JPWO2006030578A1 - 集積光部品とその製造方法、及び光通信装置 - Google Patents
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Abstract
低消費電力化を実現でき、かつ、低コスト化を実現できる集積光部品とその製造方法、及びこの集積光部品を搭載した光通信装置を提供する。
面発光型レーザ7を有する第1の半導体基板6aと、表面入射型の受光素子9を有する第2の半導体基板6bとを備えた集積光部品であって、第1の半導体基板6aが実装された第1の配線基板2aと、第2の半導体基板6bが実装された第2の配線基板2bとを備え、面発光型レーザ7から発振される第1の出射光21の少なくとも一部を表面入射型の受光素子9により受光可能なように、第1の出射光21の少なくとも一部が透過可能な光透過性材料8により第1の配線基板2aと第2の配線基板2bとの配置を固定した。
面発光型レーザ7を有する第1の半導体基板6aと、表面入射型の受光素子9を有する第2の半導体基板6bとを備えた集積光部品であって、第1の半導体基板6aが実装された第1の配線基板2aと、第2の半導体基板6bが実装された第2の配線基板2bとを備え、面発光型レーザ7から発振される第1の出射光21の少なくとも一部を表面入射型の受光素子9により受光可能なように、第1の出射光21の少なくとも一部が透過可能な光透過性材料8により第1の配線基板2aと第2の配線基板2bとの配置を固定した。
Description
本発明は、集積光部品、及びその製造方法に関する。また、当該集積光部品を搭載した光通信装置に関する。
光送信モジュールは、通常、光源としてのレーザ及び当該レーザの光出力をモニタするフォトダイオード(PD)を備えている。近年、光源レーザとして面発光型レーザ(Vertical-Cavity Surface Emitting Laser:VCSEL)を搭載した光送信モジュールの開発が、活発に行われている。
面発光型レーザは、オンウエハーのプロセスで共振器を形成できるため量産性が高い。また、端面発光型レーザに比して低消費電力化が可能であり、さらにレンズやアイソレータなどの光学部品の削減が可能であるため、低コスト化を実現することが期待できる。
面発光型レーザは、オンウエハーのプロセスで共振器を形成できるため量産性が高い。また、端面発光型レーザに比して低消費電力化が可能であり、さらにレンズやアイソレータなどの光学部品の削減が可能であるため、低コスト化を実現することが期待できる。
面発光型レーザ及び受光素子を搭載した光送信モジュールは、様々な態様の実装構造が提案されているが、大別すると以下の2つに分類することができる。すなわち、(1)面発光型レーザから光ファイバ等の光伝送線路に入射され、信号伝搬光として利用される光(以下、前方出射光と呼ぶ)の一部を、反射、屈折、回折体などを使用してフォトダイオードに受光させる構造、(2)面発光型レーザから光ファイバ等の光伝送線路側に入射される光とは反対方向に出射される光(以下、後方出射光と呼ぶ)をフォトダイオードで受光する構造、である。
上記二つの実装構造のうち、より有望な構造は、上記(2)の面発光型レーザから光ファイバに入射される光とは反対方向に出射される光をフォトダイオードで受光する構造である。その理由を以下に説明する。
面発光型レーザは、端面発光型レーザと比較して、光出力が得られにくいという特性を持つ。従って、面発光型レーザを搭載した光送信モジュールにおいては、面発光型レーザと、当該面発光型レーザの光出力をモニタするフォトダイオードとを近接させることによって、受光効率を向上させることが、消費電力を低減させる上で望ましい。
上記(1)の場合、前方出射光が出射される側にフォトダイオードと光ファイバの双方を配置する必要が生じるため、フォトダイオードと面発光レーザとを近接配置することが難しい。また、反射、屈折、回折体などを搭載する必要があるため、実装構造が比較的複雑となってしまう。
上記(1)の場合、前方出射光が出射される側にフォトダイオードと光ファイバの双方を配置する必要が生じるため、フォトダイオードと面発光レーザとを近接配置することが難しい。また、反射、屈折、回折体などを搭載する必要があるため、実装構造が比較的複雑となってしまう。
上記(2)の場合、面発光型レーザから発振される第1の出射光とその反対方向に出射される第2の出射光とを、光ファイバ及びフォトダイオードのそれぞれで受光可能なので、上記(1)の場合に比してフォトダイオードを面発光型レーザに近接させることができる。このため、上記(1)に比して受光効率を向上させることができ、より有望な構造であるといえる。
上記(2)の実装構造に係る光送信モジュールの第1の従来例(特許文献1)について図3を用いて説明する。図3は、第1の従来例に係る面発光型レーザとフォトダイオードとを備えた光送信モジュール100の構成を示す模式的断面図である。光送信モジュール100は、図3に示すように、光ファイバ103、面発光型レーザ107、第1の半導体基板106a、第2の半導体基板106b、透明樹脂108、フォトダイオード109等を備えている。
第1の半導体基板106a上には、図3に示すように、面発光型レーザ107が形成されている。以下、面発光型レーザ107が形成されている側の第1の半導体基板106aの表面を主面P101、面発光型レーザ107が形成されている側とは反対側の第1の半導体基板106aの表面を裏面P102という。
第2の半導体基板106b上には、受光素子たるフォトダイオード109が形成されている。以下、フォトダイオード109が形成されている側の第2の半導体基板106bの表面を主面P103、フォトダイオード109が形成されている側とは反対側の第2の半導体基板106bの表面を裏面P104という。第2の半導体基板106bの主面P103上に、第1の半導体基板106aの主面P101が接するように第2の半導体基板106b上に第1の半導体基板106aが固定されている。
第1の半導体基板106aの主面P101上には、第1の絶縁膜114aが積層され、その上に、面発光型レーザ107を駆動するための面発光型レーザ駆動電極131が形成されている。また、第2の半導体基板106b上には、第2の絶縁膜114bが堆積され、その上に配線112が形成されている。そして、上記面発光型レーザ駆動電極131は、配線112により圧着され透明樹脂108によって固定されている。また、フォトダイオード109上には、フォトダイオード109を駆動するためのフォトダイオード電極132が形成されている。
第1の半導体基板106aの裏面P102上には、ガイド穴113が形成されており、光ファイバ103が挿入されている。
面発光レーザ107からの第1の出射光121は、第2の半導体基板106bに向けて出射され、透明樹脂108を通過した後にフォトダイオード109に入射される。
第2の出射光122は、第1の半導体基板106aの裏面P102に向けて出射され、第1の半導体基板106aを通過した後、光ファイバ103に光学的に結合される。
第2の出射光122は、第1の半導体基板106aの裏面P102に向けて出射され、第1の半導体基板106aを通過した後、光ファイバ103に光学的に結合される。
このように構成することにより、面発光型レーザ107と、面発光型レーザ107からの出力光をモニターすることが可能なフォトダイオード109とをハイブリッドに集積することができる。
第1の従来例に係る光送信モジュール100によれば、面発光型レーザ107とフォトダイオード109とが透明樹脂108のみを介して、近接して配設されているので、第1の出射光121のフォトダイオード109における受光効率を高めることができる。その結果、第2の出射光122と第1の出射光121との光出力比を大きく変えることが可能となり、光送信モジュール100の光出力の改善や低消費電力化を達成することができる。また、第2の半導体基板106bには、フォトダイオード駆動用電極132及び面発光型レーザ駆動用電極131が形成されているため、フォトダイオードの実装工程時に、面発光型レーザ107の駆動のための配線を同時に形成することが可能となるため、実装工程の簡略化を図ることができる。
次に、第2の従来例(特許文献2)について、図4を用いて説明する。図4は、第2の従来例に係る面発光型レーザとフォトダイオードとを備えた光送信モジュール200の構成を示す模式的断面図である。なお、説明の便宜上、上記第1の従来例と同一の要素部材には、同一の符号を付し、説明を適宜省略する。
光送信モジュール200は、図4に示すように、面発光型レーザ107、フォトダイオード109を備えている。また、第1の半導体基板106a、第2の半導体基板106b、配線基板102、配線層104、透明樹脂108、第1のボンディングワイヤ111a、第2のボンディングワイヤ111b、レンズ135、パッケージ136、リードフレーム137等を備えている。
面発光型レーザ107が形成された第1の半導体基板106aの主面P101側が第1の配線基板102aと対向するように、金バンプ105によって第1配線基板102a上にフリップチップで実装されている。また、フォトダイオード109の形成された第2の半導体基板106bは透明樹脂108などによって第1の半導体基板106a上に固定されている。
面発光レーザ107からの第1の出射光121は、第1の半導体106a及び第2の半導体基板106bを通過した後、フォトダイオード109に入射される。第2の出射光122は、第1の配線基板102aに向けて出射される。
第2の従来例に係る光送信モジュール200によれば、面発光型レーザ107が形成された第1の半導体基板106a上に、フォトダイオード109が形成された第2の半導体基板106bを直接実装するため、実装容積の少ない素子を提供することができる。
なお、後述する実施形態において非特許文献1を引用するが、これについては後述する。
特開平9−199795号公報
特開2003−249713号公報
第51回応用物理学会 学術講演会 講演予稿集 30p−ZT−3,1263頁
上記第1及び第2の従来例においては、以下のような問題点があった。
第1の従来例における問題点の一つは、第2の半導体基板106b表面に面発光型レーザ107駆動用の配線114や電極132が形成された特殊な仕様である点である。また、他の問題点は、光送信モジュールで一般的に用いられる汎用の表面入射型フォトダイオードをそのまま使用することができない点である。これらの問題により、第1の従来例に係る光送信モジュールは、コストを低減することが困難である。
第1の従来例における問題点の一つは、第2の半導体基板106b表面に面発光型レーザ107駆動用の配線114や電極132が形成された特殊な仕様である点である。また、他の問題点は、光送信モジュールで一般的に用いられる汎用の表面入射型フォトダイオードをそのまま使用することができない点である。これらの問題により、第1の従来例に係る光送信モジュールは、コストを低減することが困難である。
第2の従来例における問題点の一つは、裏面入射型のフォトダイオードが実装されている点である。裏面入射型のフォトダイオードとは、フォトダイオードが形成された第2の半導体基板106bの裏面P104側から面発光型レーザの出射光が入射して、第2の半導体基板を通過した光がフォトダイオードに入射されるタイプのものをいう。このため、光送信モジュールで一般的に用いられる最も汎用的な表面入射型のフォトダイオードをそのまま使用することができない。その結果、コスト低減が困難となる。
また、他の問題点は、面発光型レーザが形成された基板と、フォトダイオードが形成された基板とを対面させることにより実装しているので、面発光型レーザとフォトダイオードをこれらの基板の厚み以下にすることができないという点である。すなわち、面発光型レーザ及びフォトダイオードが形成された基板の厚みを合計した距離以下にはできないことになる。一般的な半導体光素子の基板厚さは100〜200[μm]であるため、本従来例の構造では、面発光型レーザ7とフォトダイオード9の間の距離は最小でも200[μm]以下にはできないことになる。従って、第2の従来例に係る光送信モジュールの構造では、受光効率の点で不利であり、低消費電力化を実現する上で、あるいは光出力の改善を図る上で課題を残している。
なお、上記従来例においては、光送信モジュールを例にとり説明したが、これに限定されるものではなく、面発光型レーザと受光素子とを含む集積光部品を備えるもの全般において、同様の問題が生じ得る。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、低消費電力化を実現でき、かつ、低コスト化を実現できる集積光部品、及びその製造方法、及び当該集積光部品を具備する光通信装置を提供することである。
上記目的を達成するため、本発明の第1の態様に係る集積光部品は、面発光型レーザを有する第1の半導体基板と、表面入射型の受光素子を有する第2の半導体基板とを備えた集積光部品であって、該第1の半導体基板が実装された第1の配線基板と、該第2の半導体基板が実装された第2の配線基板とを備え、該面発光型レーザから発振される第1の出射光の少なくとも一部を該表面入射型の受光素子により受光可能なように、該第1の出射光の少なくとも一部が透過可能な光透過性材料により該第1の配線基板と該第2の配線基板との配置を固定したものである。
本発明の第1の態様に係る集積光部品によれば、安価に入手可能であって、かつ表面入射型の最も汎用的な受光素子を利用することができるので、低コスト化を実現できる。また、表面入射型の受光素子と面発光型レーザとを従来に比して接近させることが可能であるので、受光効率をアップさせることができる。従って、光出力の改善や低消費電力化を実現できる。
本発明の第2の態様に係る集積光部品は、面発光型レーザを有する第1の半導体基板と、表面入射型の受光素子を有する第2の半導体基板とを備えた集積光部品であって、該第1の半導体基板が実装された第1の配線基板を固定する第1の筐体と、該第2の半導体基板が実装された第2の配線基板を固定する第2の筐体とを備え、該面発光型レーザから発振される第1の出射光の少なくとも一部を該表面入射型の受光素子により受光可能なように、該第1の筐体と該第2の筐体とを嵌合せしめることにより該第1の配線基板と該第2の配線基板との配置を固定したものである。
本発明の第2の態様に係る集積光部品によれば、安価に入手可能であって、かつ表面入射型の最も汎用的な受光素子を利用することができるので、低コスト化を実現できる。また、表面入射型の受光素子と面発光型レーザとを従来に比して接近させることが可能であるので、受光効率をアップさせることができる。従って、光出力の改善や低消費電力化を実現できる。
本発明の第3の態様に係る集積光部品は、上記態様の集積光部品において、上記面発光型レーザから出射される上記第1の出射光が、少なくとも上記第1の半導体基板を通過したのちに上記受光素子に入射することを特徴とするものである。
本発明の第4の態様に係る集積光部品は、上記態様の集積光部品において、上記面発光型レーザは、上記第1の出射光とは反対側の方向に第2の出射光が発振されるものであり、該面発光型レーザにより出射された該第2の出射光を伝搬する光学部品を備えていることを特徴とするものである。
本発明の第4の態様に係る集積光部品によれば、第1の出射光における受光素子の受光効率を高めることができるので、第2の出射光の光出力を高めることが可能となる。そのため、光出力の改善や低消費電力化を実現できる。
本発明の第5の態様に係る集積光部品は、上記第1の出射光若しくは上記第2の出射光の通過経路の少なくとも一部に上記光透過性材料が配設されていることを特徴とするものである。
本発明の第6の態様に係る集積光部品は、上記光透過性材料の屈折率が、1.85以上であって、上記第1の半導体基板の屈折率以下であることを特徴とするものである。このようにすることにより、面発光型レーザの光出射面の近傍に受光素子を配設した場合に発生する恐れのある反射戻り光を効果的に抑制することができる。
本発明の第7の態様に係る集積光部品は、上記第1の半導体基板は、上記第1の配線基板と上記第2の配線基板との間に配設され、上記第2の半導体基板は、上記第2の配線基板を介して上記第1の半導体基板と対向するように配設されていることを特徴とするものである。
本発明の第8の態様に係る集積光部品は、上記第1の半導体基板及び上記第2の半導体基板は、上記第1の配線基板と上記第2の配線基板との間に配設されていることを特徴とするものである。
本発明の第9の態様に係る集積光部品は、上記第1の出射光が、上記受光素子に入射されるまでに通過する基板の少なくとも一つの表面に該第1の出射光の一部を散乱させるための散乱手段が施されていることを特徴とするものである。このようにすることにより、面発光型レーザの光出射面の近傍に受光素子を配設した場合に発生する恐れのある反射戻り光を効果的に抑制することができる。
本発明の第10の態様に係る集積光部品は、上記面発光型レーザから上記受光素子に受光されるまでの上記第1の出射光の入射距離が、該受光素子の場所に応じて異なるように位置調整手段を用いて該第2の半導体基板を配置したことを特徴とするものである。このようにすることにより、面発光型レーザの光出射面の近傍に受光素子を配設した場合に発生する恐れのある反射戻り光を効果的に抑制することができる。
本発明の第11の態様に係る集積光部品は、上記第9の態様の集積光部品において、上記位置調整手段として、粒径の異なる複数のバンプを用いていることを特徴とするものである。
本発明の第12の態様に係る集積光部品は、上記第9の態様の集積光部品において、上記位置調整手段として、上記第2の配線基板に段差を設けたことを特徴とするものである。
本発明の第13の態様に係る集積光部品は、上記受光素子の入射面と上記面発光型レーザの上記第1の出射光の出口面との最短距離が、10[μm]以上であって、200[μm]以下であることを特徴とするものである。10[μm]以上とすることにより、接触による破損や電気的干渉を回避することが容易となる。また、200[μm]以下とすることにより、より効果的に面発光型レーザから発振される第1の出射光の受光素子における受光効率を高めることができる。
本発明の第14の態様に係る集積光部品は、複数の光学部品と、該光学部品中を伝搬する伝搬光と、該光学部品と当接され該伝搬光の少なくとも一部を透過する光透過性樹脂とを少なくとも備える集積光部品であって、該光透過性樹脂は、該伝搬光の波長よりも十分に小さな粒径であって、かつ、主成分となる樹脂よりも高屈折率である微粒子が混練されているものである。このような構成にすることにより、光学部品と光透過性樹脂との界面において、伝搬光の反射戻り光を抑制することができる。
本発明の第15の態様に係る集積光部品は、上記第1〜13の態様のいずれかの態様の集積光部品において、上記光透過性樹脂が用いられていることを特徴とするものである。
本発明の第16の態様に係る光通信装置は、上記第1〜14の態様のいずれかの態様に記載の集積光部品を備えたものである。
本発明の第17の態様に係る集積光部品の製造方法は、面発光型レーザを有する第1の半導体基板と、該面発光型レーザからの第1の出射光の少なくとも一部を受光する表面入射型の受光素子を有する第2の半導体基板とを備えた集積光部品の製造方法であって、該第1の半導体基板を第1の配線基板に実装し、該第2の半導体基板を第2の配線基板に実装し、該第1の配線基板上であって該第1の半導体基板を覆うように光透過性樹脂を塗布し、該第2の配線基板を該光透過性樹脂上であって、該面発光型レーザから発振される第1の出射光の少なくとも一部を該表面入射型の受光素子により受光可能な位置に配置し、該光透過性樹脂を外部刺激により硬化し、該受光素子への配線を配設するものである。
本発明の第17の態様に係る集積光部品の製造方法によれば、安価に入手可能であって、かつ表面入射型の最も汎用的な受光素子を利用した集積光部品の製造方法を提供することができるので、低コスト化を実現できる。また、表面入射型の受光素子と面発光型レーザとを従来に比して接近させることが可能であるので、受光効率をアップさせることができる。従って、光出力の改善や低消費電力化を実現できる。
本発明の第18の態様に係る集積光部品の製造方法は、面発光型レーザを有する第1の半導体基板と、該面発光型レーザからの第1の出射光の少なくとも一部を受光する表面入射型の受光素子を有する第2の半導体基板とを備えた集積光部品の製造方法であって、該第1の半導体基板を第1の配線基板に実装し、該第1の配線基板を第1の筐体に固定し、該第2の半導体基板を第2の配線基板に実装し、該第2の配線基板を第2の筐体に固定し、該受光素子への配線を配設し、該第1の筐体と該第2の筐体とを嵌合することにより第1の配線基板と第2の配線基板とを一体に固定するものである。
本発明の第18の態様に係る集積光部品の製造方法によれば、安価に入手可能であって、かつ表面入射型の最も汎用的な受光素子を利用した集積光部品の製造方法を提供することができるので、低コスト化を実現できる。また、表面入射型の受光素子と面発光型レーザとを従来に比して接近させることが可能であるので、受光効率をアップさせることができる。従って、光出力の改善や低消費電力化を実現できる。
本発明の第19の態様に係る集積光部品の製造方法は、上記態様の集積光部品の製造方法において、上記面発光型レーザは、上記第1の出射光とは反対側の方向に第2の出射光が発振されるものであり、該第2の出射光を伝播する光学部品と、該面発光型レーザに備えられた活性層とを該第2の出射光が該光学部品に光学的に結合するように光軸調整を行い、該面発光型レーザと該光学部品との配置を固定することを特徴とするものである。
本発明の第19の態様に係る集積光部品の製造方法によれば、第1の出射光における受光素子の受光効率を高めることができるので、第2の出射光の光出力を高めることが可能となる。そのため、光出力の改善や低消費電力化を実現できる。
本発明によれば、低消費電力化を実現でき、かつ、低コスト化を実現できる集積光部品、及びその製造方法を提供することができるという優れた効果がある。
1 筐体
1a 第1の筐体
1b 第2の筐体
2a 第1の配線基板
2b 第2の配線基板
3 光ファイバ
4a 第1の配線層
4b 第2の配線層
5a 第1の金バンプ
5b 第2の金バンプ
6a 第1の半導体基板
6b 第2の半導体基板
7 面発光型レーザ
8 光透過性樹脂
9 フォトダイオード
10 光送信モジュール
11a 第1のボンディングワイヤ
11b 第2のボンディングワイヤ
20 光送信モジュール
21 後方出射光
22 前方出射光
1a 第1の筐体
1b 第2の筐体
2a 第1の配線基板
2b 第2の配線基板
3 光ファイバ
4a 第1の配線層
4b 第2の配線層
5a 第1の金バンプ
5b 第2の金バンプ
6a 第1の半導体基板
6b 第2の半導体基板
7 面発光型レーザ
8 光透過性樹脂
9 フォトダイオード
10 光送信モジュール
11a 第1のボンディングワイヤ
11b 第2のボンディングワイヤ
20 光送信モジュール
21 後方出射光
22 前方出射光
以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
[実施形態1]
図1は、本実施形態1に係る集積光部品を有する光送信モジュール10の構成を示す模式的断面図である。光送信モジュール10は、図1に示すように、発光素子たる面発光型レーザ7、受光素子たるフォトダイオード9を備えている。また、筐体1、光ファイバ3、光透過性樹脂8、第1の半導体基板6a、第2の半導体基板6b、第1の配線基板2a、第2の配線基板2b、第1の配線層4a、第2の配線層4b、第1の金バンプ5a、第2の金バンプ5b、第1のボンディングワイヤ11a、第2のボンディングワイヤ11b等を備えている。
図1は、本実施形態1に係る集積光部品を有する光送信モジュール10の構成を示す模式的断面図である。光送信モジュール10は、図1に示すように、発光素子たる面発光型レーザ7、受光素子たるフォトダイオード9を備えている。また、筐体1、光ファイバ3、光透過性樹脂8、第1の半導体基板6a、第2の半導体基板6b、第1の配線基板2a、第2の配線基板2b、第1の配線層4a、第2の配線層4b、第1の金バンプ5a、第2の金バンプ5b、第1のボンディングワイヤ11a、第2のボンディングワイヤ11b等を備えている。
筐体1の上面には、図1に示すように、第1の配線基板2aが配設されている。筐体1及び第1の配線基板2aには、後述する面発光型レーザ7から出射される第2の出射光が入射可能な位置に貫通穴が設けられており、この貫通穴に光ファイバ3が挿入されている。このように構成することにより、面発光型レーザ7からの第2の出射光を光ファイバ3に入射することが可能となる。
第1の配線基板2a上には、所望の位置に第1の配線層4aが積層されている。そして、第1の配線層4a上には第1の金バンプ5aを介して第1の半導体基板6aがフィリップチップ実装されている。金バンプとしては、例えば、直径20[μm]程度のものが用いられる。
第1の半導体基板6a上には、図1に示すように、面発光型レーザ7が形成されている。以下、面発光型レーザ7が形成されている側の第2の半導体基板6bの表面を主面P1、面発光型レーザ7が形成されている側とは反対側の第1の半導体基板6aの表面を裏面P2という。筐体1と、第1の半導体基板6aにおける主面P1とが対向するように、主面P1が図中下向きになるように配設されている。すなわち、第1の半導体基板6a上に形成された面発光型レーザ7が、図中下向きになるように配設されている。また、面発光型レーザ7からの第2の出射光が、光ファイバ3に光学的に結合される位置に第1の半導体基板6aが第1の配線基板2a上に実装せしめられている。
面発光型レーザ7は、いわゆる垂直共振器型のレーザであり、レーザ発振可能な状態となると第1の半導体基板6aに対して垂直な方向に光が出射される。本実施形態1で用いた面発光型レーザは、1.2[μm]帯の半導体レーザである。以降の説明において、裏面P2側に出射される第1の出射光を後方出射光21、後方出射光とは反対側から出射されて光ファイバ3に入射する第2の出射光を前方出射光22という。後方出射光21と前方出射光22の光出力強度比は、例えば、反射鏡の反射率を調整することにより容易に変更することができる。出射光の伝送形態は、単一モード、マルチモードを問わずに適用することができる。
第1の配線基板2a上には、第1の半導体基板6aの前面を覆うように光透過性樹脂が充填せしめられている。光透過性樹脂とは、面発光型レーザ7から発振されるレーザ光の少なくとも一部を透過可能なものをいい、公知の樹脂を用いることができる。光出力の改善あるいは低消費電力化の観点から、レーザ光の透過率が高いほど好ましい。また、光透過性樹脂は、塗布により容易に基板上に充填することが可能であって、外部刺激により硬化可能なものが、取り扱い性、プロセス容易性の観点等から特に好ましい。本実施形態1においては、屈折率が1.85であって、UV光照射により硬化可能なものを用いた。光通信モジュールなどにおいて用いられる透明樹脂の屈折率は、一般的に光ファイバの屈折率と同程度の1.45程度のものが用いられていたのに対し、本実施形態においては、それよりも高屈折率のものを用いている。その理由は、後述する。
光透過性樹脂8上には、第2の配線基板2bが配設されている。光透過性樹脂8は、面発光型レーザ7からの出射光を透過させる他に、第2の配線基板2bと第1の配線基板2aとを固定する役割を担っている。
第2の配線基板2bは、光透過性樹脂8を介して第1の半導体基板6aの裏面P2と対向配設されている。本実施形態においては、第1の出射光に対して透過性を有する基板を用いた。第2の配線基板2bは、変形自在なフレキシブル基板により構成されており、その端部において第1の配線基板2aと当接可能なように折り曲げられている(図1参照)。例えば、25[μm]程度のフレキシブル回路基板を用いることができる。第1の配線基板2aと第2の配線基板2bとが近接した位置にて、第1の配線層4aと第2の配線層4bとが接触されている。
なお、面発光型レーザから発振される出射光に対して透過性を有しない場合には、出射光の通過部に貫通孔を設ければよい。
第2の配線基板2bは、光透過性樹脂8を介して第1の半導体基板6aの裏面P2と対向配設されている。本実施形態においては、第1の出射光に対して透過性を有する基板を用いた。第2の配線基板2bは、変形自在なフレキシブル基板により構成されており、その端部において第1の配線基板2aと当接可能なように折り曲げられている(図1参照)。例えば、25[μm]程度のフレキシブル回路基板を用いることができる。第1の配線基板2aと第2の配線基板2bとが近接した位置にて、第1の配線層4aと第2の配線層4bとが接触されている。
なお、面発光型レーザから発振される出射光に対して透過性を有しない場合には、出射光の通過部に貫通孔を設ければよい。
第2の配線基板2b上には、第2の配線層4bが所望の位置に形成されている。そして、第2の配線層4bは、第1のボンディングワイヤ11aを介して、第1の配線層4aと電気的に接続されている。また、第2の配線層4b上には第2の金バンプ5bを介して第2の半導体基板6bがフィリップチップ実装されている。無論、金バンプに代えて半田バンプ等を用いることもできる。
第2の半導体基板6b上には、受光素子たるフォトダイオード9が形成されている。以下、フォトダイオード9が形成されている側の第2の半導体基板6bの表面を主面P3、フォトダイオード9が形成されている側とは反対側の第2の半導体基板6bの表面を裏面P4という。第2の配線基板2bと、第2の半導体基板6bの主面P3とが対向するように、主面P3が図中下向きになるように配設されている。すなわち、第2の半導体基板6b上に形成されたフォトダイオード9が、図中下向きになるように配設されている。また、面発光型レーザ7からの第1の出射光たる後方出射光21が、フォトダイオード9に入射可能となるように位置を考慮の上、第2の半導体基板6bが実装せしめられている。第2の半導体基板の裏面P4と、第1の配線層2aとは、第2のボンディングワイヤ11bを介して接続されている。
第1の出射光は、第1の半導体基板6a、光透過性樹脂8、第2の配線基板2bを順次通過した後フォトダイオード9に入射する。本実施形態1においては、表面入射型のものであって、かつ、安価に入手可能であって最も汎用的なフォトダイオードを用いた。これにより、部品の低コスト化を期待することができる。また、このような汎用的なフォトダイオードの場合、受光径がおよそ200[μm]程度であり、後方出射光21の光スポット径よりも十分大きい。このため、後方出射光21をフォトダイオード9で受光させるための位置合わせを、精密に行う必要がない。よって、実装コストの低減を期待できる。
なお、本実施形態1においては、第2の半導体基板6bの凹部内にフォトダイオードを備える例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば第2の半導体基板6b上に形成してもよい。
なお、本実施形態1においては、第2の半導体基板6bの凹部内にフォトダイオードを備える例を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば第2の半導体基板6b上に形成してもよい。
以上のような構成により、面発光型レーザ7及びフォトダイオード9を一体に備えた集積光部品を得ることができる。なお、本実施形態1に係る光送信モジュールとして、光ファイバ3と筐体1とを備えた例について説明したが、これに限定されるものではなく、第1の配線基板に実装された面発光型レーザを備える半導体基板と、第2の配線基板に実装された受光素子とが固定手段により固定されているものであれば本件発明を適用できる。
続いて、光透過性樹脂の屈折率を1.85とした理由について説明する。本実施形態1のように面発光型レーザ7の光出口面の近傍に受光素子が配置されるような集積構造においては、面発光型レーザ7への反射戻り光が問題となる恐れがある。反射戻り光を抑制するための最も好ましい形態は、半導体基板の屈折率と同じ光透過性材料を用いることである。しかしながら、光透過性材料は、面発光型レーザ7からの出射光の高い透過率を維持し、かつ、絶縁機能を有し、本実施形態1においては固定手段としても適用可能な材料を選定する必要がある。
上記非特許文献1によれば、発振波長が1.2[μm]付近の面発光型レーザを用いた場合、出射光強度に対する反射戻り光の相対強度が−21[dB]以下であれば、相対強度雑音(RIN)の劣化は見られないと報告されている。この結果に基づいて、面発光型レーザ7の後方反射光21が前方出射光22の光出力に対して−21[dB]以下に抑制されるために必要となる樹脂の屈折率を簡単に求めてみる。
まず、計算の条件として、面発光型レーザ7が搭載された第1の半導体基板6aの屈折率をn1=3.375、光透過性樹脂の屈折率をn2、面発光レーザの発振波長を1360nmとする。ここで面発光レーザの発振波長を1360nmとした理由は、光通信用用途で一般的な波長帯であることと、一般的に波長が長いほど第一の半導体基板の屈折率が小さくなるために上記光透過性樹脂に要求される屈折率の下限値を求めるのに適しているためである。
まず、計算の条件として、面発光型レーザ7が搭載された第1の半導体基板6aの屈折率をn1=3.375、光透過性樹脂の屈折率をn2、面発光レーザの発振波長を1360nmとする。ここで面発光レーザの発振波長を1360nmとした理由は、光通信用用途で一般的な波長帯であることと、一般的に波長が長いほど第一の半導体基板の屈折率が小さくなるために上記光透過性樹脂に要求される屈折率の下限値を求めるのに適しているためである。
面発光型レーザへの反射戻り光は、<1>第一の半導体基板−光透過性樹脂の境界、<2>光透過性樹脂−フォトダイオード入射面の境界、にて生じる。また、<3>上記<1>と上記<2>の間で多重反射が起こって反射戻り光が生じる場合がある。上記<2>及び上記<3>における反射戻り光については、フォトダイオードを傾けて実装したり、PDの表面に無反射コーティングを施すことで低減可能である。このため、ここでは考慮せず上記<1>における反射率を求める。反射率Rは、よく知られる以下の数1の平面波の反射率の式により求めることができる。
上記数1を用いて、後方出射光からの反射戻り光と前方出射光強度との比率が−21[dB]以下となるために必要な光透過性樹脂の屈折率n2を求めればよい。ここで前方/後方光出力比が0.9/0.1の構造の面発光型レーザについてn2を求めると、およそn2=1.95となり、光透過性樹脂に要求される屈折率の下限が求まる。しかし、この下限値は第一の半導体基板内での光吸収や上記<1>の境界面の凹凸を考慮しない理想的な場合の値であるため、実際に要求される屈折率の下限値はもう少し低くてもよい。例えば上記<1>の境界面を完全な鏡面研磨とせずにある程度(例えば20%)の散乱性を持たせると、n2の下限を1.85とすることができる。
本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、以下のように調製した光透過性樹脂において高屈折率を示すことがわかった。すなわち、後方出射光の波長に対して十分に小さな粒径を有する微粒子であって、かつ、主成分となる樹脂よりも高屈折率の微粒子を混練することにより得ることができることがわかった。
高屈折率の光透過性樹脂を使用することにより、面発光型レーザ7及び光透過性樹脂8、並びに光透過性樹脂8及びフォトダイオード9間における屈折率さが小さくなり、各々の境界での反射率を低減することができる。
なお、高屈折率の光透過性樹脂は、光学部品と光学部品中を伝播する伝搬光と、光学部品と当接して伝搬光を伝播する樹脂とを備えるものに適宜利用することができる。
なお、高屈折率の光透過性樹脂は、光学部品と光学部品中を伝播する伝搬光と、光学部品と当接して伝搬光を伝播する樹脂とを備えるものに適宜利用することができる。
次に、本実施形態に係る光送信モジュールの製造方法について説明する。なお、下記の製造工程は典型的な一例であり、本発明の趣旨に合致する限り他の製造方法を採用することができることは言うまでもない。
まず、ステップS1として、第1の配線基板2aを筐体1に固定する。固定手段としては、例えば、接着剤を用いることができる。第1の配線基板2a上には、予め所望の位置にフォトリソグラフィー工程等により第1の配線層4aを形成しておく。また、第1の配線基板2aには、光ファイバ3を挿入するための貫通穴を設けておく。筐体1も同様にして、光ファイバ3を挿入するための貫通穴を予め設けておく。そして、これらの筐体1と第1の配線基板2aとを、貫通穴の位置が一致するように位置合わせをした上で固定する。
次に、ステップS2として、面発光型レーザ7が一体的に形成された第1の半導体基板6aを、第1の配線基板2a上に実装する。本実施形態1においては、直径25[μm]の第1の金バンプ5aを第1の配線基板2a上に圧着によりフリップチップ実装した。このように実装することにより、面発光型レーザ7は、第1の配線基板2a上に形成された第1の配線層4a及び第1の金バンプ5aを通じて駆動されることになる。
実装するに際しては、第1の半導体基板6aの主面P1と第1の配線基板2aとが、第1の金バンプ5aを介して対向するように実装する。金バンプに代えて、半田バンプ等を用いてもよい。
実装するに際しては、第1の半導体基板6aの主面P1と第1の配線基板2aとが、第1の金バンプ5aを介して対向するように実装する。金バンプに代えて、半田バンプ等を用いてもよい。
第1の半導体基板は、面発光型レーザの発振波長に対して透過性を有することが好ましい。面発光型レーザの発振波長に対して第1の半導体基板6aが透過性を有しない場合には、面発光型レーザの発振領域となる第1の半導体基板の領域をエッチング工程等により除去する。これにより、面発光型レーザの発振波長に対して透過性を有しない場合にも、前方出射光、後方出射光を得ることが可能となる。
続いて、ステップS3として、筐体1及び第1の配線基板2aに設けられた貫通穴に光ファイバ3を挿入し、位置合わせをした上で固定する。光ファイバ3を筐体1及び第1の配線基板2aの貫通穴に挿入した後に、面発光型レーザ7からの出射光が入射される側と、その反対側のファイバ端からそれぞれ赤外光を入射させる。また、面発光型レーザ7の後方出射光が出射される位置に赤外線カメラを配置する。そして、光ファイバ3から出射されて、面発光型レーザ7を透過した赤外光を赤外線カメラで観察し、その画像を見ながら光ファイバ3と面発光型レーザ内に備えられた不図示の活性層との光軸調整を行い、光軸が定まった時点で光ファイバ3を筐体1に固定する。固定手段としては、例えば、紫外線硬化樹脂等を用いることができる。
続いて、ステップS4として、第1の配線基板2a上であって、面発光型レーザ7全体を覆うように光透過性樹脂8を塗布する。この際、第1の半導体基板がすっぽり覆われるように光透過性樹脂を塗布する。光透過性樹脂としては、例えば、屈折率が1.85のものを用いる。
ステップS5として、フォトダイオード9を一体的に形成した第2の半導体基板6bを、第2の配線基板2b上に実装する。本実施形態1においては、第2の金バンプ5bを用いて熱圧着によりフリップチップ実装した。第2の配線基板2b上には、予め第2の配線層4bが形成されている。本実施形態1に用いられるフォトダイオードは、後方出射光の光スポットに対して十分に大きな受光径を有するものである。そのため、精密な光軸調整は不要である。本実施形態においては、表面出射型のフォトダイオードが使用されるため、フォトダイオードに対する第2の半導体基板の光透過性は考慮する必要がないというメリットを有する。
その後、ステップS6として、第2の配線基板2bを光透過性樹脂8上に配置して固定する。この際、面発光型レーザ7の後方出射光21がフォトダイオード9に受光可能なように位置合わせを行う。本実施形態においては、受光径が200[μm]程度の大口径のものを用いたので、精密な位置合わせは不要である。第2の配線基板2bの固定手段としては、光透過性樹脂にUV光を照射して、硬化せしめることにより行う。なお、UV光照射により硬化するものの他、熱により硬化するもの等を利用してもよい。
最後に、ステップS7として、第1の配線層4aと第2の配線層4bとの間にフォトダイオード9駆動用の第2のボンディングワイヤ11bを形成する。このようにして、本実施形態1に係る集積光部品を形成することができる。
本実施形態1に係る光送信モジュールによれば、面発光型レーザ7とフォトダイオード9とが光透過性樹脂8のみを介して近接して配設されているので、上記第2の従来例より面発光型レーザとフォトダイオードとを近接させることができる。例えば、第1の半導体基板6aの厚さを100[μm]、金バンプの直径を20[μm]、第2の配線基板を25[μm]とすると、面発光型レーザの光の出口面からフォトダイオード9の入射面までの距離を約145[μm]とすることができる。このため、面発光型レーザ7の後方出射光のフォトダイオード9での受光効率を高めることができる。その結果、前方出射光と後方出射光との光出力比を大きく変えることが可能となり、集積光部品の光出力の改善や低消費電力化を達成することができる。
また、本実施形態1に係る光送信モジュールによれば、安価に入手可能であって、最も汎用的な表面入射型のフォトダイオードを利用することができる。このため、部品の低コスト化を実現できる。さらに、反射戻り光を簡易な方法により抑制可能であるので、実装コストの低減も実現できる。
また、本実施形態1に係る光送信モジュールによれば、安価に入手可能であって、最も汎用的な表面入射型のフォトダイオードを利用することができる。このため、部品の低コスト化を実現できる。さらに、反射戻り光を簡易な方法により抑制可能であるので、実装コストの低減も実現できる。
なお、本実施形態1においては、前方出射光22が直接光ファイバ3に結合される構造について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、第1の配線基板2a上にレンズや光フィルタ、偏光子などの光学部品が付加されていてもよい。また、光ファイバに結合されていなくてもよい。
また、本実施形態1においては、表面出射型の面発光型レーザについて説明したが、裏面出射型(第2の出射光を第1の基板を通過した後に光ファイバに結合させる構造)の面発光型レーザを用いてもよい。裏面出射型の面発光型レーザを用いれば、面発光型レーザとフォトダイオードとの距離をより近接させることが可能であるというメリットがある。この場合には、例えば、面発光型レーザは、第1の配線層上に硬化性樹脂等で固定し、第2の配線基板若しくはボンディングワイヤを通じて通電経路を形成することができる。
[変形例1]
次に、上記実施形態とは反射戻り光を抑制するための手段が異なる集積光部品を例にとり説明する。なお、以降の説明において、説明の便宜上、同一の要素部材は上記実施形態1と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
次に、上記実施形態とは反射戻り光を抑制するための手段が異なる集積光部品を例にとり説明する。なお、以降の説明において、説明の便宜上、同一の要素部材は上記実施形態1と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
本変形例1に係る集積光部品における基本的な構成は、上記実施形態1と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、上記実施形態1においては、第2の配線基板と第2の半導体基板を実装する際に用いられる第2の金バンプ5bとして、粒径が均一のものを用いたが、本変形例1においては、第2の金バンプ5bの粒径が異なるものを少なくとも2種以上含むものを用いた。本変形例1において第2の金バンプ5bの粒径を異ならしめる目的は、フォトダイオード9の受光面を面発光型レーザ7に対して傾けることにある。これにより、反射戻り光を簡易な方法で、かつ効果的に抑制することができる。
なお、フォトダイオード9の受光面を面発光型レーザ7の出口面に対して傾ける方法であればよく、バンプの粒径を変える方法に限定されるものではない。例えば、配線の厚みに段差を設ける方法などにより実現してもよい。
[変形例2]
次に、上記実施形態とは反射戻り光を抑制するための手段が異なる集積光部品を例にとり説明する。
次に、上記実施形態とは反射戻り光を抑制するための手段が異なる集積光部品を例にとり説明する。
本変形例2に係る集積光部品における基本的な構成は、上記実施形態1と同様であるが、以下の点が異なる。すなわち、上記実施形態1においては、第1の半導体基板6aや第2の配線基板2bの表面に特に処理を行わなかったが、本変形例2においては、これらの表面を荒くし、透過光を散乱させるように構成した。これにより、反射戻り光を簡易な方法で、かつ効果的に抑制することができる。
[実施形態2]
次に、上記実施形態1に係る光送信モジュール10と構造が異なる例について図2を用いて説明する。図2は、本実施形態2に係る集積光部品20の模式的断面図である。
図2は、本実施形態1に係る集積光部品を有する光送信モジュール20の構成を示す模式的断面図である。光送信モジュール20は、図2に示すように、発光素子たる面発光型レーザ7、受光素子たるフォトダイオード9を備えている。また、第1の筐体1a、第2の筐体1b、光ファイバ3、光透過性樹脂8、第1の半導体基板6a、第2の半導体基板6b、第1の配線基板2a、第2の配線基板2b、第1の配線層4a、第2の配線層4b、第1の金バンプ5a、第2の金バンプ5b等を備えている。
次に、上記実施形態1に係る光送信モジュール10と構造が異なる例について図2を用いて説明する。図2は、本実施形態2に係る集積光部品20の模式的断面図である。
図2は、本実施形態1に係る集積光部品を有する光送信モジュール20の構成を示す模式的断面図である。光送信モジュール20は、図2に示すように、発光素子たる面発光型レーザ7、受光素子たるフォトダイオード9を備えている。また、第1の筐体1a、第2の筐体1b、光ファイバ3、光透過性樹脂8、第1の半導体基板6a、第2の半導体基板6b、第1の配線基板2a、第2の配線基板2b、第1の配線層4a、第2の配線層4b、第1の金バンプ5a、第2の金バンプ5b等を備えている。
第1の筐体1aの上面には、図2に示すように、第1の配線基板2aが配設されている。第1の筐体1a及び第1の配線基板2aには、後述する面発光型レーザ7から出射される第2の出射光が入射可能な位置に貫通穴が設けられており、この貫通穴に光ファイバ3が挿入されている。このように構成することにより、面発光型レーザ7からの第2の出射光を光ファイバ3に入射することが可能となる。
第1の配線基板2a上には、所望の位置に第1の配線層4aが積層されている。そして、第1の配線層4a上には第1の金バンプ5aを介して第1の半導体基板6aがフィリップチップ実装されている。金バンプとしては、例えば、直径20[μm]程度のものが用いられる。
第1の半導体基板6a上には、図2に示すように、面発光型レーザ7が形成されている。第1の筐体1aと、第1の半導体基板6aにおける主面P1とが対向するように、主面P1が図中下向きになるように配設されている。すなわち、第1の半導体基板6a上に形成された面発光型レーザ7が、図中下向きになるように配設されている。また、面発光型レーザ7からの第2の出射光が、光ファイバ3に光学的に結合される位置に第1の半導体基板6aが第1の配線基板2a上に実装せしめられている。
第2の筐体1bの上面には、図2に示すように、第2の配線基板2bが配設されている。第2の配線基板2b上には、所望の位置に第2の配線層4bが積層されている。そして、第2の配線層4b上には第2の金バンプ5bを介して第2の半導体基板6bがフィリップチップ実装されている。金バンプとしては、例えば、直径20[μm]程度のものが用いられる。
第2の半導体基板6b上には、図2に示すように、フォトダイオード9が形成されている。第2の筐体1bと、第2の半導体基板6aにおける裏面P4とが対向するように、主面P4が図中上向きになるように配設されている。すなわち、第2の半導体基板6b上に形成されたフォトダイオード9が、図中下向きになるように配設されている。また、第1の出射光が、フォトダイオードに受光される位置となるように考慮の上、第2の半導体基板6bが第2の配線基板2b上に実装せしめられている。
第1の筐体と第2の筐体とは、それぞれ係合部と被係合部とが備えられ、これにより第1の筐体と第2の筐体とが嵌合せしめられている。第1の配線基板2a及び第2の配線基板2bは、変形自在なフレキシブル基板により構成されており、その端部において折り曲げられている(図2参照)。そして、第1の配線基板2aと第2の配線基板2bとが近接した位置にて、第1の配線層4aと第2の配線層4bとが電気的に導通するように接触されている。
第1の半導体基板6aと第2の半導体基板6bとは、図2に示すように、対向配置されている。これらの間は、反射戻り光を抑制するために、光屈折率を有する光透過性樹脂や液体等を充填してもよい。
第1の出射光は、第1の半導体基板6aを通過した後にフォトダイオード9に入射する。本実施形態1においては、表面入射型のものであって、かつ、安価に入手可能であって最も汎用的なフォトダイオードを用いた。これにより、部品の低コスト化を期待することができる。また、このような汎用的なフォトダイオードの場合、受光径がおよそ200[μm]程度であり、後方出射光21の光スポット径よりも十分大きいため、後方出射光21をフォトダイオード9で受光させるための位置合わせを精密に行う必要がない。
次に、本実施形態2に係る光送信モジュールの製造方法について説明する。
まず、ステップS11として、第1の配線基板2aを第1の筐体1aに固定する。固定手段としては、例えば、接着剤を用いることができる。第1の配線基板2a上には、予め所望の位置にフォトリソグラフィー工程等により第1の配線層4aを形成しておく。また、第1の配線基板2aには、光ファイバ3を挿入するための貫通穴を設けておく。第1の筐体1aも同様にして、光ファイバ3を挿入するための貫通穴を予め設けておく。そして、これらの第1の筐体1aと第1の配線基板2aとを、貫通穴の位置が一致するように位置合わせをした上で固定する。
まず、ステップS11として、第1の配線基板2aを第1の筐体1aに固定する。固定手段としては、例えば、接着剤を用いることができる。第1の配線基板2a上には、予め所望の位置にフォトリソグラフィー工程等により第1の配線層4aを形成しておく。また、第1の配線基板2aには、光ファイバ3を挿入するための貫通穴を設けておく。第1の筐体1aも同様にして、光ファイバ3を挿入するための貫通穴を予め設けておく。そして、これらの第1の筐体1aと第1の配線基板2aとを、貫通穴の位置が一致するように位置合わせをした上で固定する。
次に、ステップS12として、面発光型レーザ7が一体的に形成された第1の半導体基板6aを、第1の配線基板2a上に実装する。本実施形態2においては、直径25[μm]の第1の金バンプ5aを第1の配線基板2a上に圧着によりフリップチップ実装した。このように実装することにより、面発光型レーザ7は、第1の配線基板2a上に形成された第1の配線層4a及び第1の金バンプ5aを通じて駆動されることになる。
実装するに際しては、第1の半導体基板6aの主面P1と第1の配線基板2aとが、第1の金バンプ5aを介して対向するように実装する。金バンプに代えて、半田バンプ等を用いてもよい。
実装するに際しては、第1の半導体基板6aの主面P1と第1の配線基板2aとが、第1の金バンプ5aを介して対向するように実装する。金バンプに代えて、半田バンプ等を用いてもよい。
次に、ステップS13として、第2の配線基板2bを第2の筐体1bに固定する。固定手段としては、例えば、接着剤を用いることができる。第2の配線基板2b上には、予め所望の位置にフォトリソグラフィー工程等により第2の配線層4bを形成しておく。
次に、ステップS14として、フォトダイオード9が一体的に形成された第2の半導体基板6bを、第2の配線基板2b上に実装する。本実施形態2においては、直径25[μm]の第2の金バンプ5bを第2の配線基板2b上に圧着によりフリップチップ実装した。このように実装することにより、フォトダイオード9は、第2の配線基板2b上に形成された第2の配線層4b及び第2の金バンプ5bを通じて駆動されることになる。
実装するに際しては、第2の半導体基板6bの主面P3と第1の配線基板2aとが、第2の金バンプ5bを介して対向するように実装する。この際、用いる金バンプの粒径を変えて、面発光型レーザ7の第1の出射光の出口面に対してフォトダイオード9の入射面を斜めに実装し、反射戻り光を抑制するように構成してもよい。
実装するに際しては、第2の半導体基板6bの主面P3と第1の配線基板2aとが、第2の金バンプ5bを介して対向するように実装する。この際、用いる金バンプの粒径を変えて、面発光型レーザ7の第1の出射光の出口面に対してフォトダイオード9の入射面を斜めに実装し、反射戻り光を抑制するように構成してもよい。
続いて、ステップS15として、第1の筐体1a及び第1の配線基板2aに設けられた貫通穴に光ファイバ3を挿入し、位置合わせをした上で固定する。光ファイバ3を第1の筐体1a及び第1の配線基板2aの貫通穴に挿入した後に、面発光型レーザ7からの出射光が入射される側と、その反対側のファイバ端からそれぞれ赤外光を入射させる。また、面発光型レーザ7の後方出射光が出射される位置に赤外線カメラを配置する。そして、光ファイバ3から出射されて、面発光型レーザ7を透過した赤外光を赤外線カメラで観察し、その画像を見ながら光ファイバ3と面発光型レーザ内に備えられた不図示の活性層との光軸調整を行い、光軸が定まった時点で光ファイバ3を第1の筐体1aに固定する。固定手段としては、例えば、紫外線硬化樹脂等を用いることができる。
続いて、ステップS16として、第1の筐体1aと第2の筐体1bの係合部、被係合部とを嵌合せしめる。嵌合手段としては、例えば、第1の筐体に係合部(例えば、ピンや凸状部)、第2の筐体に被係合部(例えば、孔部や凹部)を設け、これらを嵌合せしめることにより行うことができる。第1の筐体と第2の筐体とを嵌合せしめることにより、第1の配線層4aと第2の配線層4bとが第1の配線基板2a及び第2の配線基板2bの端部において当接され、電気的に導通する。
なお、ステップS16の前後に、反射戻り光を抑制するために面発光型レーザ7とフォトダイオード9との間に上記実施形態1に記載の光透過性樹脂や液体等を充填してもよい。
本実施形態2に係る光送信モジュールによれば、面発光型レーザ7とフォトダイオード9とが近接して配設されているので、上記第2の従来例より面発光型レーザとフォトダイオードとを近接させることができる。すなわち、第1の半導体基板6bの厚みと、部品の精度とにより決定される。例えば、第1の半導体基板6aの厚さを100[μm]とした場合、フォトダイオード9と面発光型レーザ7との距離を120[μm]程度にすることができる。このため、面発光型レーザ7の後方出射光のフォトダイオード9での受光効率を高めることができる。その結果、前方出射光と後方出射光との光出力比を大きく変えることが可能となり、集積光部品の光出力の改善や低消費電力化を達成することができる。
また、本実施形態2に係る光送信モジュールによれば、安価に入手可能であって、最も汎用的な表面入射型のフォトダイオードを利用することができる。このため、部品の低コスト化を実現できる。さらに、反射戻り光を簡易な方法により抑制可能であるので、実装コストの低減も実現できる。
Claims (19)
- 面発光型レーザを有する第1の半導体基板と、
表面入射型の受光素子を有する第2の半導体基板とを備えた集積光部品であって、
該第1の半導体基板が実装された第1の配線基板と、
該第2の半導体基板が実装された第2の配線基板とを備え、
該面発光型レーザから発振される第1の出射光の少なくとも一部を該表面入射型の受光素子により受光可能なように、該第1の出射光の少なくとも一部が透過可能な光透過性材料により該第1の配線基板と該第2の配線基板との配置を固定した集積光部品。 - 面発光型レーザを有する第1の半導体基板と、
表面入射型の受光素子を有する第2の半導体基板とを備えた集積光部品であって、
該第1の半導体基板が実装された第1の配線基板を固定する第1の筐体と、
該第2の半導体基板が実装された第2の配線基板を固定する第2の筐体とを備え、
該面発光型レーザから発振される第1の出射光の少なくとも一部を該表面入射型の受光素子により受光可能なように、該第1の筐体と該第2の筐体とを嵌合せしめることにより該第1の配線基板と該第2の配線基板との配置を固定した集積光部品。 - 請求項1又は2に記載の集積光部品において、
上記面発光型レーザから出射される上記第1の出射光が、少なくとも上記第1の半導体基板を通過したのちに上記受光素子に入射することを特徴とする集積光部品。 - 請求項1、2、又は3に記載の集積光部品において、
上記面発光型レーザは、上記第1の出射光とは反対側の方向に第2の出射光が発振されるものであり、
該面発光型レーザにより出射された該第2の出射光を伝搬する光学部品を備えていることを特徴とする集積光部品。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の集積光部品において、
上記第1の出射光若しくは上記第2の出射光の通過経路の少なくとも一部に上記光透過性材料が配設されていることを特徴とする集積光部品。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載の集積光部品において、
上記光透過性材料の屈折率が、1.85以上であって、上記第1の半導体基板の屈折率以下であることを特徴とする集積光部品。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の集積光部品において、
上記第1の半導体基板は、上記第1の配線基板と上記第2の配線基板との間に配設され、上記第2の半導体基板は、上記第2の配線基板を介して上記第1の半導体基板と対向するように配設されていることを特徴とする集積光部品。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の集積光部品において、
上記第1の半導体基板及び上記第2の半導体基板は、上記第1の配線基板と上記第2の配線基板との間に配設されていることを特徴とする集積光部品。 - 請求項1〜8のいずれか1項に記載の集積光部品において、
上記第1の出射光は、上記受光素子に入射されるまでに通過する基板の少なくとも一つの表面に該第1の出射光の一部を散乱させるための散乱手段が施されていることを特徴とする集積光部品。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載の集積光部品において、
上記面発光型レーザから上記受光素子に受光されるまでの上記第1の出射光の入射距離が、該受光素子の場所に応じて異なるように位置調整手段を用いて該第2の半導体基板を配置したことを特徴とする集積光部品。 - 請求項10に記載の集積光部品において、
上記位置調整手段として、粒径の異なる複数のバンプを用いていることを特徴とする集積光部品。 - 請求項10に記載の集積光部品において、
上記位置調整手段として、上記第2の配線基板に段差を設けたことを特徴とする集積光部品。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載の集積光部品において、
上記受光素子の入射面と上記面発光型レーザの上記第1の出射光の出口面との最短距離が、10[μm]以上であって、200[μm]以下であることを特徴とする集積光部品。 - 複数の光学部品と、該光学部品中を伝搬する伝搬光と、該光学部品と当接され該伝搬光の少なくとも一部を透過する光透過性樹脂とを少なくとも備える集積光部品であって、
該光透過性樹脂は、該伝搬光の波長よりも十分に小さな粒径であって、かつ、主成分となる樹脂よりも高屈折率である微粒子が混練されている集積光部品。 - 上記光透過性樹脂が用いられていることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の集積光部品。
- 請求項1〜15のいずれか1項に記載の集積光部品を備えた光通信装置。
- 面発光型レーザを有する第1の半導体基板と、
該面発光型レーザからの第1の出射光の少なくとも一部を受光する表面入射型の受光素子を有する第2の半導体基板とを備えた集積光部品の製造方法であって、
該第1の半導体基板を第1の配線基板に実装し、
該第2の半導体基板を第2の配線基板に実装し、
該第1の配線基板上であって該第1の半導体基板を覆うように光透過性樹脂を塗布し、
該第2の配線基板を該光透過性樹脂上であって、該面発光型レーザから発振される第1の出射光の少なくとも一部を該表面入射型の受光素子により受光可能な位置に配置し、
該光透過性樹脂を外部刺激により硬化し、
該受光素子への配線を配設する集積光部品の製造方法。 - 面発光型レーザを有する第1の半導体基板と、
該面発光型レーザからの第1の出射光の少なくとも一部を受光する表面入射型の受光素子を有する第2の半導体基板とを備えた集積光部品の製造方法であって、
該第1の半導体基板を第1の配線基板に実装し、
該第1の配線基板を第1の筐体に固定し、
該第2の半導体基板を第2の配線基板に実装し、
該第2の配線基板を第2の筐体に固定し、
該受光素子への配線を配設し、
該第1の筐体と該第2の筐体とを嵌合することにより第1の配線基板と第2の配線基板とを一体に固定する集積光部品の製造方法。 - 請求項17又は18に記載の集積光部品の製造方法において、
上記面発光型レーザは、上記第1の出射光とは反対側の方向に第2の出射光が発振されるものであり、
該第2の出射光を伝播する光学部品と、該面発光型レーザに備えられた活性層とを該第2の出射光が該光学部品に光学的に結合するように光軸調整を行い、
該面発光型レーザと該光学部品との配置を固定することを特徴とする集積光部品の製造方法。
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