JPWO2003083542A1 - 光デバイス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

光デバイス（１００）は、Ｖ溝（１０２）が形成された第１の基板（１０４）と、該第１の基板（１０４）のＶ溝（１０２）に固定され、かつ、反射機能が設けられた例えば４本の光ファイバ（１０６）と、各光ファイバ（１０６）のクラッド外のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層（１０８）を介して固着された光素子（１１０）と、該光素子（１１０）を実装するための第２の基板（１１２）とを有し、該第２の基板（１１２）は、光素子（１１０）の実装面（１１２ａ）が第１の基板（１０４）に対向して設置されて構成されている。

Description

技術分野
本発明は、１本の光ファイバあるいは複数本の光ファイバ（光ファイバアレイ）、又は１つの光導波路あるいは複数の光導波路等を有する光デバイス及びその製造方法に関し、特に、これら光伝達手段を伝搬する信号光を途中でモニタする場合に好適な光デバイス及びその製造方法に関する。
背景技術
近時、ファイバアンプを用いた波長多重通信の発達に伴い、アンプ特性確保のため、各波長の光量をフォトダイオード（ＰＤ）でモニタし、光量を調整した上でアンプにて増幅させるという方式が採られるようになってきている。
このモニタには各種方法が知られているが、各光ファイバにモニタデバイスを搭載するため、モニタデバイスだけでかなりの大きさを必要としている。
そのため、モニタデバイスの小型化、高密度化が望まれている。また、モニタする際に、信号光の一部を取り出して行うようにしているが、信号光を大きく減衰させることなくモニタリングできるものが望まれている。
従来では、例えば特開２００１−２６４５９４号公報（図２４、図２５）に示すような技術が提案されている。この技術は、ガラス基板のＶ溝内に光ファイバを配置し、その後、ガラス基板に対して光ファイバを（その光軸に対して）斜めに横切るように平行溝を形成する。そして、前記平行溝内に光反射基体（光学部材）を挿入し、その隙間に紫外線硬化樹脂（接着剤）を充填するようにしている。
これにより、光ファイバを伝搬する信号光のうち、光反射基体で反射した光成分（反射光）がクラッド外に取り出されることになる。従って、この反射光を例えば受光素子にて検知することで、信号光のモニタが可能となる。
ところで、光ファイバ上にフォトダイオード（ＰＤ）を配置する場合、そのほとんどは単心であり、金属製のパッケージタイプのＰＤを配置する場合が多かった（例えば特開平１０−３００９３６号公報（図６）、特開平１１−１３３２５５号公報（図１、図４）、国際公開第９７／０６４５８号パンフレット（図１４）参照）。これは単心なので空間的制約が少ないことと、金属製のパッケージタイプのＰＤは市場に多く出回っており、価格・信頼性等での実績が大きいことによる。
一方、多心の場合は、金属製のパッケージタイプのＰＤを用いることは難しい。特に、光ファイバの配列ピッチが２５０μｍ等のように高密度な実装を要求される場合は、複数のベア（裸）のフォトダイオードが配列されたフォトダイオードアレイ（ＰＤアレイ）を設置する必要がある。
そして、ＰＤアレイからの電気信号を外部に導出するためには、一般に、複数のピンが設けられたパッケージを通じて行うようにしている。
主な従来例としては、光ファイバアレイが固定されたＶ溝基板の上面、あるいはＶ溝基板に光学的に結合される光導波路の上面に電極を設け、該電極を介してパッケージ等との配線接続をとる方式がある（例えば特開平７−１０４１４６号公報（図２）、特開平２−１５２０３号公報（図６（ａ））、国際公開第９７／０６４５８号パンフレット（図１Ｂ）、特開平７−１５９６５８号公報（図１）参照）。
両者共通の問題としては、そもそもＶ溝基板の上面、あるいは光導波路の上面に電極が形成されていることから、ＰＤアレイとの配線接続（ワイヤボンディング等）やＰＤアレイの実装形態等に制約が発生する。
また、パッケージ等への配線接続、例えばパッケージのピンとワイヤボンディングを行うことを考えると、ワイヤはあまり長く形成することができないので、Ｖ溝基板の上面、あるいは光導波路の上面の配線をピンの近傍まで近づける必要がある。これは、Ｖ溝基板、あるいは光導波路そのものをピンの近傍まで近づけることを意味し、この場合、Ｖ溝基板、あるいは光導波路の幅を不要に大きくすることになる。その結果、コスト増を招くことになる。
しかも、Ｖ溝基板、あるいは光導波路に対して相対位置を合わせて電極を形成する必要があり、これも多くの手間を要する作業である。
更に、Ｖ溝基板においてはＶ溝を形成した後に電極を設け、光導波路においては完成した光導波路基板に電極を設けるため、電極形成に不良が発生した場合、作製したＶ溝基板及び光導波路基板も不良となり、歩留まりの低下につながる。
Ｖ溝基板、特に、ガラス製のＶ溝基板固有の問題としては、Ｖ溝基板の表面は研削が施されている場合が多く、表面が鏡面状態にないことである。このような場合、粗面に高密度な配線を設けることになるので、特性や信頼性の面で好ましくないといえる。Ｖ溝の形成に先立って基板の表面を研削する理由は、Ｖ溝形成用の研削機と前記基板の加工表面の平行を確保するためであり、一度、前記基板の表面を平面研削盤等で研削してからＶ溝加工を行うようにしている。
また、従来例において、Ｖ溝基板、あるいは光導波路等の表面に電極を設ける以外の方法として、ＰＤアレイそのものを光ファイバ上に配置する例が多く開示されているが（例えば国際公開第９７／０６４５８号パンフレット（図２１）、特開昭６３−１９１１１１号公報（図１〜図３）、特開２０００−２４９８７４号公報（図１〜図４）、特開平３−１０３８０４号公報（図７（Ａ）、（Ｂ））参照）、そのほとんどはＰＤアレイ設置以降の配線接続についての開示はない。この場合、パッケージ等への配線接続としては、ＰＤアレイと光ファイバアレイとの間に別の配線基板を配置して、この別の配線基板を介して行うか、ＰＤアレイから直接ワイヤボンディング等を実施することが考えられる。
前記別の配線基板を介して配線接続する場合、ＰＤアレイの設置後に別の配線基板を新たに設置（位置合わせ・接着固定）し、配線を施すという手間が生じる。一方、ＰＤアレイから直接配線する場合は、必要なワイヤ長がかなり長くなり、信頼性に乏しい上、複雑な配線を高密度で配列されたＰＤアレイから直接行うことになるので、非常に困難といえる。
更に、そもそもＰＤアレイの位置合わせを行う際、その出力電流を確認しながら調心を行うのが一般的であるが、上述した両者の方法とも、その段階ではＰＤアレイに直接プローブを当てることになるので、これも非常に困難な作業となる。
ＰＤアレイに対する配線接続まで開示された例としては、例えば特開２００２−１８２０５１号公報（図２）に記載された技術が挙げられる。この場合、サブマウント上にＰＤアレイが設置されてはいるが、ＰＤアレイの一部をサブマウントに設置し、他の一部（活性層部分）を反射光の光路上に位置決めし、接着剤を介在するようにしている。つまり、ＰＤアレイの活性層部分に至る光路上に障害となるものがあるとモニタとして機能しないことから、活性層以外の部分をサブマウントに設置するようにしている。
しかし、この構成では、接着剤の硬化収縮や熱膨張変動によって応力が発生した場合に、ＰＤアレイそのものに応力（モーメント）支点が存在することから、ＰＤアレイに歪み応力が加わる。ＰＤアレイに応力が加わると、暗電流の増加等、特性に悪影響を与えることとなり好ましくないといえる。
また、サブマウントは、ＰＤアレイが設置され、かつ、その表面に配線が形成されることから、サブマウントに反り等があると導通が確実でなくなったり、暗電流が発生する等、種々の問題が発生する。このため、サブマウントの厚みとして０．５ｍｍ以上は必要となる。つまり、従来の構成では、光ファイバアレイとＰＤアレイ間の距離を０．５ｍｍ未満にすることができず、反射光の損失並びにクロストークが発生するおそれがある。また、小型化並びにモニタ性能の向上に限界が生じることになる。
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、光伝達手段の表面（例えば光ファイバのクラッド面）に受光素子の受光面を近接させることが可能となり、小型化、受光感度の向上、クロストークの低減を有効に図ることができる光デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明に係る光デバイスは、第１の基板と、前記第１の基板に設けられ、かつ、反射機能を有する１以上の光伝達手段と、前記光伝達手段の外部のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層を介して固着された光素子と、前記光素子を実装するための第２の基板とを有し、前記第２の基板は、前記光素子の実装面が、前記第１の基板に対向して設置されていることを特徴とする。
ここで、光伝達手段としては、例えば光ファイバや光導波路等が挙げられる。特に、光伝達手段を光ファイバとした場合の構成は、Ｖ溝が形成された第１の基板と、前記第１の基板の前記Ｖ溝に固定され、かつ、反射機能が設けられた１以上の光ファイバと、前記光ファイバのクラッド外のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層を介して固着された光素子と、前記光素子を実装するための第２の基板とを有し、前記第２の基板は、前記光素子の実装面が前記第１の基板に対向させて設置されることとなる。
これにより、第１の基板上に第２の基板を設置する際に、前記光素子を光伝達手段に向けて設置することができ、光伝達手段の表面（例えば光ファイバのクラッド面）に光素子を近接させることが可能となり、小型化、受光感度の向上、クロストークの低減を有効に図ることができる。
また、上述の構成により、予め第２の基板に実装された光素子を調心することができ、調心時に、第２の基板に形成した電極にプローブを当てて電流を確認しながら調心することが可能となる。
また、光伝達手段と光素子間は、第２の基板のように、距離的に制約となるものが介在しないため、この第２の基板に光素子を実装するという形態をとりつつも、光素子を光伝達手段に近接させることができる。
更に、本発明では、光伝達手段の表面と光素子間は、光素子、あるいは複数の光素子全体にわたり障害物なく接着層のみとすることができるので、接着層の硬化収縮や熱膨張変動による応力（モーメント）の支点が光素子に存在することがない。そのため、光素子や第２の基板に歪みを与えることがなく、特性的にも良好な結果を得ることができる。
なお、第２の基板の表面には光素子との配線接続を目的とした電極の形成が必要であるが、これは第２の基板の下面（光伝達手段と対向する面：実装面）でも上面（実装面と反対側の面）でも構わない。上面に電極を設ける場合、第２の基板にスルーホールを設け、実装面に形成された電極と上面に形成された電極を電気的に接続すればよい。
また、接着層の安定的な均一性を考えた場合、リジット（強固）に第２の基板が固定されていることが好ましい。更に、光伝達手段と光素子間の距離はできるだけ短い距離にした方が、反射光の拡がりを抑える効果に加えて、接着層自体を薄くすることで、接着層全体に発生する応力を低減できる。しかも、前記接着層は反射光の光路に存在するが、光学的特性に不安定であることから、その厚みは薄い方が好ましい。
このような条件、特に、光伝達手段と光素子間の距離を短くするためには、正確に前記距離を制御する必要がある。これらの観点から、前記第１の基板が、前記第２の基板の前記実装面を基準として設置されていることが好ましい。
また、前記第１の基板と、前記第２の基板の前記実装面とをスペーサを介して設置するようにしてもよい。
この場合、スペーサを単純な形状としておけば、厚みを正確に確保することができるため、問題なく機能を果たすことができる。つまり、光伝達手段と光素子間の距離を所望の距離に正確に設定することができる。更に、形状が単純であれば加工コストは低く抑えることができ、コスト的にも有利である。
なお、前記第１の基板のスペーサ端面に設置する基準としては、前記第１の基板の光伝達手段が設けられている面（上面）や光伝達手段自身の表面（例えば光ファイバの上側表面）等光伝達手段の中心との距離を正確に把握できる部位ならよい。
また、前記第１の基板に前記スペーサを一体に設け、前記第２の基板の実装面を、前記スペーサの端面を基準として設置するようにしてもよい。光素子は当然前記実装面に設置されているので、前記実装面から光素子の表面あるいは光素子の活性層までの距離は正確である。また、前記第１の基板と一体に形成されたスペーサの端面を含む水平面から光伝達手段の中心（例えば光ファイバの中心）までの距離は該距離を正確に把握・制御可能であり、実装面をスペーサの端面に設置することで、光伝達手段と光素子間の距離も正確に管理することが可能となる。つまり、光伝達手段と光素子間の距離を所望の距離に正確に設定することができる。しかも、第２の基板は、その実装面が第１の基板に固定された形態となるため、安定した固定状態を得ることができる。
ところで、上述したように、接着層は光学的特性の不安定要素となる。これは、例えば偏波依存性をもっていたり、波長依存性が大きい場合などがある。接着層そのものの特性がこれらの不安定要素となるし、接着層はその内部まで光学的に均一に硬化させることは困難である。しかも、接着層は樹脂にて構成されるため、熱膨張係数も大きく温度変動も大きいといえる。
これら問題を解決する手段として、反射光の光路上の接着層を極力薄くすることが有効である。特に、厚みが１００μｍを超えると特性（光学的特性等）が不安定になるので、１００μｍ以下が好ましい。
より好ましくは、３０μｍ以下のレベルであれば過度な応力も発生せず、接着剤を硬化させて接着層とすることが可能となってくる。
逆に、接着層はあまり薄くても本来の性能が発揮できないおそれがある。即ち、接着層の厚みが薄すぎると、接着層の中の材料が均一にその接着層に入っているとは限らず、選択的に流動しやすい材料のみが存在する場合もある。このような状態では作製毎に安定した特性（光学的特性等）を確保することはできない。安定した特定を得るためには接着層の厚みとして３μｍ以上は必要である。
このように、本発明に係る光デバイスは、別の観点から見た場合、第１の基板と、前記第１の基板に設けられ、かつ、反射機能を有する複数の光伝達手段と、前記光伝達手段の外部のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層を介して固着された光素子とを有し、前記接着層による少なくとも前記各光伝達手段からの反射光に与える光学的影響がほぼ均一とされた状態で、前記各光伝達手段と前記光素子とが前記接着層を介して設置されていることを特徴とする。
もちろん、前記接着層の厚みを３μｍ以上、１００μｍ以下に設定すれば、上述したように、前記光伝達手段毎に、ひいては、光デバイス毎に、安定した特性（光学的特性等）を確保することができる。
次に、本発明に係る光デバイスの製造方法は、第１の基板と、前記第１の基板に設けられ、かつ、反射機能を有する１以上の光伝達手段と、前記光伝達手段の外部のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層を介して固着された光素子と、前記光素子を実装するための第２の基板とを有する光デバイスの製造方法において、前記第１の基板にそれぞれ１以上の光伝達手段を設ける工程と、前記第２の基板の前記実装面に前記光素子を実装する工程と、前記第２の基板の前記実装面を、前記第１の基板に対向させ、前記接着層を介して設置する工程とを有することを特徴とする。
これにより、第１の基板上に第２の基板を設置する際に、前記光素子を光伝達手段に向けて設置することができ、光伝達手段の表面（例えば光ファイバのクラッド面）に光素子を近接させることが可能となり、小型化、受光感度の向上、クロストークの低減を有効に図ることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係る光デバイス及びその製造方法を例えば４ｃｈインライン型パワーモニタモジュールに適用した実施の形態を図１〜図６を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る光デバイス１００は、基本的には、図１に示すように、Ｖ溝１０２が形成された第１の基板１０４と、該第１の基板１０４のＶ溝１０２に固定され、かつ、反射機能が設けられた例えば４本の光ファイバ１０６と、各光ファイバ１０６のクラッド外のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層１０８を介して固着された光素子１１０と、該光素子１１０を実装するための第２の基板１１２とを有し、該第２の基板１１２は、光素子１１０の実装面１１２ａが第１の基板１０４に対向して設置されている。
これにより、第１の基板１０４上に第２の基板１１２を設置する際に、光素子１１０を光ファイバ１０６に向けて設置することができ、光ファイバ１０６のクラッド面に光素子１１０を近接させることが可能となり、小型化、受光感度の向上、クロストークの低減を有効に図ることができる。
次に、本実施の形態に係る光デバイス１００の具体的構成例（以下、具体例に係る光デバイス１００Ａと記す）について図２〜図６を参照しながら説明する。
この具体例に係る光デバイス１００Ａは、図２に示すように、オプティカルヘッド１０と該オプティカルヘッド１０が収容されたパッケージ７２とを有する。
オプティカルヘッド１０は、図２及び図３に示すように、ガラス基板１２（第１の基板１０４に対応する）と、該ガラス基板１２に設けられた複数のＶ溝１４に固定された複数の光ファイバ１５からなる光ファイバアレイ１６と、該各光ファイバ１５の各上面からガラス基板１２にかけて設けられたスリット１８（図３参照）と、該スリット１８内に挿入された分岐部材２０（図３参照）と、各光ファイバ１５を透過する光２２のうち、少なくとも分岐部材２０等にて反射された光（反射光）２４を検出する活性層２６が複数配列されたＰＤ（フォトダイオード）アレイ２８と、該ＰＤアレイ２８が実装され、かつ、ＰＤアレイ２８を光ファイバアレイ１６に向けて固定するためのサブマウント３０と、少なくともＰＤアレイ２８を安定に固定するためのスペーサ３２とを有する。なお、スリット１８の２つの端面と分岐部材２０の表面及び裏面は光ファイバ１５を透過する光２２の一部を反射する反射部３３（図３参照）として機能することになる。
即ち、本具体例に係る光デバイス１００Ａのオプティカルヘッド１０は、Ｖ溝１４が形成されたガラス基板１２と、該ガラス基板１２のＶ溝１４に固定され、かつ、各光ファイバ１５に反射機能（スリット１８、分岐部材２０等）が設けられた光ファイバアレイ１６と、各光ファイバ１５のクラッド外のうち、少なくとも反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層６０を介して固着されたＰＤアレイ２８と、該ＰＤアレイ２８を実装するためのサブマウント３０とを有し、該サブマウント３０は、ＰＤアレイ２８の実装面３０ａが前記ガラス基板１２に対向させて設置されていることを特徴とするものである。
次に、この具体例に係る光デバイス１００Ａの製造方法について図４も参照しながら説明する。
まず、図４のステップＳ１に示すように、Ｖ溝１４を有するガラス基板１２を研削加工にて作製した。ガラス基板１２の材料は、ホウケイ酸ガラス材料（例えば、パイレックス（登録商標）ガラス）を使用した。なお、Ｖ溝１４の加工には、＃１５００のメタル砥石を使用した。
なお、Ｖ溝１４の角度は、後にスリット１８を加工する際に光ファイバアレイ１６の各光ファイバに与える負荷を考えると４５°以上が好ましく、逆にフタ無し光ファイバアレイとするため、十分な接着剤量（＝接着強度）の確保のために９５°以下が好ましく、この具体例では７０°とした。かつ、Ｖ溝の上側開口部からファイバが出る程度の深さのＶ溝とした。
次に、図４のステップＳ２に示すように、光ファイバアレイ１６をＶ溝１４に収容載置した。この状態で紫外線硬化型接着剤を塗布し、光ファイバアレイ１６の裏面並びに上方から紫外線を照射して、前記接着剤を本硬化させた。
次に、図４のステップＳ３に示すように、光ファイバアレイ１６にスリット１８の加工を行った。
スリット１８は、厚さ３０μｍ、深さ２００μｍ、傾斜角度α（図３参照）を２０°とした。スリット１８の厚さは５〜５０μｍであることが望ましい。５μｍ未満の場合、スリット１８に挿入される部材（分岐部材２０）が薄くなりすぎるため、実装が困難になってしまい好ましくない。また、５０μｍ以上とすると、過剰損失が大きくなり実仕様に適さなくなる。
スリット１８の深さは、１３０μｍ〜２５０μｍとすることが望ましい。１３０μｍ未満の場合、加工溝が光ファイバ１５の途中で止まってしまう形となる可能性があるため、この加工溝を起点として光ファイバ１５にダメージを与える可能性がある。また、２５０μｍ以上だとガラス基板１２の強度の低下を招くために好ましくない。
傾斜角度αは、１５°〜２５°であることが望ましい。１５°未満の場合、後に記述するが、ＰＤアレイ２８におけるクロストーク（混信）特性を悪化させるおそれがあり、２５°以上の場合、分岐部分における反射光２４の偏光依存性が悪化するおそれがある。
次に、図４のステップＳ４に示すように、分岐部材２０の製作を行った。分岐部材２０の基板は石英ガラスとした。分岐部材２０の材料は分岐部材２０のハンドリング等を考慮した場合、プラスチック材料、高分子材料、ポリイミド材料でもよいが、角度が２０°と大きいので、屈折により透過側の光軸がずれることを抑えるために光ファイバ１５（石英）と同じ屈折率の材料が好ましい。
この石英ガラス基板に、分岐用の多層膜を形成した。石英基板は５０ｍｍ□×１ｔとした。傾斜設計は２０°、分岐比率は透過９３％、反射７％とした。膜構成はＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３の多層膜を蒸着法にて形成した。また、波長帯域は１５１０ｎｍ〜１６３０ｎｍにおいて特性（反射率）がフラットになるよう設計した。また、多層膜自身の偏光特性については上記帯域において、透過側＜０．０５ｄＢ、反射側＜０．１ｄＢとなるよう最適設計した。この多層膜を付した石英基板を６ｍｍ×２ｍｍの寸法に切断し、チップ化した。チップ化した基板を２５μｍまで研磨し、薄板加工を行った。
そして、分岐部材２０をスリット１８に挿入し、紫外線硬化型接着剤を塗布し、紫外線照射により硬化させて実装を行った。
次に、図４のステップＳ５に示すように、ＰＤアレイ２８を用意した。ＰＤアレイ２８の構造は、図３に示すように、裏面入射型構造を採用した。活性層２６の上部（サブマウント３０側）はＡｕ半田や電極又は銀ペーストではなく異方性導電ペースト５４とした。この部分はＡｕ等のように反射率の高い材質ではなく、異方性導電ペースト５４や空気等のように反射率の低い状態であることがクロストークの観点から好ましい。もちろん、ＰＤアレイ２８として、表面入射型のＰＤアレイを使用してもよい。
裏面入射型のＰＤアレイ２８の受光部分（活性層２６）はφ約６０μｍとした。受光部分（活性層２６）の大きさはφ４０〜８０μｍであることが望ましい。これは、４０μｍ未満の場合、受光部分（活性層２６）の大きさが小さすぎるためにＰＤ受光効率の低下が懸念される。８０μｍ以上の場合、迷光を拾いやすくなり、クロストーク特性が悪化するおそれがあるからである。
また、サブマウント３０の取付け構造として、光ファイバ１５−ＰＤアレイ２８−サブマウント３０という構成を取った。光ファイバ１５−サブマウント３０−ＰＤアレイ２８という構成も取り得るが、この場合、サブマウント３０が光ファイバ１５とＰＤアレイ２８間に存在してしまうため、反射光２４の光路長が長くなり、反射光２４の拡がりが大きくなってしまい、ＰＤ受光効率やクロストークの観点で好ましくない。
光ファイバ１５−ＰＤアレイ２８−サブマウント３０の構成の場合、ＰＤアレイ２８を表面入射の状態とすると、表面からサブマウント３０への導通のためにはワイヤボンディングが必要となる。この場合、ワイヤボンディングのために１００μｍ程度は空間が必要となる。この空間は、光ファイバ１５（石英）との屈折率整合や信頼性という意味で接着層６０で埋める必要がある。つまり、表面入射の場合、１００μｍもの接着層６０が光路に存在することになり、この接着層６０がＰＤＬ（偏波依存性）や波長依存性等の特性に不安定性を招く。また、ワイヤは通常Ａｕなどの金属を用いるため、そこに光が当ると光が散乱し、迷光になりクロストーク悪化の原因となる。
裏面入射の場合、理論的には光ファイバ１５にＰＤアレイ２８を接することも可能である。ＰＤアレイ２８と光ファイバ１５が接することは、物理的な欠陥を招くおそれがあるので１０μｍ程度は安全をみて、この空間を接着層６０とすればよい。
この両者の光学的光路長を比較する。活性層２６がＰＤアレイ２８の基板表面（光ファイバ１５と対向する面）に存在すると仮定すると、表面入射の場合、光ファイバ１５の表面と活性層２６との間の距離が１００μｍなので、接着層６０の屈折率が石英と同じ１．４５とすると、１００／１．４５≒６９μｍとなる。裏面入射の場合、接着層６０の厚みが１０μｍ、一般的なＰＤアレイ２８の厚みが１５０μｍとすると、１０／１．４５＋１５０／３．５≒５０μｍとなり、光学的には裏面入射の方が光路長を短くでき、この観点からも好ましいといえる。
さらに、表面入射と裏面入射の場合、活性層２６への光の入射角が大きく異なる。表面入射の場合、表面が窒化珪素（屈折率１．９４）のコーティングが施されている場合でもスリット１８の傾斜角αが２０°だとＰＤアレイ２８への入射角は約３５°となる。これに対して、裏面入射の場合は１８．５°と表面入射の場合と比較して非常に小さい値となり、ＰＤ受光効率等の観点から好ましい。
次に、図４のステップＳ６に示すように、ＰＤアレイ２８のサブマウント３０への実装を行った。後述するように（図２参照）、光ファイバアレイ１６側をパッケージ７２に搭載し、パッケージ７２のピン７４とサブマウント３０の電極パッドをワイヤ７６で導通確保する構成とするために、図５Ａに示すように、サブマウント３０の下面にＡｕ電極パターン６４を形成した。ＰＤアレイ２８の実装の形態は、サブマウント３０の下面（実装面３０ａ）にＰＤアレイ２８を配置し、スルーホール６６にて電極パターン６４をサブマウント３０の上面へ引き回す構成とした。従って、サブマウント３０の上面には、各電極パターン６４に応じてそれぞれ電極パッド６５が形成された形となる。なお、サブマウント３０の構成材料はＡｌ_２Ｏ_３とした。
裏面入射型のＰＤアレイ２８は、活性層２６側（サブマウント３０側）にアノード電極、カソード電極が配置されており、サブマウント３０には共通のカソード電極と各チャンネルのアノード電極がＡｕ電極パターン６４でパターニングされている。各チャンネルのアノード電極及びカソード電極に対応する部分にＡｕバンプ６８を設け、活性層２６の部分には異方性導電ペースト５４を充填した。Ａｕバンプ６８は確実な導通を図る目的のほかに、活性層２６とサブマウント３０の電極間距離を離すことで、この部分の反射・散乱による迷光を小さくする目的で本構造を採用した。異方性導電ペースト５４は熱を加えることにより、ペースト５４内にある銀等の導電物質がＡｕバンプ６８のような導電性のものに集まる性質がある。これにより、Ａｕ電極パターン６４との間にのみ導電性をもたらすのである。
なお、サブマウント３０の下面のうち、活性層２６に対応する部分にも屈折率差による反射を抑える目的で図示しないＳｉＮのコーティングを行った。また、上述のＰＤアレイ２８は、カソードコモンのものを使用したが、アノードコモンのものを使用しても同様の効果を得ることができる。
次に、図４のステップＳ７に示すように、サブマウント３０に光ファイバアレイ１６とＰＤアレイ２８とのギャップを決定するためのスペーサ３２を固着した。
スペーサ３２の構成材料はホウケイ酸ガラス、この場合、特にパイレックス（登録商標）ガラス材料とした。また、ギャップ長は１０μｍに設定した。つまり、Ａｕバンプ６８も含めＰＤアレイの厚みが１９０μｍなので、スペーサ３２を２００μｍとした。
なお、このギャップ長は１〜１００μｍとなるように、スペーサ３２の厚みを設計することが好ましい。ギャップ長は、１μｍ未満で設計した場合、ＰＤアレイ２８と光ファイバ１５の上部が接触する可能性が高くなり、光路に接着層６０が全面に行き渡りずらく、光路にエアを巻き込んでしまうことがあり好ましくない。また、ギャップ長が１００μｍを超えると、ＰＤ受光効率の低下が顕著となってしまう。こうして設計したスペーサ３２を接着力の高い紫外線硬化型エポキシ接着剤にて固定した。
また、スペーサ３２は、ギャップ長の決定のほかに、ワイヤボンディングにおけるサブマウント３０の台座の役割を果たす。ワイヤボンディングは超音波により電極とワイヤ７６の接合を行うために、サブマウント３０の電極部分の直下に空洞部分があると、超音波が逃げてしまい適切にボンディングできない。よって、図５Ｂに示すように、スペーサ３２の形状は電極直下に空洞ができないように、Ｌ字型に加工してある。
次に、図４のステップＳ８に示すように、サブマウント３０の光ファイバアレイ１６への実装を行った。このとき、図２及び図３に示すように、ＰＤアレイ２８と光ファイバアレイ１６とが対向するように実装を行った。
このとき、スペーサ３２の端面が光ファイバ１５上に直接接するように設置した。これは、Ｖ溝１４の上部表面を基準としてもＶ溝１４の上部表面から光ファイバまでの距離が正確に把握されていればよいのだが、Ｖ溝１４の寸法やＶ溝１４への光ファイバ１５の実装精度にも依存してしまうので、このような懸念の無い光ファイバ１５の表面を基準する方が好ましいためである。
また、スペーサ３２の端面と光ファイバアレイ１６間も重要な接着部となるので、スペーサ３２のこれにあたる部分に予め接着剤を塗布しておいた。なお、この接着剤と後述の接着層６０となる接着剤が混じり合うことを極力避けるためにチクソ性の高いアクリル接着剤を用いた。
まず、反射光２４の光路となる光ファイバ１５の上部に必要量の接着層６０（図３参照）を塗布しておいた。接着層６０を予め塗布しておかないと、反射光２４の光路が空気と接着層６０で異なるので必須である。
また、接着層６０は光路となるので、ヤング率の高い接着剤を用いると接着界面及び接着剤内部応力により、偏光依存性等の特性が劣化するおそれがある。このため、本実施例ではヤング率の低いゲル状シリコーン接着剤を用いた。
次に、図４のステップＳ９に示すように、ＰＤアレイ２８の調心を行った。具体的には、ＰＤアレイ２８とのアライメントは光ファイバアレイ１６の両端のチャンネルに光を入射し、反射光２４のＰＤ受光パワー（両端チャンネルに対応する活性層２６での受光パワー）が最大になるように、アクティブアライメントにて行った。このときのＰＤ受光パワーのモニタは、両端チャンネルに対応する活性層２６からの出力を、サブマウント３０にプローブを当て、電流値を見ながら行った。
なお、本具体例では、より厳密な特性を得るために調心時の使用波長を決定した。つまり、本モジュールの使用波長帯域がＣバンド（１５２０〜１５７０ｎｍ）の場合、その中心である１５４５ｎｍを用いた。Ｌバンド（１５７０〜１６１０ｎｍ）である場合は１５９０ｎｍを用いた。さらに、ＣバンドとＬバンドとの共用の場合はＣバンドとＬバンドの中心である１５６５ｎｍを使用した。これにより、使用波長に対してよりフラットな特性を得ることができた。
そして、紫外線によりＰＤアレイ２８を光ファイバアレイ１６に固定した。このとき、紫外線の照射は、まず、１００ｍＷで横方向から調心器上にて１０分行った。この段階では、ＰＤアレイ２８の周囲近傍の接着層６０は硬化されるものの、内部全体にわたっては硬化されないので、次に、調心器から外し、光ファイバアレイ１６の裏面側から１０ｍＷにて５分照射を行って硬化固定した（二次硬化）。この二次硬化で１０ｍＷと微弱な光量としたのは、反射光２４の光路上にある接着層６０に大きな応力歪みや気泡等の欠陥を生じさせないためである。この段階で、図２及び図３に示すオプティカルヘッド１０が完成する。
次に、図４のステップＳ１０及び図２に示すように、オプティカルヘッド１０をパッケージ７２の中央部分に固着する、いわゆるダイボンディングを行った。
パッケージ７２は、複数のピン７４を有する金属製のパッケージを使用した。このパッケージ７２にオプティカルヘッド１０を熱硬化型接着剤にて固定した。
次に、図４のステップＳ１１及び図２に示すように、パッケージ７２の両側に固定された複数のピン７４とサブマウント３０の電極パッド６５（図５Ａ参照）間についてワイヤボンディングを行った。
次に、図４のステップＳ１２及び図２に示すように、オプティカルヘッド１０のパッケージングを行った。
具体的には、まず、オプティカルヘッド１０を囲むようにリング７８を固定し、更に、オプティカルヘッド１０に対して樹脂８０による封止を行った。
リング７８は、樹脂封止の際にダムの役割を果たす。リング７８の構成材料はステンレス材料を使用した。コスト削減の観点から樹脂成形品を用いてもよい。リング７８の固定には熱硬化型接着剤を使用した。封止用の樹脂８０にはＳｉゲル材料を用いた。これをワイヤ７６が完全に覆われるようにポッティングし、紫外線照射と熱養生にて硬化させた。
その後、リング７８の上面開口部に蓋８４を被せて固定した。蓋８４はステンレス製の板を使用した。もちろん、コスト削減の観点から樹脂成形品を用いてもよい。蓋８４を熱硬化型接着剤にて固定し、完成品（光デバイス１００Ａ）とした。
以上の工程を経て完成したインライン型パワーモニタモジュール（本具体例に係る光デバイス１００Ａ）について完成検査を実施した。
透過側特性、分岐側特性について各項目を検査した。透過側特性については挿入損失、偏光依存ロス、波長依存性について各チャンネルの特性を測定した。結果として、挿入損失＜０．８ｄＢ、偏光依存ロス＜０．０５ｄＢ、波長依存性＜０．１ｄＢと使用上問題のないレベルの結果を得た。
分岐側特性については、ＰＤ受光効率、ＰＤ受光効率の偏光依存性、波長依存性、ＰＤアレイ側のチャンネル間クロストークについて、各チャンネルの特性を測定した。その結果、ＰＤ受光効率５０〜７０ｍＡ／Ｗ、ＰＤ受光効率の偏光依存性＜０．３ｄＢ、波長依存性＜０．５ｄＢであり、実使用上問題のないレベルであることを確認した。また、クロストークについては、トータルクロストークとして検査を行った。すなわち、４チャンネル中、いずれか１チャンネルを光らせた状態にて、他のチャンネルにどれだけの電流が流れたかの総和をとり、この入力チャンネルにおける電流と他チャンネルの電流の総和の比を１０ｌｏｇで表記する。その結果、いずれのチャンネルも−３４ｄＢ以下となり、極めて優れた特性を示すことが確認された。
スリット１８の角度α（＝反射角度）を大きくするとクロストークは向上するがＰＤＬが大きくなり、逆にスリット１８の角度αを小さくするとＰＤＬは小さくなりクロストークが悪化するというトレードオフの関係にあったが、種々の適正化において従来は困難であったＰＤＬとクロストークを両立することができた。
このように、本具体例に係る光デバイス１００Ａ及びその製造方法においては、ガラス基板１２上にサブマウント３０を設置する際に、ＰＤアレイ２８を光ファイバアレイ１６に向けて設置することができ、光ファイバアレイ１６の各クラッド面にＰＤアレイ２８を近接させることが可能となり、小型化、受光感度の向上、クロストークの低減を有効に図ることができる。
また、予めサブマウント３０に実装されたＰＤアレイ２８を調心することができ、調心時に、サブマウント３０に形成した電極にプローブを当てて電流を確認しながら調心することができる。
また、各光ファイバ１５のクラッドとＰＤアレイ２８間は、サブマウント３０のように、距離的に制約となるものが介在しないため、このサブマウント３０にＰＤアレイ２８を実装するという形態をとりつつも、ＰＤアレイ２８を各光ファイバ１５のクラッドに近接させることができる。
更に、本具体例では、各光ファイバ１５のクラッドとＰＤアレイ２８間は、ＰＤアレイ２８全体にわたり障害物なく接着層６０のみとすることができるので、接着層６０の硬化収縮や熱膨張変動による応力（モーメント）の支点がＰＤアレイ２８に存在することがない。そのため、ＰＤアレイ２８やサブマウント３０に歪みを与えることがなく、特性的にも良好な結果を得ることができる。
なお、サブマウント３０の表面にはＰＤアレイ２８との配線接続を目的とした電極の形成が必要であるが、これはサブマウント３０の下面（光ファイバアレイ１６と対向する面：実装面３０ａ）でも上面（実装面３０ａと反対側の面）でも構わない。サブマウント３０の上面に電極を設ける場合は、図５Ａに示したように、サブマウント３０にスルーホール６６を設け、実装面３０ａに形成された電極パターン６４と上面に形成された電極パッド６５を電気的に接続すればよい。
また、接着層６０の安定的な均一性を考えた場合、リジット（強固）にサブマウント３０が固定されていることが好ましい。更に、各光ファイバ１５のクラッドとＰＤアレイ２８間の距離はできるだけ短い距離にした方が、反射光２４の拡がりを抑える効果に加えて、接着層６０自体を薄くすることで、接着層６０全体に発生する応力を低減できる。しかも、接着層６０は反射光２４の光路に存在するのだが、光学的特性に不安定であることから、その厚みは薄い方が好ましい。
このような条件、特に、各光ファイバ１５のクラッドとＰＤアレイ２８間の距離を短くするためには、正確に前記距離を制御する必要がある。これらの観点から、ガラス基板１２が、サブマウント３０の実装面３０ａを基準として設置されていることが好ましい。
これを実現する構成例としては、図６に示す変形例に係るオプティカルヘッド１０ａのように、ガラス基板１２の両側に上方に立ち上がる側壁１２ａを一体に設け、サブマウント３０の実装面３０ａを、前記側壁１２ａの上端面１２ｂを基準として設置する。
ＰＤアレイ２８は当然サブマウント３０の実装面３０ａに設置されているので、実装面３０ａからＰＤアレイ２８の表面あるいは活性層２６までの距離は正確である。また、ガラス基板１２の側壁１２ａの上端面１２ｂを含む水平面から例えば各光ファイバ１５の中心を含む水平面までの距離はほぼ同一の値を示すため、該距離を正確に把握・制御可能であり、実装面３０ａを側壁１２ａの上端面１２ｂに設置することで、各光ファイバ１５のクラッドとＰＤアレイ２８間の距離も正確に管理することが可能となる。つまり、各光ファイバ１５のクラッドとＰＤアレイ２８間の距離を所望の距離に正確に設定することができる。しかも、サブマウント３０は、その実装面３０ａがガラス基板１２に固定された形態となるため、安定した固定状態を得ることができる。
もちろん、図２に示すように、サブマウント３０の実装面３０ａにスペーサ３２を固着し、ガラス基板１２をスペーサ３２の端面を基準として設置することも好ましく採用される。
この場合、スペーサ３２を単純な形状としておけば、スペーサ３２の厚みを正確に確保することができるので、問題なく機能を果たすことができる。つまり、各光ファイバ１５のクラッドとＰＤアレイ２８間の距離を所望の距離に正確に設定することができる。
ガラス基板１２に側壁１２ａを設ける場合（図６参照）と異なり、ガラス基板１２を複雑な形状とすることなく実現することができるため、コスト的に有利である。なお、ガラス基板１２上にガラスを堆積して該ガラスの上面を基準面とする方法も考えられるが、コストのかかる方法であり、上述のように、サブマウント３０の実装面３０ａにスペーサ３２を設ける方がコスト的に有利である。
ところで、上述したように、接着層６０は、光学的特性の不安定要因となる。これは、例えば偏波依存性をもっていたり、波長依存性が大きい場合などがある。接着層６０そのものの特性がこれらの不安定要素となるし、接着層６０はその内部まで光学的に均一に硬化させることは困難である。しかも、接着層６０は樹脂にて構成されるため、熱膨張係数も大きく温度変動も大きいといえる。
これら問題を解決する手段として、反射光２４の光路上の接着層６０を極力薄くすることが有効である。特に、厚みが１００μｍを超えると特性（光学的特性等）が不安定になるので、１００μｍ以下が好ましい。より好ましくは、３０μｍ以下のレベルであれば過度な応力も発生せず、接着剤を硬化させて接着層６０とすることが可能となってくる。ＰＤアレイ２８として、本具体例のように、裏面入射型のＰＤアレイを用いれば、接着層６０の厚みを３０μｍ以下に設定することは容易である。
逆に、接着層６０は、あまり薄くても本来の性能が発揮できないおそれがある。即ち、接着層６０の厚みが薄すぎると、接着層６０の中の材料が均一にその接着層６０に入っているとは限らず、選択的に流動しやすい材料のみが存在する場合もある。このような状態では作製毎に安定した特性（光学的特性等）を確保することはできない。安定した特定を得るためには接着層６０の厚みとして３μｍ以上は必要である。
なお、本発明に係る光デバイス及びその製造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明に係る光デバイス及びその製造方法によれば、光伝達手段の表面（例えば光ファイバのクラッド面）に受光素子の受光面を近接させることが可能となり、小型化、受光感度の向上、クロストークの低減を有効に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本実施の形態に係る光デバイスの要部を示す断面図である。
図２は、本実施の形態に係る光デバイスの具体例を示す断面図である。
図３は、本具体例に係る光デバイスのオプティカルヘッドの構成を示す断面図である。
図４は、本具体例に係る光デバイスの製造方法を示す工程ブロック図である。
図５Ａは、サブマウントの下面にスペーサを固定した状態を示す断面図である。
図５Ｂは、その底面図である。
図６は、変形例に係るオプティカルヘッドの要部を示す断面図である。

Claims (8)

1. 第１の基板（１０４）と、
   前記第１の基板（１０４）に設けられ、かつ、反射機能を有する１以上の光伝達手段（１０６）と、
   前記光伝達手段（１０６）の外部のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層（１０８）を介して固着された光素子（１１０）と、
   前記光素子（１１０）を実装するための第２の基板（１１２）とを有し、
   前記第２の基板（１１２）は、前記光素子（１１０）の実装面（１１２ａ）が、前記第１の基板（１０４）に対向して設置されていることを特徴とする光デバイス。
2. 請求項１記載の光デバイスにおいて、
   前記第１の基板（１０４）が、前記第２の基板（１１２）の前記実装面（１１２ａ）を基準として設置されていることを特徴とする光デバイス。
3. 請求項１又は２記載の光デバイスにおいて、
   前記第１の基板（１０４）と、前記第２の基板（１１２）の前記実装面（１１２ａ）とがスペーサを介して設置されていることを特徴とする光デバイス。
4. 請求項３記載の光デバイスにおいて、
   前記スペーサが、前記第１の基板（１０４）及び前記第２の基板（１１２）と別体であることを特徴とする光デバイス。
5. 請求項３記載の光デバイスにおいて、
   前記第１の基板（１０４）に前記スペーサが一体に設けられ、
   前記第２の基板（１１２）の実装面（１１２ａ）が、前記スペーサの端面を基準として設置されていることを特徴とする光デバイス。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光デバイスにおいて、
   前記接着層（１０８）の厚みが３μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とする光デバイス。
7. 第１の基板と、
   前記第１の基板（１０４）に設けられ、かつ、反射機能を有する複数の光伝達手段（１０６）と、
   前記光伝達手段（１０６）の外部のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層（１０８）を介して固着された光素子（１１０）とを有し、
   前記接着層（１０８）による少なくとも前記各光伝達手段（１０６）からの反射光に与える光学的影響がほぼ均一とされた状態で、前記各光伝達手段（１０６）と前記光素子（１１０）とが前記接着層（１０８）を介して設置されていることを特徴とする光デバイス。
8. 第１の基板（１０４）と、
   前記第１の基板（１０４）に設けられ、かつ、反射機能を有する１以上の光伝達手段（１０６）と、
   前記光伝達手段（１０６）の外部のうち、少なくとも前記反射機能によって発生した反射光の光路上に接着層（１０８）を介して固着された光素子（１１０）と、
   前記光素子（１１０）を実装するための第２の基板（１１２）とを有する光デバイスの製造方法において、
   前記第１の基板（１０４）にそれぞれ１以上の光伝達手段（１０６）を設ける工程と、
   前記第２の基板（１１２）の前記実装面（１１２ａ）に前記光素子（１１０）を実装する工程と、
   前記第２の基板（１１２）の前記実装面（１１２ａ）を、前記第１の基板（１０４）に対向させ、前記接着層（１０８）を介して設置する工程とを有することを特徴とする光デバイスの製造方法。

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