JPH11326711A - 光モジュール及び受光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射戻りの低減及び受光感度の向上が図られ
た光モジュール及び受光素子を提供する。 【解決手段】 光モジュール１５０においては，ＷＧ−
ＰＤ１００がモジュール基板１４０に表面実装されてい
る。かかる実装においては，ＷＧ−ＰＤ１００の第１入
射面１２０ｂ１と第２入射面１２０ｂ２とが，導波路端
面１４２ｂに対して略４５゜傾いた状態で配されてい
る。光モジュール１００においては，第１入射面１２０
ｂ１と第２入射面１２０ｂ２とが受光部１２０の受光面
１２０ｂを形成する。したがって，導波路端面１４２ｂ
から射出された光は，受光面１２０（第１入射面１２０
ｂ１又は第２入射面１２０ｂ２）に対して，略４５゜の
入射角で入射される。結果として，受光部１２０への入
射光は，一部が入射方向と略垂直に反射され，他の一部
が受光部１２０内部を斜めに伝搬する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，光モジュール及び
それに適用可能な受光素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年，光通信システムの加入者系の普及
に向けて，小型で廉価な表面実装型の光モジュール及び
それに適した光素子の開発が進められている。なお，か
かる状況において，表面実装型の光モジュールにおいて
は，コスト面の要請から，予め導波路構造を形成してあ
るモジュール基板上に無調心で光素子を実装する構成が
採用される。

【０００３】従来，表面実装型の光モジュールに適した
受光素子としては，例えば導波型のフォトダイオード
（Ｗａｖｅ Ｇａｉｄｅ−Ｐｈｏｔｏ ｄａｉｏｄｅ。
以下，「ＷＧ−ＰＤ」という。）が提案されている。Ｗ
Ｇ−ＰＤは，ＰＤ基板上に積層構造の受光部が形成され
ており，かかる受光部に対して積層方向と略垂直な方向
から光を入射する構成となっている。光モジュールにお
いて，かかるＷＧ−ＰＤは，モジュール基板表面に受光
部表面が来るようにモジュール基板上に逆さまに実装さ
れる。

【０００４】ここで，「９７電子情報通信学会総合大会
Ｃ−４−４０」に開示されたＷＧ−ＰＤを例に挙げて，
従来のＷＧ−ＰＤ及びそれを適用した従来の表面実装型
の光モジュールについて説明する。なお，以下の説明に
おいては，上記文献にかかるＷＧ−ＰＤ４００の概略構
成についての斜視図が示されている図１９，及びＷＧ−
ＰＤ４００を適用した光モジュール４５０の概略構成に
ついての断面図が示されている図２０を参照する。

【０００５】図１９に示すように，ＷＧ−ＰＤ４００
は，ｎ^＋−ＩｎＰから組成されたＰＤ基板４１０を備え
ている。かかるＰＤ基板４１０は，相互に略垂直な表面
４１０ａと側面４１０ｂとを有する角柱形状をしてい
る。また，従来のＷＧ−ＰＤ４００において，かかるＰ
Ｄ基板４１０の表面４１０ａには，受光部４２０と支柱
４３０とが形成されている。

【０００６】かかる従来のＷＧ−ＰＤ４００の製造方法
について簡単に説明する。製造時には，まず，ＰＤ基板
４００の表面４１０ａにｎ⁻−ｌｎＰを成長させて，第
１クラッド層４２２が形成される。さらに，第１クラッ
ド層４２２の表面にｎ−ｌｎＧａＡｓＰを成長させて，
光吸収層４２４が形成される。さらにまた，光吸収層４
２４の表面にｎ⁻−ｌｎＰを成長させて，第２クラッド
層４２６が形成される。

【０００７】次に，以上のように層構造が形成されたウ
ェハに，臭素（Ｂｒ）系のエッチング液を用いたウェッ
トエッチングを施す。かかるエッチングによって，側面
４１０ｂ側には，略正方形の表面を持つ角柱形状の受光
部４２０が形成される。さらに，かかるエッチングによ
って同時に，側面４１０ｂの対向面側には，角柱形状の
支柱４３０が形成される。

【０００８】従来のＷＧ−ＰＤ４００は以上のように製
造されるため，受光部４２０では，受光面４２０ｂに光
吸収層４２４の側面が表出する。結果として，受光部４
２０では，受光面４２０ｂに入射された光が，光吸収層
４２４に入射され，光吸収層４２４内を伝搬しながら吸
収される。

【０００９】かかる従来のＷＧ−ＰＤ４００は，図２０
に示すように光モジュール４５０に適用することができ
る。光モジュール４５０において，ＷＧ−ＰＤ４００
は，受光部４２０と支柱４３０とをモジュール基板４４
０の表面に固定して，実装される。かかる実装において
は，モジュール基板４４０に予め形成されている光導波
路４４２の導波路端面４４２ｂに，真っ向から対向する
ように受光面４２０ｂが配置される。

【００１０】かかる光導波路４４２は，そのコアが，実
装されたＷＧ−ＰＤ４００の光吸収層４２４と同じ高さ
になるように形成されている。結果として，光モジュー
ル４５０においては，導波路４４２を伝搬後に導波路端
面４４２ｂから射出された光Ｐ４をＷＧ−ＰＤ４００に
よって受光することが可能となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のＷＧ−ＰＤにお
いては，受光部４２０の電気容量を小さくして応答速度
を高めるために，受光部４２０の接合面積を小さくする
方法がとられる。ところが，接合面積を小さくすると，
受光部４２０において入射光の十分な長さの伝搬距離が
確保できず，受光感度が劣化する。結果として，高速動
作を実現しようとすると十分な感度を得ることが困難で
あり，現在の動作速度よりも高速動作が要求される光通
信システムにおいては，要求される仕様を満たすことが
困難となる。

【００１２】さらに，受光部４２０の接合面積を小さく
すると，受光面４２０ａの面積も狭小化するために，入
射光に対する角度のトレランスが低下する。したがっ
て，ＷＧ−ＰＤ４００と導波路４４２との位置合わせの
精度を高くしなければならず，生産コストが上がり，光
モジュール４５０のイニシャルコストが高くなってしま
う。結果として，低価格化が要求されている光通信用加
入者端末への適用には問題が残る。

【００１３】さらにまた，上記従来の光モジュール４５
０においては，受光面４２０ｂと導波路端面４４２ｂと
を相互に略平行に対向させているため，受光部４２０で
反射される光は，そのまま導波路４４２に戻る可能性が
高い。かかる反射光は，導波路４４２を介して，光モジ
ュール４５０が組み込まれる光通信機器，さらには光通
信システムへと紛れ込んで，システム内の光信号の雑音
となる。

【００１４】本発明は，従来の光モジュール及び受光素
子が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，高
速動作と高感度動作とを両立させると共に，反射光の逆
行を防止し光通信システムに生じる雑音光を低減する，
新規かつ改良された光モジュールを提供することを目的
とする。さらに，本発明の他の目的は，動作速度及び感
度の向上と光結合される外部素子への影響の低減とが実
現される，新規かつ改良された受光素子を提供すること
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】光モジュールに関する上
記課題を解決するために，請求項１に記載の発明は：少
なくとも光導波路と受光素子とを備え，光導波路の導波
路端面から射出される光が受光素子の受光面に入射する
ように光導波路と受光素子とが相互にアラインメントさ
れている，光モジュールであって；受光面と導波路端面
とは，相互に平行に対向する面領域を実質的に備えない
ように相互にアラインメントされる：構成を採用する。

【００１６】かかる構成を有する請求項１に記載の発明
において，導波路端面から射出された光は，受光部の受
光面で反射しても導波路端面方向へは戻って行かない。
したがって，請求項１に記載の発明を光通信システムに
用いる光モジュールに適用すれば，受光素子での反射に
起因して光通信システムに生じる雑音光を低減すること
ができる。

【００１７】また，請求項１に記載の発明において，受
光素子では，光軸から大きく離れていない入射光の成分
であっても，受光面で大きな角度で屈折させることが可
能である。したがって，小さい受光部においても，入射
光に対して受光部内での十分な伝搬距離を容易に確保す
ることができる。

【００１８】つまり，受光部を小さくしたとしても，受
光光量の減少による受光感度の劣化を防止することがで
きる。結果として，請求項１に記載の発明によれば，高
速動作をする受光素子を高感度で駆動することが可能と
なり，光モジュールの大容量高速光通信システムへの応
用を実現することができる。

【００１９】かかる請求項１に記載の発明において，受
光面は，請求項２に記載の発明のように：有角をもって
交差する複数の面から構成される：構成とすることがで
きる。かかる請求項２に記載の発明に採用されている構
成は，従来の導波型受光素子の実装方法を工夫するのみ
で簡単に実現することができる。

【００２０】すなわち，例えば上記従来の光モジュール
において導波路端面と正対していた受光部を導波路端面
に斜向きに配置する構成とすることによって，角を挟む
受光部の二側面を受光面とする構成によって，請求項２
に記載の発明の構成は実現できる。したがって，請求項
２に記載の発明によれば，製造工程を増やさずに請求項
１に記載の発明と同様の効果が得られる。

【００２１】さらに，この様に従来の光モジュールにお
いて受光素子の実装形態を工夫して請求項２に記載の発
明を実現した場合，受光部の受光面は，従来から受光面
として用いられていた受光部の側面と当該側面と隣接す
る側面とから，構成される。したがって，入射光に対す
る受光面の面積が拡大し，更なる受光感度の向上が可能
となる。

【００２２】請求項２に記載の発明においては，請求項
３に記載の発明のように：複数の面の交差部は，導波路
端面から射出される光の光軸上に配されている：構成と
することが好適である。かかる構成を有する請求項３に
記載の発明においては，交差部で交差する複数の面に対
して，それぞれ有効に光を入射することができる。

【００２３】また，請求項１に記載の発明において，受
光面は，請求項４に記載の発明のように：曲面である：
構成とすることができる。かかる構成を有する請求項４
に記載の発明においては，受光面は，入射光に対して一
種のレンズとして機能させることができる。

【００２４】また，請求項１又は４に記載の発明におい
ては，請求項５に記載の発明のように：受光部の形状
が，側面に受光面を有する略円柱である：構成を採用す
ることができる。かかる請求項５に記載の発明の構成
は，例えば公知のエッチング技術によって比較的簡単に
実現することができる。

【００２５】さらに，従来の導波型光素子に関する上記
課題を解決するために，請求項６に記載の発明は：アラ
インメント面を有する基板と，基板の表面に形成されて
おり，アラインメント面に対して平行な面領域を実質的
に持たない受光面を有している受光部とを，備えてい
る：構成を採用する。

【００２６】かかる構成を有する請求項６に記載の発明
においては，受光素子に光を入射する外部素子に対して
アラインメント面を正対させることによって，受光素子
と外部素子との光結合状態を形成することができる。請
求項６に記載の発明においては，かかる場合に，相互に
非平行な受光面と外部素子の光出射端面とは，相互に非
平行に配されるため，受光面で反射した光が外部素子の
光出射端面方向へ戻らない。

【００２７】結果として，請求項６に記載の発明によれ
ば，光入射用の外部素子への反射の影響が低減された受
光素子が提供できる。このことは，請求項６に記載の発
明にかかる受光素子を光通信用の光モジュールに用いた
場合に，光通信システムの光伝送信号にもたらされるノ
イズの低減に繋がる。

【００２８】さらに，請求項６に記載の発明において
は，受光部に入射される光は，受光面において，受光部
の内部方向に食い込んで行く方向に屈折する。したがっ
て，受光部において入射光が進行する距離を確保し易
い。結果として，請求項６に記載の発明によれば，受光
部の接合面積が狭小化しても比較的受光感度を大きく取
れるため，高速で高感度の動作を行う受光素子を提供す
ることが可能となる。

【００２９】請求項６に記載の発明において，受光面
は，請求項７に記載の発明のように：有角をもって交差
する複数の面から構成される：構成としたり，請求項７
に記載の発明のように：曲面である：構成とすることが
できる。また，請求項６又は８に記載の発明において，
受光部の形状は：側面に受光面を有する略円柱である：
構成とすることができる。

【００３０】以上説明した本発明においては，請求項１
０に記載の発明のように：少なくとも光導波路と受光素
子とを備え，光導波路の導波路端面から射出される光が
受光素子の受光面に入射するように光導波路と受光素子
とが相互にアラインメントされている，光モジュールで
あって；受光面の任意の点における法線は，導波路端面
を通らない：構成が，最上位の概念として考えられる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に，添付図面を参照しなが
ら，本発明をＷＧ−ＰＤ及び光モジュールに適用した場
合の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，
以下の説明及び添付図面において，略同一の機能及び構
成を有する構成要素については，同一符号を付すること
により，重複説明を省略する。

【００３２】（第１の実施の形態）最初に，第１の実施
の形態について，図１〜図６を参照しながら説明する。
なお，本実施の形態は，本発明を光モジュールに適用し
た場合の実施の形態である。また，本実施の形態につい
ての以下の説明及び添付図面においては，主として，モ
ジュール基板１４０にＷＧ−ＰＤ１００を表面実装して
構成される光モジュール１５０を例に挙げる。

【００３３】まず，図１〜図３を参照しながら，本実施
の形態にかかる光モジュール１５０の構成について説明
する。ここで，図１は，本実施の形態にかかる光モジュ
ール１５０の概略構成を示す透視平面図である。また，
図２は，光モジュール１５０の切断面Ａにおける断面図
であり，図３は，光モジュール１５０の概略構成を示す
透視見取図である。

【００３４】図２に示すように，本実施の形態にかかる
光モジュール１５０には，図１９に示す上記従来のＷＧ
−ＰＤ４００と実質的に同一の構成を有するＷＧ−ＰＤ
１００が用いられている。かかるＷＧ−ＰＤ１００は，
表面１１０ａと側面１１０ｂ（図１）とを有するＰＤ基
板１１０を備えている。かかるＰＤ基板１１０の表面１
１０ａには，表面１１０ａからの高さが相互に略同一な
受光部１２０（側面１１０ｂ側）と支柱１３０（側面１
１０ｂの対向面側）とが形成されている。

【００３５】表面１１０ａ上に形成された受光部１２０
の形状は四角柱である。受光部１２０は，ＰＤ基板１１
０の表面１１０ａに第１クラッド層１２２と光吸収層１
２４と第２クラッド層１２６とが順次積層された構成を
有している。そして，かかる受光部１２０においては，
受光部１２０の側面から入射された光Ｐが，光吸収層１
２４で吸収される。

【００３６】なお，本実施の形態においては，ＷＧ−Ｐ
Ｄ１００のＰＤ基板１１０を，例えばｎ^＋−ＩｎＰから
形成することができる。また，第１クラッド層１２２と
第２クラッド層１２６とを，例えばｎ⁻−ｌｎＰによっ
て形成することができる。さらに，光吸収層１２４は，
例えばｎ−ｌｎＧａＡｓＰから形成することができる。
この様に，光吸収層１２４をＩｎＧａＡｓＰから形成し
た場合には，光吸収層１２４の屈折率は，約３．３とな
る。また，受光部１２０の整形は，例えば，Ｂｒ系のエ
ッチング液を用いたウェットエッチングによって行うこ
とができる。さらに，受光部は，例えば，５０μｍ×５
０μｍの略正方形の表面を持つ直方体として形成するこ
とができる。

【００３７】また，本実施の形態にかかる光モジュール
１５０には，凹領域１４０ｄと凸領域１４０ｃとに分割
されているモジュール基板１４０が用いられている。本
実施の形態において，かかるモジュール基板１４０に
は，例えばＳｉ（珪素）基板を用いることが好適であ
る。

【００３８】モジュール基板１４０において，凸領域１
４０ｃは，ＷＧ−ＰＤ１００を実装するための領域であ
る。かかる凸領域１４０ｃいおいては，モジュール基板
１４０の表面１４０ａが，テラス状に形成されている。
本実施の形態にかかる光モジュールにおいて，かかる凸
領域１４０ｃには，ＷＧ−ＰＤ１００が実装される。か
かる実装は，相互に略同一の高さで形成された受光部１
２０の最上面と支柱１３０の最上面とを基板表面１１０
ａに固定することによって行われる。したがって，実装
後には，ＰＤ基板１１０の表面１１０ａと凸領域１４０
ｃの表面１４０ａとが略平行に向き合う。

【００３９】一方，モジュール基板１４０において，凹
領域１４０ｄは，光導波路１４２を形成するための領域
であり，凸領域１４０ｃよりも表面１４０ａが凹んだ形
状になっている。凹領域１４０ｄにおいて，光導波路１
４２は，凹領域１４０ｄの表面１４０ａ全体に積層され
たクラッド１４２ｃとエッチング加工によってクラッド
１４２ｃに部分的に作り込まれたコア１４２ｄとから形
成された，埋め込み型構造を有している。モジュール基
板１４０において，かかる光導波路１４２のコア１４２
ｄは，凸領域１４０ｃにＷＧ−ＰＤ１００を表面実装し
た際の光吸収層１２４とコア１４２ｄとが略同一の平面
上に来る高さに作り込まれている。

【００４０】モジュール基板１４０において，かかる光
導波路１４２の端面１４２ｂは，クラッド１４２ｃの凸
領域１４０ｃ側の側面に表出している。したがって，か
かる埋め込み形状の光導波路１４２においてコア１４２
ｃを伝搬した光は，端面１４２ｂから凸領域１４０ｃに
向けて射出される。

【００４１】なお，本実施の形態において，モジュール
基板１４０の光導波路１４２は，例えば石英から形成す
ることが好適である。また，光導波路１４２を石英で形
成した場合には，コア１４２ｃの屈折率を，クラッド１
４２ｂの屈折率より，例えば０．３％程度大きくするこ
とができる。さらに，光導波路１４２は，例えば２０μ
ｍ程度のエッチング加工によって形成することができ
る。

【００４２】図１に示すように，以上構成要素について
説明した光モジュール１５０には，ＷＧ−ＰＤ１００の
モジュール基板１４０への実装形態に本実施の形態にか
かる特徴がある。すなわち，光モジュール１５０におい
て，ＷＧ−ＰＤ１００は，光導波路１４２の導波路端面
１４２ｂに対して斜向きに実装される。

【００４３】より詳細に説明すると，モジュール基板１
４０の凸領域１４０ｃにおいて，ＷＧ−ＰＤ１００は，
ＰＤ基板１１０の側面１１０ｂが導波路端面１４２ｂの
法線方向に対して略４５゜の角度を成すようにアライン
メントされている。なお，導波路端面１４２ｂの法線方
向は，図１において切断面Ａの一の面方向であり，導波
路端面１４２ｂから射出される光Ｐ１の光軸方向に相当
する。

【００４４】かかる実装形態においては，相隣接する受
光部１２０の側面である第１入射面１２０ｂ１と第２入
射面１２０ｂ２とから，ＷＧ−ＰＤ１００の受光部１２
０の受光面１２０ｂが構成される。ここで，第１入射面
１２０ｂ１は，ＰＤ基板１１０の側面１１０ｂ側に形成
される受光部１２０の側面であり，側面１１０ｂと略平
行な構成を有している。また，第１入射面１２０ｂ１と
第２入射面１２０ｂ２とは，角柱の隣接する側面であ
り，略９０゜の有角を成す。

【００４５】かかる第１入射面１２０ｂ１と第２入射面
１２０ｂ２とが，導波路端面１４２ｂの法線方向に対し
て，ともに略４５゜の角度を持つ対称な面となるように
配されると，図３に示す概略構成を有する本実施の形態
にかかる光モジュール１５０が形成される。

【００４６】次に，本実施の形態にかかる光モジュール
１５０の動作について，図４及び図５を参照しながら説
明する。なお，図４は，光モジュール１５０の動作説明
のための概念的な平面図であり，図５は，導波路１４２
から出射された光Ｐ１の受光部１２０での伝搬経路に関
する概念的な説明図である。

【００４７】図５に示すように，光導波路１４２を伝搬
した光Ｐ１は，導波路端面１４２ｂから受光部１２０に
向けて射出され，受光面１２０ｂから受光部１２０に入
射される。受光部１２０への入射時には，受光面１２０
ｂにおいて，光Ｐ１の一部は反射し（以下，光Ｐ１のか
かる成分を「反射光Ｐ１ｒ」という。），光Ｐ１の他の
一部は屈折して光吸収層１２４に入射する（以下，光Ｐ
１のかかる成分を「入射光Ｐ１ｉ」という。）。

【００４８】上述したように，光モジュール１５０にお
いて，受光面１２０を構成する第１入射面１２０ｂ１と
第２入射面１２０ｂ２とは，導波路端面１４２ｂに対し
て約４５゜傾いて配置されている。したがって，光Ｐ１
の第１入射面１２０ｂ１又は第２入射面１２０ｂ２に対
する入射角は，略４５゜である。結果として，反射光Ｐ
１ｒは，光Ｐ１の入射方向のほぼ９０゜方向に反射され
る。すなわち，本実施の形態にかかる光モジュール１５
０において，受光部１２０の受光面での反射光Ｐ１ｒ
は，導波路端面１４２ｂに戻らない。

【００４９】また，図６に示すように，入射光Ｐ１ｉ
は，受光部１２０の内側に食い込むように屈折する。こ
こで，入射光Ｐ１ｉの受光部１２０における伝搬及び吸
収について，光吸収層１２４がＩｎＧａＡｓＰ（屈折率
が約３．３である。）から組成されている場合を例示し
て，詳細に説明する。

【００５０】まず，第１入射面１２０ｂ１又は第２入射
面１２０ｂ２における入射光Ｐ１ｉの屈折角は，屈折の
法則から求められるように，約１２．４゜である。第１
入射面１２０ｂ１又は第２入射面１２０ｂ２で屈折した
後の入射光Ｐ１ｉは，光吸収層１２４内を直進しながら
次第に吸収される。この時，光吸収層１２４が十分な吸
収率を持っていなければ，入射光のＰ１ｉの一部は，光
吸収層１２４で吸収されずに受光部１２０を完全に透過
してしまう。したがって，受光部１２０では，光吸収層
１２４における入射光Ｐ１ｉの確保できる伝搬距離が長
い程，吸収される入射光Ｐ１ｉの光量は大きくなり，結
果的に大きな受光感度を得ることができる。

【００５１】本実施の形態にかかる光モジュール１５０
について受光部１２０での入射光Ｐ１ｉの伝搬距離につ
いて，例として，導波路端面１４２ｂから射出される光
Ｐ１が±２０μｍの広がりを持った光線である場合の数
値データを挙げる。光モジュール１５０において，光Ｐ
１の最端成分から形成される入射光Ｐ１ｉは，約５１μ
ｍの距離を受光部１２０内で進行する。また，受光部１
２０において，光線が５１μｍ進行する光Ｐ１ｉの入射
領域は，約５５μｍ範囲で拡がっている。

【００５２】以上説明したように，本実施の形態にかか
る光モジュール１５０においては，従来は正対していた
ＷＧ−ＰＤ１００を導波路端面１４２ｂに対して約４５
゜斜めに配置するだけで，受光部１２０内を光線が進行
する距離を長くすることことができる。上記説明におい
て例示した数値においては，５０μｍから５１μｍへと
２％向上している。

【００５３】光モジュール１５０においては，同時に，
導波路端面１４２ｂに対するＷＧ−ＰＤ１００の位置決
め精度の許容（トレランス）範囲を広げることができ
る。上記説明においては，５０μｍから５５μｍへと１
０％向上している。また，本実施の形態にかかる光モジ
ュール１５０においては，受光部１２０の受光面１２０
ｂで生じる反射光Ｐ１ｒは，導波路端面１４２ｂ方向へ
は進まない。したがって，光導波路１４２に反射光が戻
るのを防ぐことができる。

【００５４】図７には，上記光モジュール１５０の変形
例を示す。図７に示す光モジュール１５０の変形例は，
ＷＧ−ＰＤ１００が光導波路１４２から出射される光Ｐ
１の光軸方向に対して斜め約３０゜に配置されている光
モジュール１５０’である。光モジュール１５０’にお
いては，光導波路１４２から出射した光Ｐ１は第１入射
面１２０ｂ１と第２入射面１２０ｂ２とで異なる入射角
で受光部１２０へ入射する。

【００５５】上述した光モジュール１５０と同一の条件
において，光モジュール１５０’における光Ｐ１及び入
射光Ｐ１ｉに関する数値データを挙げると，まず，第１
入射面１２０ｂ１における入射光Ｐ１ｉの屈折角は，約
８．７０である。また，第２入射面１２０ｂ２における
入射光Ｐ１ｉの屈折角は，約１５．２０とである。さら
に，第１入射面１２０ｂ１からの入射光Ｐ１ｉの光吸収
層１２４における進行距離は，約５０．６μｍである。
また，第２入射面１２０ｂ２からの入射光Ｐ１ｉの光吸
収層１２４における進行距離は，５１．８μｍである。
さらにまた，光モジュール１５０’では，光線が受光部
１２０において５０μｍ以上進行する入射領域は，５
５．２μｍである。

【００５６】以上光モジュール１５０の変形例として説
明した本実施の形態にかかる光モジュール１５０’にお
いては，ＷＧ−ＰＤ１００を光導波路に対して３０゜斜
めに配置するだけで，受光部１２０内を光線が進行する
距離が，従来の光モジュールと比較して，５０μｍから
５０．６μｍ〜５１．８μｍへと長くなる。また，導波
路端面１４２ｂに対するＷＧ−ＰＤ１００の位置決め精
度の許容範囲は，５０μｍから５５．２μｍへと拡がっ
た。結果として，光モジュール１５０’においても，光
モジュール１５０とほぼ同様の効果が得られ，角度のト
レランスについていえば，少なくとも±１５゜と非常に
大きな値が得られる。

【００５７】（第２の実施の形態）次に，第２の実施の
形態について，図７〜図１２を参照しながら説明する。
なお，本実施の形態は，本発明を受光素子に適用した場
合の実施の形態である。また，本実施の形態についての
以下の説明及び添付図面においては，図７に概略構成を
示すＷＧ−ＰＤ２００を例に挙げる。

【００５８】まず，本実施の形態にかかるＷＧ−ＰＤ２
００の構成について，図７を参照しながら説明する。図
７に示すように，ＷＧ−ＰＤ２００は，ＰＤ基板２４０
の表面２４０ａに受光部２２０及び支柱２３０を形成し
た構成を有している。

【００５９】ＰＤ基板２４０の表面２４０ａにおいて，
受光部２２０は，ＷＧ−ＰＤ２００への光Ｐの入射方向
を向いたＰＤ基板２４０の側面２４０ｂ側に形成されて
いる。かかる受光部２２０の構造は，表面２４０ａ上に
第１クラッド層２２２と光吸収層２２４と第２クラッド
層２２６とが順次積層された積層構造である。また，受
光部２２０の形状は，底面が略正方形の角柱である。か
かる受光部２２０は，ＷＧ−ＰＤ２００を図２に示すモ
ジュール基板１４０に表面実装した場合に光吸収層１２
４の高さがコア１４２ｄの高さと一致するような設計に
成っている。

【００６０】ＰＤ基板２４０の表面２４０ａにおいて，
かかる受光部２２０は側面２４０に対して斜め約４５゜
に傾いて形成されている。すなわち，受光部２２０は，
その側面がＰＤ基板２４０の側面に対して，略４５゜傾
くように形成されている。結果として，受光部２２０に
おいては，ＰＤ基板２４０の側面２４０ｂ側の相隣接す
る第１入射面２２０ｂ１と第２入射面２２０ｂ２とか
ら，受光面２２０ｂが形成される。

【００６１】なお，本実施の形態にかかるＷＧ−ＰＤ２
００において，ＰＤ基板２４０を例えばｎ^＋−ｌｎＰで
形成し，第１クラッド層２２２及び第２クラッド層２２
６を例えばｎ⁻−ＩｎＰで形成し，光吸収層２２４を例
えばｎ−ｌｎＧａＡｓＰから形成することが好適であ
る。また，受光部２２０の底面のサイズは，例えば５０
μｍ×５０μｍとすることができる。さらに，受光部２
２０の整形は，例えば臭素系エッチング液等を用いたエ
ッチングによって行うことができる。

【００６２】また，ＰＤ基板２１０の表面２１０ａにお
いて，支柱２３０は，受光部２２０と略同一の高さを持
つように形成されている。本実施の形態において，かか
る支柱２３０は，ＷＧ−ＰＤ２００の製造工程を単純化
するために，例えば積層及びエッチングによって受光部
２２０と同時に形成することが好適である。

【００６３】次に，かかるＷＧ−ＰＤ２００を適用した
本実施の形態にかかる光モジュール２５０の構成につい
て，図８〜図１０を参照しながら説明する。ここで，図
８は，光モジュール２５０の概略構成を示す透視平面図
である。また，図９は，光モジュール２５０の切断面Ｂ
における断面図であり，図１０は，光モジュール２５０
の概略構成を示す透視見取図である。

【００６４】図１０に示すように，本実施の形態にかか
る光モジュール２５０には，図１〜３に示す上記第１の
実施の形態にかかる光モジュール１５０と同様に，モジ
ュール基板１４０が適用されている。

【００６５】上述したように，モジュール基板１４０
は，例えばＳｉ基板に２０μｍ程度のエッチング加工を
施し加工した部分に光導波路１４２を形成することによ
って形成することができる。また，光導波路１４２のク
ラッド１４２ｃとコア１４２ｄとは，例えば屈折率が相
互に０．３％程度異なる石英から形成することができ
る。

【００６６】光モジュール２５０において，ＷＧ−ＰＤ
２００は，モジュール基板１４０の凸領域１４０ｃに実
装される。図９に示すように，かかるＷＧ−ＰＤ２００
の実装において，ＷＧ−ＰＤ２００は，受光部２２０と
支柱２３０とをモジュール基板１４０の凸領域１４０ｃ
の表面１４０ａに固定することで，モジュール基板１４
０に設置される。また，図８にしめすように，ＷＧ−Ｐ
Ｄ２００の位置決めは，ＰＤ基板２１０の側面２１０ｂ
をクラッド１４２ｃの凸領域１４０ｃ側の端面に対して
正対させることによって行うことができる。

【００６７】次に，以上のように構成された光モジュー
ル２５０の動作について，図１１及び図１２を参照しな
がら説明する。なお，図１１は，光モジュール２５０の
動作説明のための平面図であり，図１２は，受光部２２
０の動作についての説明図である。

【００６８】図１１に示すように，光導波路１４２を伝
搬した光Ｐ２は，導波路端面１４２ｂから受光部２２０
に向けて射出され，受光面２２０ｂから受光部２２０に
入射される。受光部２２０への入射時には，受光面２２
０ｂにおいて，反射光Ｐ２ｒと入射光Ｐ２ｉとが生じ
る。

【００６９】本実施の形態にかかる光モジュール２５０
において，受光面２２０を構成する第１入射面２２０ｂ
１と第２入射面２２０ｂ２とは，導波路端面１４２ｂに
対して約４５゜傾いて配置されている。したがって，光
Ｐ２の第１入射面２２０ｂ１又は第２入射面２２０ｂ２
に対する入射角は，略４５゜である。結果として，反射
光Ｐ２ｒは，光Ｐ２の入射方向のほぼ９０゜方向に反射
される。すなわち，本実施の形態にかかる光モジュール
２５０において，受光部２２０の受光面での反射光Ｐ２
ｒは，導波路端面１４２ｂに戻らない。

【００７０】図１２に示すように，入射光Ｐ２ｉは，受
光部２２０の内側に食い込むように屈折する。ここで，
入射光Ｐ２ｉの受光部２２０における伝搬及び吸収につ
いて，光吸収層１２４がＩｎＧａＡｓＰ（屈折率が約
３．３である。）から組成されている場合を例示して，
詳細に説明する。

【００７１】まず，第１入射面２２０ｂ１又は第２入射
面２２０ｂ２における入射光Ｐ２ｉの屈折角は，屈折の
法則から求められるように，約１２．４゜である。第１
入射面２２０ｂ１又は第２入射面２２０ｂ２で屈折した
後の入射光Ｐ２ｉは，光吸収層２２４内を直進しながら
次第に吸収される。この時，光吸収層２２４が十分な吸
収率を持っていなければ，入射光のＰ２ｉの一部は，光
吸収層２２４で吸収されずに受光部２２０を完全に透過
してしまう。したがって，受光部２２０では，光吸収層
２２４における入射光Ｐ２ｉの確保できる伝搬距離が長
い程，吸収される入射光Ｐ２ｉの光量は大きくなり，結
果的に大きな受光感度を得ることができる。

【００７２】ここで，本実施の形態にかかる光モジュー
ル２５０について受光部２２０での入射光Ｐ２ｉの伝搬
距離について，例として，導波路端面１４２ｂから射出
される光Ｐ２が±２０μｍの広がりを持った光線である
場合の数値データを挙げる。光モジュール２５０におい
て，光Ｐ２の最端成分から形成される入射光Ｐ２ｉは，
約５１μｍの距離を受光部２２０内で進行する。また，
受光部２２０において，光線が５１μｍ進行する光Ｐ２
ｉの入射領域は，約５５μｍ範囲で拡がっている。

【００７３】以上説明したように，本実施の形態にかか
るＷＧ−ＰＤ２００を適用した本実施の形態にかかる光
モジュール２５０においては，導波路端面１４２ｂに対
して受光部２２０が約４５゜斜めに配置されることによ
って，受光部２２０内を光線が進行する距離を長くする
ことことができる。上記説明において例示した数値にお
いては，５０μｍから５１μｍへと２％向上している。

【００７４】光モジュール２５０においては，同時に，
導波路端面１４２ｂに対するＷＧ−ＰＤ２００の位置決
め精度の許容（トレランス）範囲を広げることができ
る。上記説明においては，５０μｍから５５μｍへと１
０％向上している。また，本実施の形態にかかる光モジ
ュール２５０においては，受光部２２０の受光面２２０
ｂで生じる反射光Ｐ２ｒは，導波路端面１４２ｂ方向へ
は進まない。したがって，光導波路１４２に反射光が戻
るのを防ぐことができる。

【００７５】さらにまた，光モジュール２５０は，図６
に示す第１の実施の形態にかかる光モジュール２００よ
りも，光の入射方向におけるＷＧ−ＰＤ２００のチップ
端から受光部２２０までの距離を短くすることができ
る。すなわち，受光面２２０ｂを導波路端面１４２ｂに
対して近付けることができる。光導波路１４２の出射端
面である導波路端面１４２ｂから出射する光は，数度の
広がり角度を持つため，高率良く受光部２２０に光を入
射でき，結果的に感度が向上する。

【００７６】（第３の実施の形態）次に，本発明の第３
の実施の形態について，図１３〜図１８を参照しながら
説明する。なお，本実施の形態は，本発明を受光素子に
適用した場合の実施の形態である。また，本実施の形態
についての以下の説明及び添付図面においては，図１３
に概略構成を示すＷＧ−ＰＤ３００を例に挙げる。

【００７７】図１３に示すように，本実施の形態にかか
るＷＧ−ＰＤ３００は，図７に示す上記第２の実施の形
態にかかるＷＧ−ＰＤ２００において，角柱形状の受光
部２２０の代わりに，受光部２２０と形状のみが相違す
る円柱形状の受光部３２０を形成した構成を有してい
る。本実施の形態において，かかる受光部３２０は，例
えば底面の半径を約２５μｍとすることができる。

【００７８】なお，受光部３２０の各層（すなわち第１
クラッド層３２２と光吸収層３２４と第２クラッド層３
２６とである。）の厚さは，図７に示す受光部２２０と
略同一である。したがって，透視見取図である図１６に
示すようにＷＧ−ＰＤ３００をモジュール基板１４０に
表面実装した光モジュール３５０においては，断面図で
ある図１５に示すように光導波路１４２の高さと光吸収
層３２４の高さとは，略同一となる。

【００７９】ここで，透視平面図である図１４に示すよ
うに，ＷＧ−ＰＤ３００をモジュール基板１４０に表面
実装して光モジュール３５０を形成する際には，ＰＤ基
板２１０の側面２１０ｂを用いて，ＷＧ−ＰＤ３００の
位置合わせを行うことができる。

【００８０】次に，本実施の形態にかかるＷＧ−ＰＤ３
００を適用した本実施の形態にかかる光モジュール３５
０の動作について，図１７及び図１８を参照しながら説
明する。光モジュール３５０においては，導波路端面１
４２ｂからの射出された光Ｐ３は，受光部３２０の側面
に形成された受光面３２０ｂに入射される。本実施の形
態において，受光部３２０は，受光面３２０ｂをレンズ
面とする一種のレンズとして作用する。したがって，受
光面３２０ｂの中心から遠い部分に入射した光Ｐ３の成
分ほど大きな屈折角で受光部３２０に入射する。

【００８１】例えば受光面３２０ｂの中心から１０μｍ
離れた部分に入射した光Ｐ３の成分では，屈折角は３．
５゜であるが，２０μｍ離れた部分に入射した光Ｐ３の
成分では，屈折角は７゜である。入射光Ｐ３ｉはこの屈
折角に沿って受光部３２０を進行しながら受光部３２０
の光吸収層３２４吸収される。例えば光Ｐ３が２０μｍ
の広がりを持つ光線である場合，光Ｐ３の端の成分は屈
折角３．５゜で受光部３２０を進行しながら光吸収層３
２４において吸収される。

【００８２】また，光吸収層３２４の吸収係数が十分に
大きくはない場合，受光部３２０に入射する全ての入射
光Ｐ１ｉが吸収されのではなく，一部の入射光Ｐ１ｉは
吸収されずに受光部３２０を透過する。したがって，入
射光Ｐ１ｉが受光部３２０内を進行する距離が長いほど
吸収される光量は多くなり，ＷＧ−ＰＤ３００の受光感
度は高くなる。

【００８３】他の実施の形態にかかる光モジュール１５
０及び光モジュール２５０に関して数値データを例示し
た設計条件と略同一の設計条件において，本実施の形態
にかかる光モジュール３００に関する数値データを挙げ
ると，受光部３２０での入射光Ｐ１ｉの伝搬距離は，約
４９．９μｍである。

【００８４】以上説明したように，本実施の形態によれ
ばＷＧ−ＰＤ３００の受光部３２０を円柱形状にするだ
けで，受光部３２０内を光線が進行する距離を縮めるこ
となく，受光部３２０の接合面積を小さくすることがで
きる。したがって，ＷＧ−ＰＤ３００では，図１〜３に
示す光モジュール１５０及び図８〜１０に示す光モジュ
ール２５０と比較して，受光感度を維持したまま応答速
度を向上させることができる。

【００８５】具体的には，例えば受光部の接合面積が５
０×５０＝２５００μｍ^２の場合における光モジュール
１５０及び光りモジュール２５０の感度を得るのに，本
実施の形態にかかる光モジュール３５０においては，接
合面積をπ×２５×２５＝１９６３μｍ^２（半径２５μ
ｍの円柱形状）とすればよい。したがって，本実施の形
態にかかる光モジュール３００の方が，約２０％受光面
積が小さくすることができる。

【００８６】以上，本発明の好適な実施の形態につい
て，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかか
る構成に限定されない。特許請求の範囲に記載された技
術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更
例及び修正例に想到し得るものであり，それら変更例及
び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと
了解される。

【００８７】例えば，上記実施の形態においては，受光
部の形状が四角柱形状又は円柱形状の受光部を有する受
光素子及びそれを用いた光モジュールを例に挙げて説明
したが，本発明はかかる構成に限定されない。本発明
は，他の様々な形状，例えば楕円柱形状や扇形底辺を持
つ角柱形状，或いは角錐形状や円錐形状等の受光部を有
する受光素子及びそれを用いた光モジュールに対しても
適用することができる。

【００８８】また，上記実施の形態においては，略９０
゜の有角を受光面に有する受光素子及びそれを用いた光
モジュールを例に挙げて説明したが，本発明はかかる構
成に限定されない。本発明は，他の様々な角度の有角を
受光面に有する受光素子及びそれを用いた光モジュール
に対しても適用することができる。

【００８９】さらに，上記実施の形態においては，受光
部を略４５゜又は３０゜或いは６０゜傾けて形成した受
光素子及び光モジュールを例に挙げて説明したが，本発
明はかかる構成に限定されない。本発明は，他の様々な
角度で受光部を傾けて形成した受光素子及び光モジュー
ルに対しても適用することができる。

【００９０】さらにまた，上記実施の形態においては，
ＩｎＰ及びＩｎＧａＡｓＰを主材料とする受光素子及び
それを適用した光モジュールを例に挙げて説明を行った
が，本発明はかかる構成に限定されない。本発明は，他
の様々な材料から組成される受光素子及びそれを適用し
た光モジュールに対しても適用することができる。

【００９１】また，上記実施の形態においては，Ｓｉ及
び石英を主材料とするモジュール基板を用いた光モジュ
ールを例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限
定されない。本発明は，他の様々な光学材料，例えば他
の半導体材料やガラス或いはプラスチック等を主材料と
するモジュール基板を用いた光モジュールに対しても適
用することができる。

【００９２】さらに，上記実施の形態において例に挙げ
た各種数値は，あくまでも便宜的に例示した値に過ぎな
いことは，いうまでもない。すなわち，本発明は，上記
各種数値で規定される構成に限定されるものではないの
である。

【００９３】

【発明の効果】本発明によれば，受光部への導波路端面
に対して受光部の受光面が傾けて配置されることによっ
て，受光面から導波路端面への反射光の低減と，受光面
での屈折角の適正化による受光感度の向上とが実現され
る。したがって，外部伝送路に生じる雑音の低減と受光
部の小型化による受光動作の高速化とが実現される。結
果として，本発明によれば，小型で高性能の受光素子及
び光モジュールを提供することが可能となる。

【００９４】さらに，本発明によれば，受光部のトレラ
ンス特性が向上し，光モジュールにおける受光素子の実
装精度が緩和される。したがって，生産コストの削減に
よって光モジュールのイニシャルコストの低減を図るこ
とができる。結果として，本発明によれば，光通信シス
テムに適用される各種光学機器の低価格化も可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用可能な光モジュールの概略構成を
示す透視平面図である。

【図２】図１に示す光モジュールの概略構成を示す断面
図であ。

【図３】図１に示す光モジュールの概略構成を示す透視
見取り図である。

【図４】図１に示す光モジュールの動作説明のための平
面図である。

【図５】図１に示す光モジュールに適用されている受光
部の動作についての説明図である。

【図６】本発明を適用可能な他の光モジュールの概略構
成を示す平面図である。

【図７】本発明を適用可能な受光素子の概略構成を示す
見取図である。

【図８】本発明を適用可能な他の光モジュールの概略構
成を示す透視平面図である。

【図９】図８に示す光モジュールの概略構成を示す断面
図である。

【図１０】図８に示す光モジュールの概略構成を示す透
視見取り図である。

【図１１】図８に示す光モジュールの動作説明のための
平面図である。

【図１２】図８に示す光モジュールに適用されている受
光部の動作についての説明図である。

【図１３】本発明を適用可能な受光素子の概略構成を示
す見取図である。

【図１４】本発明を適用可能な他の光モジュールの概略
構成を示す透視平面図である。

【図１５】図１４に示す光モジュールの概略構成を示す
断面図である。

【図１６】図１４に示す光モジュールの概略構成を示す
透視見取り図である。

【図１７】図１４に示す光モジュールの動作説明のため
の平面図である。

【図１８】図１３に示す受光素子の受光部の動作に関す
る説明図である。

【図１９】従来の受光素子の概略構成を示す見取図であ
る。

【図２０】従来の光モジュールの概略構成を示す断面図
である。

【符号の説明】

１５０ 光モジュール １２０ 受光部 １２０ｂ 受光面 １４２ 光導波路 １４２ｂ 導波路端面 ２００，３００ ＷＧ−ＰＤ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも光導波路と受光素子とを備
   え，前記光導波路の導波路端面から射出される光が前記
   受光素子の受光面に入射するように前記光導波路と前記
   受光素子とが相互にアラインメントされている，光モジ
   ュールであって；前記受光面と前記導波路端面とは，相
   互に平行に対向する面領域を実質的に備えないように相
   互にアラインメントされることを特徴とする，光モジュ
   ール。
2. 【請求項２】 前記受光面は，有角をもって交差する複
   数の面から構成されていることを特徴とする，請求項１
   に記載の光モジュール。
3. 【請求項３】 前記複数の面の交差部は，前記導波路端
   面から射出される光の光軸上に配されていることを特徴
   とする，請求項２に記載の光モジュール。
4. 【請求項４】 前記受光面は，曲面であることを特徴と
   する，請求項１に記載の光モジュール。
5. 【請求項５】 前記受光部の形状は，側面に前記受光面
   を有する略円柱であることを特徴とする，請求項１又は
   ４に記載の光モジュール。
6. 【請求項６】 アラインメント面を有する基板と，前記
   基板の表面に形成されており，前記アラインメント面に
   対して平行な面領域を実質的に持たない受光面を有して
   いる受光部とを，備えていることを特徴とする，受光素
   子。
7. 【請求項７】 前記受光面は，有角をもって交差する複
   数の面から構成されることを特徴とする，請求項６に記
   載の受光素子。
8. 【請求項８】 前記受光面は，曲面であることを特徴と
   する，請求項６に記載の受光素子。
9. 【請求項９】 前記受光部の形状は，側面に前記受光面
   を有する略円柱であることを特徴とする，請求項６又は
   ８に記載の受光素子。
10. 【請求項１０】 少なくとも光導波路と受光素子とを備
    え，前記光導波路の導波路端面から射出される光が前記
    受光素子の受光面に入射するように前記光導波路と前記
    受光素子とが相互にアラインメントされている，光モジ
    ュールであって；前記受光面の任意の点における法線
    は，前記導波路端面を通らないことを特徴とする，光モ
    ジュール。