面１４ａ上に大きく開
放する第１の凹所３０が形成されており、この凹所３０
の底面３０ａの中央部には、凹所３０よりも開放面積の
小さな第２の凹所３０′が形成されている。受光素子１
１は、その受光面１１ａを第２の出力端２２へ向けて第
２の凹所３０′内に収容されるように、該第２の凹所３
０′の底面３０ａ′に固定されている。
【００８９】また、発光素子１３は、凹所３０の底面３
０ａの第２の凹所３０′を除く領域に配置されている。
発光素子１３の一方の発光面１３ａからのレーザ光が凹
所３０の傾斜側壁３０ｂを経て第２の入力端２３に向け
られかつ他方の発光面１３ｂからのレーザ光が凹所３０
の他方の傾斜側壁３０ｃを経てモニタ用受光素子１２に
向けられるように、図１４に示されているように、受光
素子１１、１２および発光素子１３が該発光素子の光軸
３１に一致して直線上に整列して配置されている。この
発光素子１３の光軸３１は、光学装置１５の第２の出力
端２２および第２の入力端２３の中心を結ぶ中心線の投
影線３２と一致する。
【００９０】図１３に示す例では、発光素子１３からモ
ニタ用受光素子１２に向けられる光と、第２の出力端２
２から受光素子１１の受光面１１ａに向けられる光とが
交差するが、この光の交差は部分的であり、それぞれの
光の投影先に実質的な交差の影響が及ぶことはない。
【００９１】具体例５に示したように、凹所３０内の第
２の凹所３０′内に受光素子１１を配置することによ
り、発光素子１３からの光が受光素子１１により妨げら
れることなく、受光素子１１、１２および発光素子１３
を前記投影線３２に一致して直線上に整列させることが
できる。従って、第２の出力端２２および第２の入力端
２３の中心を結ぶ中心線の投影線３２と発光素子１３の
光軸３１との間にねじれ角を設定することなく光路を設
定することができることから、光学設計の簡素化を図る
ことができる。
【００９２】具体例５の例においても、図示しないが、
受光素子１１、１２および発光素子１３の所定位置を表
すアライメントマークを前記したと同様な各素子のため
の電極１１′、１２′および１３′で構成することがで
きる。また、他の具体例におけると同様に、前記電極の
形成時に、該電極の形成材料により電極の形成方法と同
一方法によりこれと同時的に、電極として機能しない部
分を形成し、この部分をアライメントマークとすること
ができる。
【００９３】〈具体例６〉図１５ないし図１７は、具体
例５に示した第２の凹所３０′を有する光結合モジュー
ル１０を、多数の第１の入力端１６および多数の第１の
出力端１７が設けられたいわゆるマルチポートタイプに
適用した例を示す。
【００９４】図１６に示されているように、光学装置１
５の積層体１５ａ′の一端に設けられる多数の第１の入
力端１６に対応して、積層体１５ａ′の他端には、各第
２の入力端２３を規定する多数の第５のＣＧＨ素子２９
からなるレンズアレイが形成されている。また、積層体
１５ａ′の他端には、多数の第１の出力端１７に対応し
て、第２の出力端２２のための第４のＣＧＨ素子２８か
ら成るレンズアレイ（図示せず）が形成されている。
【００９５】これらレンズアレイに対応して、具体例３
に示したと同様に、多数の受光素子１１、モニタ用受光
素子１２および発光素子１３がそれぞれ配列される。図
１７に示されているように、両受光素子１１および１２
のうち、受光素子１１は第２の凹所３０′の底面３０
ａ′上に整列して配置され、また発光素子１３は第１の
凹所３０の底面３０ａに整列して配置されている。
【００９６】このようなマルチポートタイプでは、多数
の受光素子１１、１２および発光素子１３が規則的に配
列されることから、これら各素子のアライメントマーク
として前記したような電極を利用することが、パッシブ
アライメントを可能とすることにより、各素子のアライ
メント調整を容易とすることができることから、特に有
効である。
【００９７】〈具体例７〉各光機能素子１１、１２およ
び１３が搭載される半導体基板を複合板とすることがで
きる。図１８および１９に示す具体例７の光結合モジュ
ール１０では、半導体基板１４と、セラミックあるいは
ガラスのようなシリケート材料（窯業材料）からなる絶
縁基板１４′とを張り合わせて成る複合基板（１４およ
び１４′）が用いられている。
【００９８】図示の例では、第１の凹所３０および第２
の凹所３０′が形成される上方基板に半導体基板１４が
用いられ、その下面に張り合わせられる下方基板に絶縁
基板１４′が用いられている。また、図示の例では、半
導体基板１４の第１の凹所３０の底面３０ａに設けられ
た第２の凹所３０′は半導体基板１４をその板厚方向に
貫通して形成されている。その結果、第２の凹所３０′
の底面３０ａ′には、下方基板である絶縁基板１４′が
露出しており、当該露出面に受光素子１１が配置されて
いる。
【００９９】シリコンのような半導体基板１４は、セラ
ミック板あるいはガラス板の熱伝導性よりも高い熱伝導
性を示すことから、これらに比較して高い放熱性が得ら
れる。従って、基板上に配置される半導体レーザのよう
な発光素子１３の高温化による不安定動作を防止する上
で、前記発光素子１３が載せられる上方基板を半導体基
板１４で構成することが望ましい。また、半導体基板
は、前記凹所３０および３０′の形成にエッチング処理
を用いることができることから、凹所３０および３０′
を形成するために研削あるいは切削等の加工を受けるセ
ラミック板あるいはガラス板に比較して、加工性に優れ
ている。
【０１００】他方、セラミック板あるいはガラス板のよ
うな絶縁基板１４′は、前記半導体基板１４に比較し
て、電荷容量が小さい。したがって、前記発光素子１３
により高速パルスを得るとき、その駆動回路（図示せ
ず）が前記基板上に設けられるが、この駆動回路の高速
化を図る上で、基板側の電荷容量の低減を図ることが望
ましく、この点で、セラミック板あるいはガラス板が好
ましい。
【０１０１】前記した半導体基板１４と、セラミック板
あるいはガラス板のような絶縁基板１４′とからなる複
合基板（１４および１４′）は、それぞれの長所を併せ
持つ点で、最も望ましい。また、半導体基板１４を下方
基板に使用し、絶縁基板１４′を上方基板として使用す
ることができるが、前記した長所を有効に利用する上
で、前記したとおり、基板表面を半導体基板１４で構成
すべく、該半導体基板を上方基板として用いることが望
ましい。
【０１０２】第２の凹所３０′を半導体基板１４に貫通
させることなく、第２の凹所３０′の底面３０ａ′を半
導体基板１４の薄肉部（図示せず）で形成することがで
きる。
【０１０３】また、半導体基板１４の第１の凹所３０お
よび第２の凹所３０′をエッチング処理で形成すると
き、第１の凹所３０を第２の凹所３０′の形成後に形成
することが望ましい。なぜなら、第１の凹所３０の傾斜
面３０ｂおよび３０ｃは発光素子１３からの光の反射面
として利用され、この第１の凹所３０の精度が光学特性
に大きな影響を及ぼす。そのため、第１の凹所３０を高
精度のエッチング処理により形成した後、第２の凹所３
０′のためのエッチング処理の影響を排除するには、既
に形成された第１の凹所３０の傾斜面３０ｂおよび３０
ｃを含む領域を部分的にマスキングする必要が生じる。
【０１０４】これに対し、前記したように、第１の凹所
３０に比較して高精度が問題とならない第２の凹所３
０′を形成した後、第２の凹所３０′を形成することに
より、前記したマスキングを施すことなく、第２の凹所
３０′および高精度の第１の凹所３０をエッチング処理
により、好適に形成することができる。
【０１０５】また、図１８に示すように、光学装置１５
の積層体１５ａ′の端面１５ａに第１の入力端１６たる
光ファイバおよび第１の出力端１７たる光ファイバをそ
れぞれの接続穴３８ａおよび３８ｂに受け入れる例えば
セラミック板あるいはガラス板からなるファイバ接続板
３８を設けることができる。ファイバ接続板３８の予め
定められた各接続穴３８ａおよび３８ｂに各光ファイバ
（１６および１７）を挿入後、該光ファイバをファイバ
接続板３８に固定することにより、各ファイバ（１６お
よび１７）と積層体１５ａ′とを適正かつ容易に接続す
ることができる。
【０１０６】前記したような複合基板およびファイバ接
続板は、前記したマルチポートタイプの光結合モジュー
ル１０にも適用することができる。
【０１０７】以下の例では、全体に直方体形状を有する
積層体１５ａ′を備える光学装置１５をその積層体１５
ａ′の積層方向が横方向となるように半導体基板１４に
搭載した例について説明する。 〈具体例８〉具体例８の光結合モジュール１０では、図
２０および図２１に示されているように、光学装置１５
が搭載される半導体基板１４は、該基板に全体に矩形の
空所を規定する上端開放の凹所３９を備える。凹所３９
は、図２１に示されているように、半導体基板１４の表
面１４ａから寸法Ｄの深さを有する。
【０１０８】凹所３９内には、前記したと同様な光学装
置１５の積層体１５ａ′が横方向に、すなわち凹所３９
の深さ方向と直角な方向に前記積層方向を沿わせて、そ
の一側部を収容されている。前記積層体１５ａ′の一端
には、前記したと同様な第１の入力端１６を構成する光
ファイバおよび第１の出力端１７を構成する光ファイバ
が、ファイバ接続板３８を介して、それぞれ接続されて
おり、具体例８では、ファイバ接続板３８が積層体１５
ａ′と一体的に凹所３９内に収容されている。
【０１０９】半導体基板１４の表面１４ａの一側には、
積層体１５ａ′の一端から伸びる各光ファイバ１６およ
び１７を位置決めるべく、それぞれを受け入れる凹溝４
０および４１が形成されている。各光ファイバ１６およ
び１７は、凹溝４０および４１に沿って伸長し、半導体
基板１４の端面から突出する。
【０１１０】半導体基板１４の表面１４ａの他側には、
積層体１５ａ′の他端に設けられた第２の出力端２２お
よび第２の入力端２３に対応して、前記したと同様な受
光素子１１、モニタ用受光素子１２および発光素子１３
が搭載されている。各素子１１、１２および１３は、各
光ファイバ１６および１７がそれぞれの凹溝４０および
４１内に受け入れられるように、光学装置１５の積層体
１５ａ′が正しく凹所３９内に収容されたとき、光学装
置１５の出力端２２および２３に受光素子１１および発
光素子１３が適正に光学的に結合され、かつ受光素子１
２および発光素子１３が相互に適正に光学的に結合され
るように、それぞれの電極１１′、１２′および１３′
をアライメントマークとして、位置決められている。
【０１１１】各素子１１、１２および１３のアライメン
トマークとなるそれぞれの電極１１′、１２′および１
３′は、半導体基板１４の表面１４ａの前記他側に電極
形成のための金属膜（図示せず）を形成した後、この金
属膜にマスクを用いたエッチング処理を施し、この選択
的エッチング処理によって前記金属膜の不要部分を除去
することにより、形成することができる。また。前記半
導体基板１４の表面１４ａの前記一側に形成される各凹
溝４０および４１をマスクを用いた選択エッチング処理
により、形成することができる。
【０１１２】そこで、電極形成のための前記したフォト
リソグラフィおよびエッチング処理に使用される前記マ
スクの形成時に、前記凹溝４０および４１の形成に使用
されるマスク部分を一体的に形成し、その単一のマスク
を用いた選択エッチング処理により、アライメントマー
クとなるそれぞれの電極１１′、１２′および１３′お
よび凹溝４０および４１を形成することにより、この凹
溝４０および４１により位置決められる光学装置１５
と、この光学装置１５に光学的に結合される受光素子１
１および１３とをフォトリソグラフィの許容誤差内の極
めて高い精度で以て、相互に位置決めることができ、ま
た発光素子１３とモニタ用受光素子１２とを、同様に高
精度で相互に位置決めることができる。その結果、前記
したような光学的パッシブアライメントが可能となる。
【０１１３】半導体基板１４への前記した光学装置１５
の正確な組み付けを容易とするために、凹所３９の深さ
寸法Ｄは、第１の入力端１６および１７が各凹溝４０お
よび４１に収容されるように、光学装置１５の積層体１
５ａ′が適正に凹所３９内に収容されたとき、凹所３９
の底面３９ａと、該底面に対向する積層体１５ａ′の側
面との間に適正な間隔ｔをおくように、設定することが
望ましい。
【０１１４】前記凹所３９の底面３９ａに対向する前記
積層体１５ａ′の側面と、前記光ファイバ１６または１
６との間隔を、前記凹溝の底部から前記凹所の底面まで
の距離よりも小さく設定することにより、適正な深さ寸
法Ｄを確保することができる。
【０１１５】〈具体例９〉図２２および２３は、第１の
入力端１６および１７に関連して光ファイバ配線（１
６′および１７′）を取り外し可能に接続するレセプタ
クル構造を適用した例を示す。光結合モジュール１０の
第１の入力端１６および第１の出力端１７をそれぞれ構
成する光ファイバ１６および１７には、各光ファイバを
保護するフェルール４２および４３が装着されている。
そのため、半導体基板１４の表面１４ａに形成された前
記凹溝４０および４１は、各フェルール４２および４３
を介してそれぞれの光ファイバ１６および１７を受け入
れるべく、その断面が具体例８に比較して拡大されてい
る。
【０１１６】また、各フェルール４２および４３は、そ
の内部の光ファイバ１６および１７と一体的に半導体基
板１４の一側から突出する。各突出端部には、光ファイ
バ配線の接続端部すなわち光ファイバ１６′および１
７′の先端部が、これを保護するフェルール４２′およ
び４３′と共に、当接されており、それぞれの当接端部
を覆うスリーブ部材４４および４５により、光ファイバ
１６および１７と、光ファイバ１６′および１７′とが
取り外し可能に接続されている。
【０１１７】接着剤等を用いることにより、スリーブ部
材４４および４５を介して、光ファイバ１６および１７
と、光ファイバ１６′および１７′とを取り外し不可能
にすなわち固定的に接続することができる。いずれにし
ても、光学装置１５を半導体基板１４に組み込んだ後、
前記レセプタクル構造により、光学装置１５に前記光フ
ァイバ配線を接続することにより、光結合モジュール１
０の取り扱いが容易となる。また、前記したレセプタク
ル構造を採用することにより、光学装置１５への前記光
ファイバ配線の接続が比較的容易となる。
【０１１８】〈具体例１０〉図２４および２５の具体例
１０に示されているように、光学装置１５と発光素子で
ある半導体レーザ１３との間に、光非相反素子４６を挿
入することができる。具体例１０に示す光結合モジュー
ル１０は、半導体基板１４に半導体レーザからなる発光
素子１３とモニタ用受光素子１２とが設けられ、受信用
受光素子１１が設けられていない送信専用モジュールの
例である。
【０１１９】光学装置１５の積層体１５ａ′の一端に
は、半導体基板１４に形成された前記したと同様な凹溝
４１に収容される出力端のための光ファイバ１７がファ
イバ接続板３８を介して接続されており、また積層体１
５ａ′の他端には、該他端に形成される前記したと同様
な入力端２３に対応して、例えば従来よく知られたアイ
ソレータからなる光非相反素子４６が設けられている。
この光非相反素子４６は、積層体１５ａ′と一体的に半
導体基板１４の凹所３９内に収容されている。
【０１２０】光非相反素子であるアイソレータ４６は、
半導体レーザ１３から光学装置１５の入力端２３へ向け
て放出されたレーザ光が半導体レーザ１３に戻ることを
防止する作用をなし、これにより、半導体レーザ１３を
安定して動作させることができる。このような非相反素
子４６として、サーキュレータを用いることができる。
また、具体例１０の光結合モジュール１０に、具体例９
に沿って説明したと同様なレセプタクル構造を適用する
ことができる。
【０１２１】また、具体例１０に示した光非相反素子４
６を具体例８および９に示した光結合モジュール１０に
適用することができ、これにより、半導体レーザ１３を
安定して動作させることができる。
【０１２２】前記したところでは、光学装置１５に組み
込まれる光学素子が主としてＣＧＨ素子からなる例につ
いて説明したが、光学装置１５の光学素子として、形状
レンズあるいは屈折率型レンズ等、種々の光学素子を採
用することができる。しかしながら、コンパクト化およ
び高精度の光学系を集積的に組み込む上で、前記したよ
うなＣＧＨ素子を用いることが望ましい。
【０１２３】
【発明の効果】本発明によれば、前記したように、半導
体基板に搭載される光機能素子に光学的に結合される光
学装置の支持面として、鏡面処理を受けることにより平
坦性に優れた前記半導体基板の表面が使用されることか
ら、前記半導体基板上での前記光学装置のアライメント
に際し、前記表面上に沿った前記光学装置の微調整によ
り、比較的容易に適正位置を見い出すことができ、これ
によりアライメント作業が従来に比較して極めて容易に
なり、従来に比較して安価な光結合モジュールを提供す
ることができる。
【０１２４】また、本発明によれば、前記したように、
半導体ウエハ上に多数の前記光機能素子を集積化して搭
載し、また複数の光学装置を複数の光学基板の積層体と
して集積化して形成した後、前記半導体ウエハ上の光機
能素子と該光学素子に対応する前記積層体の光学素子と
が光学的にそれぞれ結合するように前記半導体ウエハと
前記光学基板の積層体とを一括的に接合することによ
り、多数の光結合モジュールを集積化して形成し、この
集積化して形成された複数の光結合モジュールを個々に
分離することにより、多数の光結合モジュールを容易に
しかも効率的に製造することが可能となる。
【０１２５】また、本発明によれば、前記したように、
光学装置の前記積層体を横方向に受け入れる凹所が形成
された半導体基板に、前記光学装置の入力端あるいは出
力端となる光ファイバを受け入れる凹溝と、前記光学装
置に結合される光機能素子のためのアライメントマーク
を同一マスクを利用して形成することにより、高精度で
のパッシブアライメントが可能となることから、比較的
容易にしかも安価な光結合モジュールを提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光結合モジュールの具体例１を概
略的に示す縦断面図である。
【図２】図１に示した光結合モジュールの半導体基板お
よび光機能素子を示す平面図である。
【図３】半導体基板の一部を破断して部分的に示す斜視
図である。
【図４】本発明に係る光結合モジュールの具体例２を概
略的に示す縦断面図である。
【図５】図２に示した光結合モジュールの半導体基板お
よび光機能素子を示す平面図である。
【図６】本発明に係る光結合モジュールの製造方法を示
す斜視図である。
【図７】本発明に係る光結合モジュールの他の製造方法
を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る光結合モジュールの具体例３を概
略的に示す縦断面図である。
【図９】図８に示された線IX-IX に沿って得られた断面
図である。
【図１０】図８に示した光結合モジュールの半導体基板
および光機能素子を示す平面図である。
【図１１】本発明に係る光結合モジュールの具体例４を
概略的に示す縦断面図である。
【図１２】図１１に示した光結合モジュールの半導体基
板および光機能素子を示す平面図である。
【図１３】本発明に係る光結合モジュールの具体例５を
概略的に示す縦断面図である。
【図１４】図１３に示した光結合モジュールの半導体基
板および光機能素子を示す平面図である。
【図１５】本発明に係る光結合モジュールの具体例６を
概略的に示す縦断面図である。
【図１６】図１５に示された線XVI-XVI に沿って得られ
た断面図である。
【図１７】図１５に示した光結合モジュールの半導体基
板および光機能素子を示す平面図である。
【図１８】本発明に係る光結合モジュールの具体例７を
概略的に示す縦断面図である。
【図１９】図１８に示した光結合モジュールの複合基板
および光機能素子を示す平面図である。
【図２０】本発明に係る光結合モジュールの具体例８を
概略的に示す平面図である。
【図２１】図２０に示した光結合モジュールを概略的に
示す縦断面図である。
【図２２】本発明に係る光結合モジュールの具体例９を
概略的に示す平面図である。
【図２３】図２２に示した光結合モジュールを概略的に
示す断面図である。
【図２４】本発明に係る光結合モジュールの具体例１０
を概略的に示す平面図である。
【図２５】図２４に示した光結合モジュールを概略的に
示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 光結合モジュール １１、１３ 光機能素子 １４ 半導体基板 １５ 光学装置 １６、２３ 入力端 １７、２２ 出力端 １８〜２１ （ガラス基板）光学基板

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鏡面処理を受けた表面を有し該表面上に
    光機能素子がその光機能面を前記表面とほぼ平行にかつ
    該光機能面と反対側の裏面を前記表面に向けて搭載され
    る半導体基板と、該半導体基板の前記表面上に前記光機
    能素子に光学的に結合されるべく支持される光学装置と
    を含む光結合モジュール。
  2. 【請求項２】 前記半導体基板の前記表面および該表面
    に対向する前記光学装置の端面には、前記光学的結合の
    最適位置を表示するための一組のアライメントマークが
    付されていることを特徴とする請求項１記載の光結合モ
    ジュール。
  3. 【請求項３】 前記表面には、前記光機能素子を収容す
    る凹所が形成され、該凹所に収容される前記光機能素子
    は前記光機能面を受光面とする受光素子である請求項１
    記載の光結合モジュール。
  4. 【請求項４】 前記凹所は前記半導体基板の前記表面へ
    のエッチング処理により形成されることを特徴とする請
    求項１記載の光結合モジュール。
  5. 【請求項５】 前記凹所には、複数の受光素子が整列し
    て配置されており、各受光素子が前記光学装置にそれぞ
    れ光学的に結合されている請求項３記載の光結合モジュ
    ール。
  6. 【請求項６】 さらに、前記光学装置に光学的に結合さ
    れかつ前記凹所に配置される発光素子であって少なくと
    も一端に発光面を有する端面発光型発光素子を含む請求
    項３記載の光結合モジュール。
  7. 【請求項７】 前記凹所の底面には、前記受光素子およ
    び前記発光素子の位置決めのためのアライメントマーク
    が付されていることを特徴とする請求項６記載の光結合
    モジュール。
  8. 【請求項８】 前記アライメントマークは、前記光機能
    素子のための、フォトリソグラフィを利用して前記半導
    体基板上に形成される電極である請求項７記載の光結合
    モジュール。
  9. 【請求項９】 前記発光素子は前記発光面を前記凹所の
    一対の側壁面のうちの一方の側壁面に向けて配置され、
    前記一方の側壁面の少なくとも一部は前記発光面からの
    光を前記光学装置へ向けて案内する反射面を規定する請
    求項６記載の光結合モジュール。
  10. 【請求項１０】 さらに、前記発光素子からの発光を監
    視するための前記半導体基板に配置されたモニタ用受光
    素子を含み、前記発光素子はその他端に補助発光面を備
    え、前記凹所の他方の側壁面の少なくとも一部は前記発
    光素子の前記補助発光面から発せられる光を前記モニタ
    用受光素子へ向けて案内する反射面を規定する請求項９
    記載の光結合モジュール。
  11. 【請求項１１】 前記光学装置は、その一方の端面に、
    互いに異なる波長の光が信号媒体として重ね合わされた
    多重光を受ける第１の入力端と、該入力端に受けた多重
    光から分離された第１の波長成分の光を出力する第１の
    出力端とを備え、またその他方の端面に、前記多重光か
    ら分離される第２の波長成分の光に関し前記第１の入力
    端へ向けての双方向通信を可能とするための第２の入力
    端および第２の出力端を備え、前記光学装置は、前記第
    ２の入力端および前記第２の出力端を前記発光素子およ
    び前記受光素子の前記発光面および前記受光面のそれぞ
    れに対応させるべく、前記一方の端面を前記半導体基板
    の前記表面に対向させて該半導体基板に支持されている
    請求項９記載の光結合モジュール。
  12. 【請求項１２】 前記光学装置の前記一方の端面および
    前記半導体基板の前記表面には、前記第２の入力端およ
    び前記第２の出力端が前記発光素子および前記受光素子
    の前記発光面および前記受光面のそれぞれに対応する整
    合位置を表示するための一組のアライメントマークが付
    されていることを特徴とする請求項１１記載の光結合モ
    ジュール。
  13. 【請求項１３】 前記光学装置は、光学素子として計算
    機ホログラムが組み込まれた複数の光学基板を積層して
    形成された積層体を備える請求項１１記載の光結合モジ
    ュール。
  14. 【請求項１４】 前記凹所を第１の凹所とし、該第１の
    凹所の底面には、該第１の凹所の開放面積より小さい開
    放面積を有する第２の凹所が形成されており、該第２の
    凹所内には前記受光素子が配置されている請求項６記載
    の光結合モジュール。
  15. 【請求項１５】 前記第２の凹所を除く前記第１の凹所
    の底面には、前記発光素子が配置され、該発光素子およ
    び前記第２の凹所内の前記受光素子は前記発光素子の光
    軸に沿って該発光素子と相互に整列して配置されている
    請求項１４記載の光結合モジュール。
  16. 【請求項１６】 前記半導体基板は該半導体基板により
    前記表面が規定される積層構造を有する複合基板の一部
    を構成し、前記半導体基板には、前記第１の凹所が形成
    され、さらに前記第１の凹所の底面には、前記第２の凹
    所のための開口が形成されている請求項１４記載の光結
    合モジュール。
  17. 【請求項１７】 前記半導体基板は該半導体基板により
    前記表面が規定される積層構造を有する複合基板の一部
    を構成する請求項１記載の光結合モジュール。
  18. 【請求項１８】 前記複合基板は前記半導体基板と該半
    導体基板の裏面に接合されたガラス板とからなる請求項
    １７記載の光結合モジュール。
  19. 【請求項１９】 前記複合基板は前記半導体基板と該半
    導体基板の裏面に接合されたセラミック板とからなる請
    求項１７記載の光結合モジュール。
  20. 【請求項２０】 鏡面処理を受けた表面を有し該表面上
    に光機能素子がその光機能面を前記表面とほぼ平行にか
    つ該光機能面と反対側の裏面を前記表面に向けて搭載さ
    れる半導体基板と、該半導体基板の前記表面上に前記光
    機能素子に光学的に結合されるべく支持される光学装置
    とを含む光結合モジュールの製造方法であって、前記半
    導体基板の集合体となる半導体ウエハ上に多数の前記光
    機能素子を集積化して搭載すること、複数の前記光学装
    置を光学素子が組み込まれた複数の光学基板の積層体と
    して集積化して形成すること、前記半導体ウエハ上の光
    機能素子と該光学素子に対応する前記積層体の光学素子
    とが光学的にそれぞれ結合するように前記半導体ウエハ
    と前記光学基板の積層体とを接合することにより、光結
    合モジュールを集積化して形成すること、集積化して形
    成された複数の光結合モジュールを個々に分離すること
    を特徴とする光結合モジュールの製造方法。
  21. 【請求項２１】 少なくとも１つの計算機ホログラムが
    組み込まれた複数の光学基板を積層して形成された積層
    体であってその積層方向に位置する一方の端面に少なく
    とも１本の光ファイバが結合され、他方の端面に前記光
    ファイバから前記計算機ホログラムを経る光の出力端ま
    たは入力端が設けられた積層体を備える光学装置と、該
    光学装置の前記積層体を受け入れる凹所であってその深
    さ方向と直角な方向に前記積層方向を沿わせて前記積層
    体を横方向に受け入れる凹所が形成され、該凹所が開放
    する上面の一側に前記光ファイバを位置決めるべく該光
    ファイバを受け入れる凹溝が形成されかつ前記凹所が開
    放する前記上面の他側にアライメントマークが形成され
    た半導体基板と、該半導体基板の前記上面上の前記アラ
    イメントマークにより規定される所定位置に配置され前
    記積層体の前記出力端または入力端に光学的に結合され
    る光機能素子とを含み、前記半導体基板の前記上面の前
    記凹溝および前記アライメントマークは、単一のマスク
    を用いたホトリソグラフィおよびエッチング処理により
    形成されていることを特徴とする光結合モジュール。
  22. 【請求項２２】 前記アライメントマークは、前記光学
    素子のための電極である請求項２１記載の光結合モジュ
    ール。
  23. 【請求項２３】 前記凹所の深さ寸法は、前記光ファイ
    バが前記凹溝に収容されるように前記積層体が前記凹所
    に収容されたとき、前記凹所の底面と該底面に対向する
    前記積層体の側面との間に間隔をおくに十分な深さ寸法
    を有する請求項２１記載の光結合モジュール。
  24. 【請求項２４】 前記積層体は全体に直方体形状を呈
    し、該積層体が前記凹所に収容されたときに前記凹所の
    底面に対向する前記積層体の側面と前記光ファイバとの
    間隔は、前記凹溝の底部から前記凹所の底面までの距離
    よりも小さい請求項２１記載の光結合モジュール。
  25. 【請求項２５】 前記光ファイバは、該光ファイバの端
    部を受け入れる受け入れ孔が形成され前記積層体の一端
    に固着された接続板を介して前記積層体に接続されてお
    り、前記接続板は前記積層体と一体的に前記凹所に収容
    されている請求項２１記載の光結合モジュール。
  26. 【請求項２６】 前記光学素子は半導体レーザであり、
    前記積層体の他端には、該積層体と一体的に前記凹所に
    収容され、前記半導体レーザからの光が該半導体レーザ
    に帰還することを防止するための光非相反素子が設けら
    れている請求項２１記載の光結合モジュール。
  27. 【請求項２７】 前記光ファイバには、該光ファイバを
    収容するフェルールが装着されており、前記凹溝は前記
    フェルールを介して前記光ファイバを受け入れる請求項
    ２１記載の光結合モジュール。
  28. 【請求項２８】 前記ファイバおよび該ファイバを収容
    する前記フェルールは前記積層体の前記半導体基板の端
    面を越えて突出する請求項２７記載の光結合モジュー
    ル。
  29. 【請求項２９】 前記ファイバおよび該ファイバを収容
    する前記フェルールの前記半導体基板の前記端面を越え
    て突出する端部は、該端部を一端で受け入れるスリーブ
    部材であってその他端で前記端部に接続される光ファイ
    バおよび該光ファイバの先端部を覆うフェルールを受け
    入れるスリーブ部材と共に、着脱可能のレセプタクル構
    造を構成する請求項２８記載の光結合モジュール。
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