WO2004057679A1

WO2004057679A1 - 光デバイス

Info

Publication number: WO2004057679A1
Application number: PCT/JP2003/016345
Authority: WO
Inventors: Masashi Fukuyama; Yasunori Iwasaki; Akiyoshi Ide
Original assignee: Ngk Insulators, Ltd.
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2004-07-08
Also published as: JPWO2004057679A1; JP4189404B2

Abstract

　光デバイス（１０Ａ）は、ＰＤアレイ（２８）のサブマウント（３０）側にはアノード電極及びカソード電極がＡｕ電極パターン（１０４）で形成され、サブマウント（３０）の実装面（３０ａ）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）で形成されている。ＰＤアレイ（２８）に形成されたＡｕ電極パターン（１０４）とサブマウント（３０）のＡｕ電極パターン（６４）とは、導電層（１０６）によって電気的に接続され、ＰＤアレイ（２８）とサブマウント（３０）の実装面（３０ａ）との間隙（１１０）のうち、活性層（２６）と対応する部分の間隙（第１間隙）（１１２）と該第１間隙（１１２）の近傍周囲の間隙（第２間隙）（１１４）が空気（１１６）となっている。

Description

明細書光デバイス技術分野

本発明は、 1つ以上の光ファイバを有する光ファイバアレイを具備した光デバイスに関し、特に、光ファイバ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（P D) 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 2 0 0 1 - 2 6 4 5 9 4号公報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 P D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 P Dを配置する場合が多かった（例えば特開平 1 0 - 300936号公報、特開平 11一 133255号公報、国際公開第 97/0 6458号パンフレット参照）。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 250 zm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。

この場合、 PDアレイからの電極信号の導出を考慮すると、 PDアレイを配線基板 (サブマウント) に実装し、該サブマウントを多心の光ファィバァレイに実装することが考えられる。

しかし、あるチャンネルからの反射光のうち、 PDアレイの活性層を外れた光や活性層を抜けた光が P Dアレイやサブマウントの実装面（ P Dアレイが実装された面）において反射し、迷光となって他のチャンネルに入射することにより、クロストークが発生するおそれがある。

これは、 PDアレイ及び Z又はサブマウントの実装面に、高い反射率を有する材料である電極パターン又は実装用の半田層が存在することから引き起こされる。また、上述の問題は、特に、反射光が PDアレイに対して斜め方向から入射される場合に発生する。つまり、垂直入射の場合、反射光が PDアレイの活性層に対して垂直に入射するため、同じチャンネル（所望のチャンネル）に再結合され、クロスト一クの問題にはならない。これが斜め入射の場合、反射光は高い反射率を有する材料に当たるので、以降、迷光となってしまい、クロストークの問題となる。

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、反射光が斜めに入射しても、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、 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、主面に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の基板の前記主面と前記光素子との間隙のうち、少なくとも前記光素子の活性層と前記第 2の基板の前記主面との間隙に光反射材が存在しないことを特徴とする。

つまり、前記第 2の基板の前記主面と前記光素子との間隙のうち、光素子の活性層と第 2の基板の主面との間隙（第 1間隙）と、該第 1間隙の近傍周囲の間隙 (第 2間隙）に金属等の光反射材が存在しない構成とすることで、光素子や第 2 の基板の前記主面のうち、これらの第 1間隙及び第 2間隙に対応する部分での反射を抑えることができる。これにより、反射光が斜めに入射しても、つまり、前記反射光の光素子への入射角度が鉛直方向に対して 1 0 ° 以上であってもクロストークの低減を有効に図ることができる。

そして、前記構成において、前記光素子の活性層と前記第 2の基板の前記主面との間隙の屈折率が前記光素子の屈折率よりも低いことが好ましい。これにより、まず、反射光は前記第 1間隙及び第 2間隙に入つた段階で回折で拡がるか散乱することになる。反射光が拡がれば反射光線密度が薄まり、迷光となって他チャンネルに入射したとしてもその成分は小さいものになっているため、クロスト一クとして検出されるまでには至らない。

第 1間隙及び第 2間隙において大きな回折を得るためには、屈折率の低い材料が充填されていればよく、最も好ましいのは空気である。しかしながら、空気等の低屈折率材の場合、確かに透過光は回折による光の拡がりを得ることができるが、光素子と空気との屈折率差による反射成分が発生する。この反射光は、金属物質に対する反射光よりはかなり小さいが、場合によっては問題となる。

そこで、第 1間隙及び第 2間隙の屈折率をある程度光素子の表面に合わせ、かつ第 1間隙及び第 2間隙中で散乱による光の拡がりを得るような状態にしておくことが好ましい。間隙の屈折率は、光素子表面の屈折率の ± 3.0 %以下であると好ましい。

これにより、光素子と第 1間隙及び第 2間隙との界面での反射を抑えることができ、しかも、第 1間隙及び第 2間隙での反射光の拡がりを得られ、その結果、クロストークが非常に小さいという特性を得ることができる。

第 1間隙及び第 2間隙において散乱を得る手段としては、例えば、材料中に粒子が点在するような状態であれば、この粒子で反射光が散乱され所望の散乱を得ることができる。粒子同士が接触してしまうほど高密度な状態であると逆に反射が大きくなつてしまうので、部分的には接触していたとしても、マクロ的に見て点在する状態が好ましい状態である。

このような材料として異方性導電材料が挙げられる。異方性導電材料、例えば異方性導電ペーストは、 A u (金）などの導電材料をコ一ティングした直径 3 m程度の球状ポリマ一が点在しているので、第 1間隙及び第 2間隙中で散乱を得るのに適した材料といえる。

更に、前記第 2の基板の前記主面と前記光素子との間隙のうち、前記第 1間隙及び第 2間隙を除く部分（反射の光路になんら影響を与えない部分）に電極層を介在させると、異方性導電材料は熱圧着することにより、 A uなどの電極パターンが盛り上がつている電極間は、導電性材料をコ一ティングした球状ポリマーにより導通する。一方、電極層から遠い部分は前記ポリマーが互いに接することなく、しかも、密度が低く、点在した状態となる。つまり、電極層が第 1間隙及び第 2間隙の周辺に配されることにより、より好ましい状態を実現することが可能となる。

その結果、異方性導電材料により、光素子とサブマウントとの間の電極の導通と反射光の散乱の両方を得ることが可能となる。

上述したように、回折にしろ散乱にしろ、第 1間隙及び第 2間隙での光の拡がりを得ることが目的である。つまり、第 1間隙及び第 2間隙の間隔が長いとよりその効果を得ることができる。この観点からこの間隙は 2 O ^ m以上とすることが好ましい。

この間隔を得るためには、例えばスぺーサ等を配すればよいが、この観点からも上述のように電極層が配されていれば、電極層がスぺ一サの役割も果たすので好ましいといえる。図面の簡単な説明

図 1は、第 1の実施の形態に係る光デバイスの要部を光ファイバの光軸と直交する面に沿って切断して示す断面図である。

図 2は、第 1の実施の形態に係る光デバイスの要部を光ファイバの光軸に沿つて切断して示す断面図である。

図 3は、第 1の実施の形態に係る光デバイスにおける P Dアレイのサブマウントへの実装形態を示す断面図である。

図 4は、第 2の実施の形態に係る光デバイスにおける P Dアレイのサブマウントへの実装形態を示す断面図である。

図 5は、第 3の実施の形態に係る光デバイスにおける P Dアレイのサブマウントへの実装形態を示す断面図である。

図 6は、実施例に係る光デバイスの要部を示す断面図である。

図 7は、実施例に係る光デバイスにて使用した裏面入射型の P Dアレイを示す説明図である。

図 8は、サブマウントの下面に P Dアレイを実装した状態を示す断面図である。図 9は、 P Dアレイが実装されたサブマゥントを光ファイバァレイに実装してオプティカルヘッドとした状態を示す斜視図である。

図 1 0は、サブマウントの電極パッドとパッケージのピンとをワイヤボンディングした状態を示す斜視図である。

図 1 1は、オプティカルヘッドにリングとブーツを固定し、更に、ォプティカルへッドを樹脂封止した状態を示す斜視図である。

図 1 2は、リングの上面開口部に蓋を固定して光デバイスを完成させた状態を示す斜視図である。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を例えばインライン型パワーモニタモジュールに適用したいくつかの実施の形態を図 1〜図 1 2を参照しながら説明する。

第 1の実施の形態に係る光デバイス 1 O Aは、基本的には、図 1及び図 2に示すように、ガラス基板 1 2と、該ガラス基板 1 2に設けられた複数の V溝 1 4に固定され、それぞれ反射部 3 3が設けられた複数の光ファイバ 1 5からなる光フアイバアレイ 1 6と、各光ファイバ 1 5を透過する光 2 2のうち、少なくとも反射部にて発生された光（反射光） 2 4の光路上に接着層 6 0を介して固着され、前記反射光 2 4を検出する P D (フォトダイオード）アレイ 2 8と、該 P Dァレィ 2 8を実装するための配線基板（サブマウント） 3 0とを有し、該サブマウント 3 0は、 P Dアレイ 2 8の実装面 3 0 aがガラス基板 1 2に対向させて設置されて構成されている。

なお、ここでは、複数の光ファイバ 1 5にて光ファイバアレイ 1 6を構成した例を示しているため、「各光ファイバ 1 5」というときは、「4本の光ファイバの各々」という意味になる。しかし、 1本の光ファイバ 1 5でも光ファイバァレィ 1 6を構成することができるため、この場合、「各光ファイバ」あるいは「複数の光ファイバ」は、「1本の光ファイバ」と読み替えればよい。

そして、 P Dアレイ 2 8は、図 3に示すように、表面入射型の構成を有する。即ち、この P Dアレイ 2 8は、基板 2 9と該基板 2 9に形成されたチャンネル数に対応する数の活性層 2 6とを有し、複数の活性層 2 6は、基板 2 9のうち、光ファイバアレイ 1 6 (図 1参照）に近接、対向する部分に形成されている。 P D アレイ 2 8の上面（サブマウント 3 0と対向する面）及び下面 (光ファイバァレィ 1 6と対向する面）のうち、それぞれ活性層 2 6と対応する部分には反射防止膜（ARコート） 1 0 0及び 1 0 2が形成されている。

P Dアレイ 2 8のサブマウント 3 0側には、アノード電極及び力ソード電極が A u電極パターン 1 0 4で形成され、サブマウント 3 0の実装面 3 0 aには共通の力ソード電極と各チャンネルのアノード電極が A u電極パターン 6 4で形成されている。

P Dアレイ 2 8に形成された A u電極パターン 1 0 4とサブマウント 3 0の A u電極パターン 64とは、例えば半田層、 ACP (異方性導電ペースト）、 AC F (異方性導電フィルム）等の導電層 1 06によって電気的に接続されている。なお、上述の PDアレイ 28は、力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。

そして、この第 1の実施の形態に係る光デバイス 1 OAは、 PDアレイ 28とサブマウント 30の実装面 30 aとの間隙 1 10のうち、活性層 26と対応する部分の間隙（第 1間隙） 1 1 2と該第 1間隙 1 1 2の近傍周囲の間隙（第 2間隙） 1 14が空気 1 16となっている。

この構成により、あるチャンネルからの反射光 24のうち、 PDアレイ 28の活性層 26を外れた光や活性層 26を抜けた光は、第 1間隙 1 12及び第 2間隙 1 14における空気 1 16と PDアレイ 28における基板 29との界面や、第 1 間隙 1 12及び第 2間隙 1 14における空気 1 16と反射防止膜 102との界面、並びに第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 14における前記空気 1 16を通ってサブマウント 30の実装面 30 aに到達する。

このサブマウント 30の実装面 30 aは、 A u電極パターン 64のような高い反射率をもった面ではないため、 PDアレイ 28やサブマウント 30の実装面 3 O aのうち、これらの第 1間隙 1 12及び第 2間隙 1 14に対応する部分での反射を抑えることができる。これにより、反射光 24が斜めに入射しても、つまり、反射光 24の PDアレイ 28への入射角度が鉛直方向に対して 10° 以上であつてもクロストークの低減を有効に図ることができる。

ところで、例えば PDアレイ 28の基板 29が I nPで構成されている場合、基板 29の屈折率は 3. 2程度で、基板 29の表面に反射防止膜 102として S i Nを成膜した場合、該反射防止膜 102の屈折率は 1. 9程度となる。

反射光 24は、 PDアレイ 28の基板 29や反射防止膜 102を抜けてくることになるが、第 1間隙 1 12及び第 2間隙 1 14において反射光 24が回折で拡がるか、散乱により拡がることが好ましい。反射光 24が拡がれば反射光 24の線密度が薄まり、迷光となって他のチャンネルに入射したとしてもその成分は小さいものになっているからである。第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4において大きな回折を得るためには屈折率の低い材料が充填されていればよいが、この第 1の実施の形態では、 P Dアレイ 2 8の基板 2 9や反射防止膜 1 0 2の各屈折率よりも低い空気 1 1 6を充填させているため、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4において大きな回折を得ることができる。

そして、サブマウント 3 0は、セラミック多結晶材であることが好ましい。金属製の場合、反射率も高いが、金属なので反射光の散乱も小さく、迷光となりやすい。これに対し、サブマウント 3 0がセラミック多結晶材であれば、たとえサブマウント 3 0の実装面 3 0 aが A u電極パターン 6 4の形成のために鏡面に近い面であったとしても、結晶粒界により光の散乱が起こる。このため、迷光として、他のチャンネルに入射する反射光量は小さくなり、クロストークの問題を低減できる。

なお、空気 1 1 6等の低屈折率材の場合、確かに反射光 2 4は、回折による光の拡がりを得ることができるが、屈折率差による反射成分が発生する。この反射は、金属物質での反射よりはかなり小さいが、場合によっては問題となる。

そこで、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4の屈折率をある程度 P Dアレイ 2 8における基板 2 9の屈折率に合わせ、かつ、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4で散乱による光の拡がりを得るような状態にしておくことが好ましい。第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4の屈折率は、 P Dアレイ 2 8における基板 2 9の屈折率の土 3 0 %以下であると好ましい。この第 1の実施の形態では、 P Dアレイ 2 8の表面（サブマウント 3 0と対向する面）に S i N等の反射防止膜 1 0 2を形成するようにしたので、好ましい屈折率差を実現させることができる。

従って、 P Dアレイ 2 8と第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4との界面での反射を抑えることができ、しかも、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4での反射光 2 4の拡がりを得られ、その結果、クロストークが非常に小さいという特性を得ることができる。

次に、第 2の実施の形態に係る光デバイス 1 0 Bについて図 4を参照しながら説明する。この第 2の実施の形態に係る光デバイス 1 0 Bは、上述した第 1の実施の形態に係る光デバイス 1 O Aとほぼ同様の構成を有するが、図 4に示すように、第 1 間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4に、 A C P (異方性導電ペースト）あるいは A C F (異方性導電フィルム）等の異方性導電材料 1 2 0を充填している点で異なる。この塲合、異方性導電材料 1 2 0は、該材料 1 2 0中に金などの導電材料をコ一ティングした球状ポリマーが点在するような状態となっており、これら粒子で反射光 2 4が散乱され所望の散乱を得ることができる。なお、粒子同士が接触してしまうほど高密度な状態であると逆に反射が大きくなつてしまうので、部分的には接触していたとしても、マクロ的に見て点在する状態が好ましい。

このように、第 2の実施の形態に係る光デバイス 1 0 Bにおいても、第 1の実施の形態に係る光デバイス 1 O Aと同様に、 P Dアレイ 2 8と第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4との界面での反射を抑えることができ、しかも、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4での反射光 2 4の拡がりを得られ、その結果、クロストークが非常に小さいという特性を得ることができる。

'次に、第 3の実施の形態に係る光デバイス 1 0 Cについて図 5を参照しながら説明する。なお、図 4と対応する部分については同じ符号を付してその重複説明を省略する。

この第 3の実施の形態に係る光デバイス 1 0 Cは、図 5に示すように、 P Dァレイ 2 8が裏面入射型の構成を有する点で異なる。

即ち、この P Dアレイ 2 8は、基板 2 9と該基板 2 9に形成されたチャンネル数に対応する数の活性層 2 6とを有し、複数の活性層 2 6は、基板 2 9のうち、サブマウント 3 0に近接し、該サブマウント 3 0の実装面 3 0 aと対向する部分に形成されている。

また、この光デバイス 1 0 Cは、 P Dアレイ 2 8に形成された A u電極パターン 1 0 4とサブマウン.ト 3 0の A u電極パターン 6 4とは、例えば A C P (異方性導電ペースト）、 A C F (異方性導電フィルム）等の導電層 1 0 6と A uバンプ 1 2 2によって電気的に接続されている。

また、この第 3の実施の形態に係る光デバイス 1 0 Cにおいては、第 2の実施の形態に係る光デバイス 1 0 Bと同様に、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4に、 A C P (異方性導電べ一スト）あるいは A C F (異方性導電フィルム）等の異方性導電材料 1 2 0が充填されている。

従って、この光デバイス 1 0 Cにおいては、第 2の実施の形態に係る光デバイス 1 0 Bと同様に、 P Dアレイ 2 8と第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4との界面での反射を抑えることができ、しかも、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4での反射光 2 4の拡がりを得られ、その結果、クロストークが非常に小さいという特性を得ることができる。

更に、この光デバイス 1 0 Cにおいては、サブマウント 3 0の実装面 3 0 aと P Dアレイ 2 8との間隙 1 1 0のうち、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4を除く部分（反射光 2 4の光路になんら影響を与えない部分）に A uバンプ 1 2 2を介在させるようにしている。従って、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4に充填された異方性導電材料 1 2 0中の球状ポリマーが前記 A uバンプ 1 2 2に引き寄せられることになる。

そのため、異方性導電材料 1 2 0のうち、 A uバンプ 1 2 2の周辺は球状ポリマ一が接し合う程度に密度が高くなり、 A uバンプ 1 2 2から遠い部分（例えば第 1間隙 1 1 2の部分）は、球状ポリマーの密度が低く適度に点在した状態となる。この状態は反射光 2 4の散乱には適した状態であり、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4での反射光 2 4の更なる拡がりを得ることができる。

その結果、前記異方性導電材料 1 2 0により、 P Dアレイ 2 8とサブマウント

3 0との間の電気的導通と反射光 2 4の散乱の両方を得ることが可能となる。上述したように、回折にしろ散乱にしろ、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4 での反射光 2 4の拡がりを得ることを目的とする。つまり、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4の間隔 Lが長ければ、よりその効果を得ることができる。この観点からこの間隙 Lは 2 0 m以上とすることが好ましい。

この間隔 Lを得るためには、例えばスぺ一サ等を配すればよいが、この観点からも上述のようにサブマウント 3 0と P Dアレイ 2 8間に前記 A uバンプ 1 2 2 が配されていれば、 A uバンプ 1 2 2がスぺーサの役割も果たすので、第 1間隙 1 1 2及び第 2間隙 1 1 4の間隔 Lを A Uバンプ 1 2 2にて容易に調整することができ好ましい。

次に、第 3の実施の形態に係る光デバイス 1 0 Cの実施例について図 6〜図 1 2を参照しながら説明する。

この実施例に係る光デバイス 1 0 C aは、図 6に示すように、ガラス基板 1 2 と、該ガラス基板 1 2に設けられた複数の V溝 1 4に固定された複数の光フアイノ 1 5からなる光ファイバアレイ 1 6と、該各光ファイバ 1 5の各上面からガラス基板 1 2にかけて設けられたスリット 1 8と、該スリット 1 8内に挿入された分岐部材 2 0と、各光ファイバ 1 5を透過する光 2 2のうち、少なくとも反射部 3 3にて発生された反射光 2 4の光路上に接着層 6 0を介して固着され、前記反射光 2 4を検出する活性層 2 6が複数配列された P Dアレイ 2 8と、該 P Dァレィ 2 8が実装され、かつ、 P Dアレイ 2 8を光ファイバアレイ 1 6に向けて固定するためのサブマウント 3 0と、少なくとも P Dアレイ 2 8を安定に固定するためのスぺーサ 3 2とを有する。なお、スリット 1 8の 2つの端面と分岐部材 2 0 の表面及び裏面は光ファイバ 1 5を透過する光 2 2の一部を反射する反射部 3 3 として機能することになる。

ここで、この実施例に係る光デバイス 1 0 C aの作製方法について説明する。まず、インラインの光ファイバアレイ 1 6に使用するガラス基板 1 2を研削加工にて作製した。

ガラス基板 1 2の材料は、ホウケィ酸ガラス材料（ここでは特にパイレックス (登録商標）ガラス）を使用した。ガラス基板 1 2の寸法は、長さ 1 6 mm、厚さ l mmとし、光ファイバアレイ 1 6を整列させるための V溝 1 4は、 2 5 0 μ mピッチ、深さ約 9 0 z mにて 1 2本研削加工により形成した。

次に、光ファイバアレイ 1 6の組み立てを行った。光ファイバアレイ 1 6は 2 5 0 i mピッチの 1 2芯テープ心線 4 6 (図 9参照）を用いた。 1 2芯テープ心線 4 6を、途中の被覆除去部（中剥き部）が 1 2 mmになるように中剥きし、ガラス基板 1 2の V溝 1 4へ載置し、紫外線硬化型接着剤 5 2 (図 9参照）にて固定した。次に、光ファイバアレイ 1 6に対するスリット 1 8の加工を行った。スリット 1 8は厚さ 3 0 m、深さ 2 0 0 m、傾斜角度 ο;は 2 0 ° (図 6参照）とした。次に、分岐部材 2 0の製作を行った。分岐部材 2 0の基板 1 2 4は石英ガラスとした。この石英ガラス基板 1 2 4に分岐用の多層膜 1 2 6を形成した。傾斜設計は 2 0 ° 、分岐比率は透過 9 3 %、反射 7 %とした。この石英ガラス基板 1 2 4に例えば S i 0₂、 T i 0₂、 A 1 ₂0₃の多層膜 1 2 6を蒸着法にて形成した。この多層膜 1 2 6を付した石英ガラス基板 1 2 4を 6 mmX 2 mmの寸法に切断してチップ化した。チップィ匕した基板 1 2 4を 2 5 mまで研磨し、薄板加工を行った。

その後、前記分岐部材 2 0をスリット 1 8へ挿入し、紫外線硬化型接着剤を塗布、紫外線照射により硬化させて分岐部材 2 0の実装を行った。

P Dアレイ 2 8の設計は、下記の通りとした。まず、 P Dアレイ 2 8のチャンネル数は 1 2 c hとし、寸法は、高さ 1 5 0 z m、幅 4 2 0 m、長さ 3 mmとした。

P Dアレイ 2 8の構造は、第 3の実施の形態に係る光デバイス 1 0 Cと同様に、裏面入射型を採用した。活性層 2 6の上部（サブマウント 3 0側）は異方性導電材料 1 2 0を充填した。

裏面入射型の P Dアレイ 2 8とした理由は、下記の通りである。即ち、例えば図 3に示すような表面入射型の P Dアレイ 2 8を使用した場合、裏面での反射を抑えたとしても、わずかな反射光 2 4が表面に到達して他のチャンネルの活性層 2 6に再結合する場合がある。これに対し、裏面入射型の場合、表面の反射光 2 4の一部はすぐ近傍の所定のチャンネルの活性層 2 6に吸収されるので、反射光 2 4がこれによりかなり低減するからである。

この裏面入射型の P Dアレイ 2 8の入射面側（表面）には、図 7に示すように、複数の Φ 7 0 mの入射窓 5 6を有する金属膜 5 8を付したメタルマスク構造を採用した。入射窓 5 6の径は ψ 4 0〜8 0 mであることが望ましい。クロストークは— 3 0 d Bという次元で問題となるため、そのごくわずかな光の他チャンネルへの入射でも問題となる。この視点に立った場合、反射光 2 4を見ると、スリット 18内の接着剤、スリツト 18の端面、光ファイバ 15のコア、光フアイノ 15のクラッド、 PDアレイ 28を固定するための接着層 60など、様々な状態を抜けた上で PDアレイ 28に到達するので、回折や散乱の影響を受けている。更に、スリット 18の 2つの端面や分岐部材 20の裏面でのわずかな反射等もそれに合成されて PDアレイ 28に到達する。このようなわずかな成分まで加味した場合、 PDアレイ 28へ入射してくる光は φ 80〜100 程度の広がりをもって入射してくる。この広がりをもったまま PDアレイ 28へ入射してしまうと、一部の光は活性層 26からはみ出してしまうために、迷光の原因となってしまう。従って、 PDアレイ 28の入射面側において、開口を制限することでクロストーク特性を向上させることが可能となる。入射窓 56の寸法は、 40 im未満の場合、開口を絞りすぎてしまうために、 PD受光効率（活性層 26での受光効率）を低下させる。 80 zm以上の窓を開けてしまうと、クロストーク特性が悪化する。

なお、反射部 33からの反射光 24はある角度（鉛直方向に対して 10° 以上の角度）をもって PDアレイ 28に入射するので、反射光 24が最適に活性層 2 6に入射する位置に入射窓 56を設けることはいうまでもない。

裏面入射型の PDアレイ 28の受光部分（活性層 26) は φ約 60 mとした。受光部分（活性層 26) の大きさは φ 40〜 80 mであることが望ましい。これは、 4 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。 80 以上の場合、迷光を拾いやすくなるためにクロス] ク特性が悪化するおそれがあるためである。

また、図 7に示すように、裏面入射型の PDアレイ 28におけるチャンネル間のブロックには、物理的な溝 62を形成することで個々の切り離しを行った。通常、こうしたチャンネル間のブロックには、 n型基板のチャンネル間に p型エリァを形成し、チャンネル間に障壁を形成する方法が考えられる。しかし、この実施例では、受光エリアの周囲に深さ 2〜20 の活性層 26の厚み以上の深さの物理的な溝 62を形成することでチャンネル間の切り離しをより確実にした。また、サブマウント 30の取付け構成として、光ファイバ 15—PDアレイ 2 8_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 一 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が光ファイノ 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つてしまい、 PD受光効率やクロス卜一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という構成の場合、 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 100 m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、 100 m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や波長依存等特性に不安定性を招く。また、ワイアは通常 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 10 zm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）に存在していると仮定すると、表面入射の場合が光ファイバ 15の表面と活性層 26との間の距離が 100 mなので接着層 6 0の屈折率が石英と同じ 1. 45とすると、 100Z1. 45 = 69 mとなる。裏面入射の場合、接着層 60の厚みを 10 m、一般的な PDアレイ 28の厚みを 150^mとすると、 10/1. 45 + 150/3. 5 = 50 / m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。更に、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ツト 18の傾斜角 αが 20° であると PDアレイ 28への入射角は約 3 5。となる。これに対して、裏面入射の場合は 1 8 . 5 ° と表面入射の場合と比較して非常に小さい値となり、 P D受光効率等の観点から好ましい。

次に、 P Dアレイ 2 8のサブマウント 3 0への実装を行った。後述するように (図 1 0参照） .、光ファイバアレイ 1 6側をパッケージ 7 2に搭載し、パッケ一ジ 7 2のピン 7 4とサブマウント 3 0の電極パッドをワイヤボンディング 7 6で導通確保する構成とするために、図 8に示すように、サブマウント 3 0の下面に A u電極パターン 6 4を形成した。 P Dアレイ 2 8の実装の形態は、サブマウント 3 0の下面に P Dアレイ 2 8を配置し、スルーホール 6 6にて電極パターン 6 4をサブマウント 3 0の上面へ引き回す構成とした。従って、サブマウント 3 0 の上面には、各電極パ夕一ン 6 4に応じてそれぞれ電極パッド 6 5が形成された形となる。なお、サブマウント 3 0の構成材料は A 1 ₂0₃とした。

異方性導電材料 1 2 0は熱圧着することにより、該材料 1 2 0内にある A などの導電性物質をコーティングした直径 3 i m程度の球状ポリマーが、盛り上がつた A uバンプ 1 2 2と電極パターン 6 4にのみに挟まり、電極パターン 6 4と A uバンプ 1 2 2との間に導通をもたらすのである。また、 P Dアレイ 2 8に形成された入射窓 5 6 (図 7参照）の下にも異方性導電材料 1 2 2内の球状ポリマ一は残るが、球状ポリマーは、表面に導電性材料がコーティングされて構成されており、窓 5 6より出てきた光を散乱させることから、 P Dアレイ 2 8内に戻つていくことを防ぐ役割も期待できる。

なお、サブマウント 3 0の下面のうち、活性層 2 6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反射防止膜（S i N) 1 0 0のコ一ティングを行つた。

次に、 P Dアレイ 2 8の調芯を行った。具体的には、まず、図 6に示すように、サブマウント 3 0に光ファイバアレイ 1 6と P Dアレイ 2 8とのギャップを決定するためのスぺーサ 3 2を取り付けた。

スぺーサ 3 2の構成材料はホウゲイ酸ガラス、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 1 0 mに設定した。つまり、 A uバンプ 1 2 2も含め P Dアレイ 2 8の厚みが 1 9 0 i mなので、スぺーサ 3 2を 2 0 0 mとした。

そして、反射光 2 4の光路となる光ファイバ 1 5の上部に必要量の接着層 6 0 を塗布した。 P Dアレイ 2 8とのァライメントは、光ファイバアレイ 1 6の両端のチャンネルに光を入射し、反射光 2 4の P D受光パワー（両端チャンネルに対応する活性層 2 6での受光パワー）が最大になるように、アクティブァライメントにて行った。このときの P D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 2 6からの出力を、サブマウント 3 0にプローブを当て、電流値を見ながら行った。その後、紫外線により P Dアレイ 2 8を光ファイバアレイ 1 6に固定した。この段階で、図 9に示すオプティカルヘッド 7 0が完成する。

次に、図 1 0に示すように、オプティカルヘッド 7 0をパッケージ 7 2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 7 2は、 1 4ピンの金属製のパッケージを使用した。外寸は、長さ 2 0 mm X幅 1 2 . 5 mmとした。このパッケージ 7 2にオプティカルヘッド 7 0を熱硬化型接着剤にて固定した。

次に、パッケージ 7 2の両側に固定された複数のピン 7 4とサブマウント 3 0 の電極パッド 6 5 (図 8参照）間についてワイヤボンディングを行った。ワイヤ 7 6は φ 2 0 Ai mの A 1—S iワイヤを使用した。ワイヤ条件は、 1 s t側をパッケージ 7 2のピン 7 4とし、 2 n d側をサブマウント 3 0の電極パッド 6 5とした。

次に、図 1 1に示すように、オプティカルヘッド 7 0を囲むようにリング 7 8 を固定し、オプティカルへッド 7 0における光ファイバアレイ 1 6の導出部分にブーツ 8 0を固定し、更に、オプティカルヘッド 7 0に対して樹脂 8 2による封止を行った。

リング 7 8は、樹脂封止の際にダムの役割を果たす。リング 7 8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 7 8の高さは約 4 mmとした。リング 7 8の固定には熱硬化型接着剤を使用した。また、ブーツ 8 0はゴム製の汎用ブーツをリング 7 8に固定した。

封止用の樹脂 8 2には S iゲル材料を用いた。これをワイヤ 7 4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。また、電極パッド 65 (Au) とワイヤ 76 (A 1) の接触抵抗が高くなるパ一プルプレイグ (purple plague) が起こると、 150 °C程度までプロセス温度が上がらないのであれば、封止用の樹脂 82はなくてもよい。コスト低減のため、樹脂 82を減らす場合は、耐湿性を考え、ワイヤ 76のフット（圧着部分）からワイヤ 76の高さの 1/3の程度まで埋まる範囲の量が望ましい。

次に、図 12に示すように、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（本実施例に係る光デバイス 10 C a) 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揷入損失、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. 8 dB、偏光依存ロス <0. 05 dB、波長依存性ぐ 0. 1 dBと使用上問題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! 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 50〜70mAZW、 PD受光効率の偏光依存性く 0. 3 d B、波長依存性ぐ 0. 5 d B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！クについては、 1 タルクロス！クとして検査を行った。すなわち、 12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 10 1 o gで表記した。その結果、いずれのチャンネルも一 34 dB以下となり、極めて優れた特性を示すことが確認された。

なお、本発明に係る光デバイスは、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。

Claims

請求の範囲

1. V溝（14) が形成された第 1の基板（12) と、

前記第 1の基板（12) の前記 V溝（14) 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（15) と、

前記光ファイバ（15) のクラッド外のうち、少なくとも前記反射機能によつて発生した反射光（24) の光路上に接着層（60) を介して固着された光素子 (28) と、

主面（30 a) に前記光素子（28) を実装するための第 2の基板（30) とを有し、

前記第 2の基板（30) の前記主面（30 a) と前記光素子（28) との間隙 (110) のうち、少なくとも前記光素子（28) の活性層（26) と前記第 2 の基板（30) の前記主面（30 a) との間隙（1 12) に光反射材が存在しない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、

前記光素子（28) の活性層（26) と前記第 2の基板（30) の前記主面 (30 a) との間隙（1 12) の屈折率が前記光素子（28) 表面の屈折率よりも低いことを特徴とする光デバイス。

3. 請求項 1又は 2記載の光デパイスにおいて、

前記光素子（28) の活性層（26) と前記第 2の基板（30) の前記主面 (30 a) との間隙（1 12) に異方性導電材料（120) が充填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、

前記第 2の基板（30) の前記主面（30 a) と前記光素子（28) との間隙 (1 10) のうち、少なくとも前記光素子（28) の活性層（26) と前記第 2 の基板（30) の前記主面（30 a) との間隙（1 12) を除く部分に電極層 (106) が介在されていることを特徴とする光デバイス。

5. 請求項 1〜4のいずれか 1項に記載の光デバイスにおいて、

少なくとも前記光素子（28) の活性層（26) と前記第 2の基板（30) の前記主面（30 a) との間隙（112) が 20 ^imであることを特徴とする光デパイス。

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、

前記反射光（24) の前記光素子（28) への入射角度が鉛直方向に対して 1 0° 以上であることを特徴とする光デバイス。