JP2005234052A - 光送受信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 ホトダイオードを設けるためのサブマウントを基板上に設ける必要がなく、スペース的な制約を小さくすることができる光送受信モジュールを提供する。
【解決手段】 光送受信モジュール１は、光透過性基板１０を備えている。光透過性基板１０の表面には、フィルタ用溝１３が形成されており、フィルタ用溝１３に誘電体多層膜フィルタ２３が載置されている。この誘電体多層膜フィルタ２３を挟んで対向する位置に、光ファイバ２１およびレーザダイオード２５が設けられている。また、光透過性基板１０の裏面側には、ホトダイオード２６が設けられている。ホトダイオード２６は、光ファイバ２１とレーザダイオード２５とを繋ぐ線の直下に配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光通信や光情報処理などに用いられ、光の送受信を行う光送受信モジュールに関する。

家庭と基地局とを光ファイバで繋いで光の送受信を行うにあたり、たとえば上りに１．３μｍ帯、下りに１．５５μｍ帯の光信号を用いた波長分割多重方式の光送受信モジュールが開発されている。このような光送受信モジュールとして、たとえば特開平１１−６８７０５号公報（特許文献１）に開示されたものがある。

この光送受信モジュールは平面基板を有しており、平面基板上には光分岐導波路が形成されている。光分岐導波路の分岐部には溝が設けられており、この溝には、入力光を波長に応じて透過方向と反射方向に分岐させる誘電体多層膜フィルタが配置されている。また、平面基板上には、送信用レーザダイオードと受信用フォトダイオードとが設けられている。誘電体多層膜フィルタの透過波長は受信用フォトダイオードの受信波長に設定され、阻止波長が送信用レーザダイオードの発振波長に設定され、送信用レーザダイオードと受信用フォトダイオードとが誘電体多層膜フィルタを挟んで対向する位置に配置されているというものである。
特開平１１−６８７０５号公報

しかし、上記特許文献１に開示された光送受信モジュールでは、平面基板の表面に送信用レーザダイオード、誘電体多層膜フィルタ、および受信用フォトダイオードを設けている。このため、受信用フォトダイオードをたとえば平面基板の表面に立設したサブマウントに設ける必要があるので、実装誤差が大きく、位置合わせも困難になるという問題があった。

また、基板上に送信用レーザダイオードと受信用フォトダイオードと誘電体多層膜フィルタとを設ける必要があるので、スペース的な制約が大きくなるものであった。あるいは、サブマウントを設けない態様とするためには、たとえば側面入射型のフォトダイオードなどを用いなければならないという問題があった。

特に、誘電体多層膜フィルタの透過と反射という特性を利用することから、送信用レーザダイオードと受信用フォトダイオードと誘電体多層膜フィルタとを直線上に配置することができないため、２次元的なスペースの制約が大きくなる。したがって、たとえばこれらをアレイ状に配置しようとすると、平面基板の面積を非常に大きくしなければならないという問題もあった。

そこで、本発明の課題は、ホトダイオードを設けるためのサブマウントを基板上に設ける必要がなく、スペース的な制約を小さくすることができる光送受信モジュールを提供することにある。

上記課題を解決した本発明に係る光送受信モジュールは、第一波長の光を透過する光透過性基板と、光透過性基板上に載置され、第一波長とは異なる第二波長の光を出射するレーザダイオードと、光透過性基板におけるレーザダイオードが設けられた面の裏面側に取り付けられたホトダイオードと、第一波長の光を反射し、第二波長の光を透過する誘電体膜フィルタと、レーザダイオードから出射する光を入射するとともに、ホトダイオードに対して光を出射する光入出射部と、を備え、誘電体膜フィルタが、光透過性基板に所定の傾斜角をもって形成された傾斜溝内に載置されることにより、ホトダイオードと光入出射部との間、およびレーザダイオードと光入出射部との間の光路を一致させるように調整されているものである。

本発明に係る光送受信モジュールでは、基板として光透過性基板が用いられており、この透明基板の裏面側にホトダイオードが設けられている。光入出射部から出射する光は、所定の角度に調整された傾斜溝に載置された誘電体膜フィルタで反射することにより、確実にホトダイオードに到達させることができる。このため、誘電体膜フィルタによって反射した光は光透過性基板を透過してホトダイオードに入射する。したがって、ホトダイオードを設けるためのサブマウントを別途設ける必要がなくなるので、実装誤差を少なくすることができる。また、光透過性基板上での素子の配置はすべて半導体プロセスによって位置決めすることができるので、位置精度も高いものとすることができる。さらに、ホトダイオードが裏面側に設けられることから、その分光透過性基板上のスペースの制約も緩和される。

ここで、光透過性基板がシリコン基板である態様とすることができる。

光透過性基板としては、光透過性を有するシリコン基板を好適に用いることができる。

また、傾斜溝が、異方性エッチングによって形成されている態様とすることができる。

光透過性基板において、異方性エッチングによって傾斜溝を形成することにより、高い精度で傾斜溝を形成することができる。

さらに、ホトダイオードが、レーザダイオードと光入出射部とを繋ぐ線の直下に配置されている態様とすることができる。

このように、ホトダイオードがレーザダイオードと光入射部とを繋ぐ線の直下に配置されていることにより、光透過性基板の面方向へのスペース的な制約を緩和することができる。

また、ホトダイオード、レーザダイオード、および誘電体膜フィルタが複数組配設されてアレイ状とされている態様とすることができる。

このように、ホトダイオード、レーザダイオード、および誘電体膜フィルタが複数組配設されてアレイ状とされている態様の際、ホトダイオードがレーザダイオードと光入射部とを繋ぐ線の直下に配置されていることにより、全体として非常にコンパクトなものとすることができる。

さらに、誘電体膜フィルタとレーザダイオードとの間、および誘電体膜フィルタと光入出射部との間に、それぞれ平行レンズが配設されている態様とすることができる。

平行レンズが設けられていることにより、レーザダイオードと光入出射部、ホトダイオードと光入出射部の間の光を拡散させることなく、確実に伝達することができる。

また、光透過性基板の表面に、ホトダイオードに対する光を集光する集光レンズが設けられている態様とすることができる。

集光レンズが設けられていることにより、ホトダイオードに対する光を確実に集光させることができる。

この集光レンズが、イオンビームエッチングによって形成されている態様とすることができる。

集光レンズをイオンビームエッチングで形成することにより、集光レンズを位置精度よく形成することができる。

さらに、光入出射部が、光ファイバの先端部である態様とすることができ、光入出射部が、光導波路の先端部である態様とすることもできる。

このように、光入出射部としては、光ファイバの先端部や光導波路の入出射部とすることができる。

本発明によれば、ホトダイオードを設けるためのサブマウントを基板上に設ける必要がなく、スペース的な制約を小さくすることができる光送受信モジュールを提供することができる

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。

図１は、本発明の第一の実施形態に係る光送受信モジュールの斜視図、図２はその断面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態に係る光送受信モジュール１は、たとえば家庭と基地局とを光ファイバで接続して光通信を行う際の家庭用として用いられるものであり、光透過性基板１０を備えている。光透過性基板１０は、シリコン基板であり、下り通信で使用される１．５５μｍ帯の波長の光を透過する。この光透過性基板１０の表面には、Ｖ溝１１、第一レンズ用溝１２、本発明の傾斜溝であるフィルタ用溝１３、および第二レンズ用溝１４が形成され、それぞれ一直線上に配置されている。

Ｖ溝１１は、光透過性基板１０の端辺からその直交方向に延在するようにして形成されている。このＶ溝１１の中心線の延長線上に、第一レンズ用溝１２の中心点が位置するように第一レンズ用溝１２が形成されている。さらにその延長線上に、フィルタ用溝１３の中心点が位置するようにフィルタ用溝１３が形成され、さらにその延長線上に第二レンズ用溝１４の中心点が位置するように第二レンズ用溝１４が形成されている。

Ｖ溝１１には、本発明の光入出射部となる光ファイバ２１の先端部が載置されている。光ファイバ２１は、石英ガラスを主成分とし、Ｖ溝１１に載置されることにより、その中心線がＶ溝１１の中心線と一致するようになっている。また、光ファイバの他端部は、図示しない基地局に設けられた光送受信モジュールに接続されている。

また、第一レンズ用溝１２には、本発明の平行レンズである第一ボールレンズ２２が載置され接着剤で接着されている。第一ボールレンズ２２は、球形のホウケイ酸ガラスからなり、第一レンズ用溝１２に載置されることにより、第一ボールレンズ２２の中心が光ファイバ２１の先端部から入出射する光の光軸上に位置するようにされている。この第一ボールレンズ２２は、光ファイバ２１から出射する光を平行光化している。また、接着剤としては、エポキシ系またはアクリル系のものを好適に用いることができる。

さらに、フィルタ用溝１３には、本発明の誘電体膜フィルタ（波長合分波器）である誘電体多層膜フィルタ２３が載置され接着剤によって接着されている。誘電体多層膜フィルタ２３は、波長選択性を有しており、第一波長、本実施形態では１．３μｍ帯の波長の光を透過し、第一波長と異なる第二波長、本実施形態では１．５５μｍ帯の波長の光を反射する。なお、誘電体膜フィルタとしては、誘電体を単層膜で形成したものを用いることもできる。

また、第二レンズ用溝１４には、本発明の平行レンズである第二ボールレンズ２４が載置され接着剤によって接着されている。第二ボールレンズ２４は、第一ボールレンズ２２と同様ホウケイ酸ガラスからなり、第二レンズ用溝１４に載置されていることにより、第二ボールレンズ２４の中心が光ファイバから入出射し、誘電体多層膜フィルタ２３を透過する光の光軸上に位置するようにされている。

さらに、光透過性基板１０には、マウント１５が搭載されており、マウント１５の上には、レーザダイオード２５が搭載されている。こうして、誘電体多層膜フィルタ２３を挟んで対向する位置に、光ファイバ２１およびレーザダイオード２５が設けられている。レーザダイオード２５は、１．３μｍ帯の波長の光を出射する。レーザダイオード２５から出射した光は、第二ボールレンズ２４、誘電体多層膜フィルタ２３、および第一ボールレンズ２２を介して光ファイバ２１に入射する。第二ボールレンズ２４は、レーザダイオード２５から出射する光を平行光化している。

光透過性基板１０の表面におけるＶ溝１１、第一レンズ用溝１２、フィルタ用溝１３、および第二レンズ用溝１４は、いずれも異方性エッチングによって所定の角度および深さに形成されている。具体的には、Ｖ溝１１、第一レンズ用溝１２、フィルタ用溝１３、および第二レンズ用溝１４にそれぞれ光ファイバ２１、第一ボールレンズ２２、誘電体多層膜フィルタ２３、および第二ボールレンズ２４を落とし込むのみで、これらの各素子を通過する光の光軸が一致する角度および深さとされている。

また、光透過性基板１０の裏面側には、ホトダイオード２６が設けられている。ホトダイオード２６は、いわゆる裏面入射型のホトダイオードであり、その光検出面が光透過性基板１０の裏面に面して配置されている。このホトダイオード２６は、光ファイバ２１から出射し、誘電体多層膜フィルタ２３で反射した１．５５μｍ帯の波長の光が到達する位置に配置されている。また、ホトダイオード２６は、光ファイバ２１とレーザダイオード２５とを繋ぐ線の直下、換言すれば、この線を含み光透過性基板１０の厚さ方向に延在する面上に配置されている。

誘電体多層膜フィルタ２３が載置されるフィルタ用溝１３における図２に示す傾斜角度θが、所定の角度に調整されて光透過性基板１０に形成されている。具体的に、この傾斜角度θは、光ファイバ２１から出射した光が誘電体多層膜フィルタ２３に反射し、その反射した先にホトダイオード２６が位置するような角度に調整されている。本実施形態では傾斜角度θは５４．７度とされている。このフィルタ用溝１３に誘電体多層膜フィルタ２３が載置されていることにより、レーザダイオード２５と光ファイバ２１との間、およびホトダイオード２６と光ファイバ２１との間の光軸が一致している。

さらに、光透過性基板１０の裏面側には、図示しないパッドを介してアンプ２７および配線基板２８が設けられている。このうち、アンプ２７は、ホトダイオード２６と同様、光ファイバ２１とレーザダイオード２５とを繋ぐ線の直下に配置されている。また、配線基板２８は、セラミック製であり、光透過性基板１０の裏面のうち、ホトダイオード２６およびアンプ２７を除いたほぼ全域を覆うようにして形成されている。

ホトダイオード２６は、図２に示すように、ボンディングワイヤ２９を介してアンプ２７および配線基板２８に設けられた図示しないメタライズパターンに接続されている。ホトダイオード２６は、光検出面で光を受けることにより光から電気に変換した信号をアンプ２７に出力する。アンプ２７は、ホトダイオード２６から出力された電気信号を増幅して配線基板２８に出力する。また、配線基板２８におけるメタライズパターンには、図示しないビアおよびボンディングワイヤ３０などを介してレーザダイオード２５に接続されているものがある。

また、光透過性基板１０の表面における誘電体多層膜フィルタ２３から反射した光が通過する位置に、本発明の集光レンズである凸レンズ３１が形成されている。凸レンズ３１は、光ファイバ２１から出射され、誘電体多層膜フィルタ２３で反射した光をホトダイオード２６の光検出面に向けて集光している。この凸レンズ３１は、イオンビームエッチングによって形成されている。

以上の構成を有する本実施形態に係る光送受信モジュール１の作用について説明する。

本実施形態に係る光送受信モジュール１においては、図示しない駆動回路からの電気信号に基づいて、レーザダイオード２５から１．３μｍ帯の波長の光が出射する。レーザダイオード２５から出射した光は、第二ボールレンズ２４で平行光化され、誘電体多層膜フィルタ２３に到達する。誘電体多層膜フィルタ２３では、１．３μｍ帯の波長の光は透過するので、レーザダイオード２５から出射した光は、第一ボールレンズ２２に到達する。第一ボールレンズ２２では、光ファイバ２１の先端部に向けて平行光を集光する。そして、集光された１．３μｍ帯の波長の光が光ファイバ２１に入射し、図示しない基地局に設けられた光送受信モジュールへ光信号として伝達される。

一方、基地局における光送受信モジュールからは、１．５５μｍ帯の波長の光からなる光信号が家庭用の光送受信モジュール１に向けて光ファイバ２１を介して伝達される。この光信号となる光は、光ファイバ２１の先端部から出射する。光ファイバ２１の先端部から出射した光は、第一ボールレンズ２２に到達する。光ファイバ２１から出射した光は、第一ボールレンズ２２で平行光化されて誘電体多層膜フィルタ２３に到達する。

誘電体多層膜フィルタ２３では、１．５５μｍ帯の波長の光を反射するので、光ファイバ２１から出射した光は反射する。ここで、誘電体多層膜フィルタ２３は、所定の傾斜角をもって形成されたフィルタ用溝１３に載置されている。このため、誘電体多層膜フィルタ２３で反射した光は、高い精度をもって光透過性基板１０に形成された凸レンズ３１の方向に向かう。凸レンズ３１では、誘電体多層膜フィルタ２３で反射した平行光を集光する。集光された光は、高い精度をもってホトダイオード２６の光検出面に向かう。

ホトダイオード２６では、凸レンズ３１で集光した光を光検出面で受けることにより、所定の電気信号をアンプ２７に出力する。アンプ２７では、ホトダイオード２６から出力された電気信号を増幅して、配線基板２８に出力する。

このように、本実施形態に係る光送受信モジュール１では、異なる波長の光信号を送受信する。このとき、本実施形態に係る光送受信モジュール１では、光信号を出射するレーザダイオード２５と光信号が入射するホトダイオード２６とを有しているが、ホトダイオード２６は、光透過性基板１０の裏面側に設けられている。このため、ホトダイオード２６を設けるためのサブマウントなどを別途設ける必要がないので、その分スペース上の制約が少ないものとなる。また、側面入射型のホトダイオードなどを用いる必要もなくなる。

また、本実施形態に係る光送受信モジュール１では、フィルタ用溝１３に誘電体多層膜フィルタ２３を載置しているが、このフィルタ用溝１３は、異方性エッチングによって形成されている。したがって、正確な傾斜角度でフィルタ用溝１３を形成することができるので、光ファイバ２１から出射した光をホトダイオード２６に精度よく案内することができる。

さらに、本実施形態に係る光送受信モジュール１では、光ファイバ２１が載置されるＶ溝１１、ボールレンズ２２，２４がそれぞれ載置されるレンズ用溝１２，１４も異方性エッチングで所定の深さとなるようにして形成されている。したがって、これらの各溝に光ファイバ２１、ボールレンズ２２，２４、誘電体多層膜フィルタ２３、レーザダイオード２５、ホトダイオード２６といった各素子を落とし込むのみで、各素子を精度よく位置合わせすることができる。

また、本実施形態に係る光送受信モジュール１では、イオンビームエッチングによって光透過性基板１０の表面に凸レンズ３１を直接形成している。このため、光透過性基板１０の表面または裏面などに、集光レンズを別途設ける必要がなくなる。さらに、本実施形態に係る光送受信モジュール１では、ホトダイオード２６が光ファイバ２１とレーザダイオード２５とを繋ぐ線の直下に設けられている。このため、光透過性基板１０の面方向へのスペース的な制約をも緩和することができる。

次に、本発明の第二の実施形態について説明する。本実施形態に係る光送受信モジュールは、複数、本実施形態では３本の光ファイバが配置されたいわゆるアレイ状のものである。図３は、本発明の第二の実施形態に係る光送受信モジュールの斜視図である。

図３に示すように、本実施形態に係る光送受信モジュール２には、１．５５μｍ帯の光を透過するシリコン基板からなる光透過性基板４０を有している。光透過性基板４０の表面には、上記第一の実施形態と同様の左Ｖ溝１１Ａが形成されており、この左Ｖ溝１１Ａには、左光ファイバ２１Ａが載置されている。左Ｖ溝１１Ａの延長線上には、左第一レンズ用溝１２Ａが形成され、その延長線上には、フィルタ用溝４１が形成されている。このフィルタ用溝４１は、左Ｖ溝１１Ａが延在する方向に対して直交する方向に向けて延在するようにして形成されている。フィルタ用溝４１を超えた左Ｖ溝１１Ａの延長線上には、左第二レンズ用溝１４Ａが形成されている。これらの各溝１１Ａ，１２Ａ，４１，１４Ａは、いずれも異方性エッチングによって所定の深さ、角度になるように調整されている。

また、左Ｖ溝１１Ａには、左光ファイバ２１Ａが載置されており、左第一レンズ用溝１２Ａには左第一ボールレンズ２２Ａが載置されている。さらに、フィルタ用溝４１には、誘電体多層膜フィルタ４２が載置されており、左第二レンズ用溝１４Ａには、左第二ボールレンズ２４Ａが載置されている。

さらに、左Ｖ溝１１Ａの延長線上であって、左第二レンズ用溝１４Ａが形成された位置の先における光透過性基板４０の表面には、マウント４３が設けられている。マウント４３は、左Ｖ溝１１Ａが延在する方向に対して直交する方向に向けて延在するようにして形成されており、マウント４３上における左Ｖ溝１１Ａの延長線上には、左レーザダイオード２５Ａが搭載されている。

また、光透過性基板４０における裏面側には、左ホトダイオード２６Ａが取り付けられている。この左ホトダイオード２６Ａは、左光ファイバ２１Ａと左レーザダイオード２５Ａとを繋ぐ線の直下に配置されている。そして、左ホトダイオード２６Ａに隣接する位置に左アンプ２７Ａが設けられている。この左アンプ２７Ａも、左ホトダイオード２６Ａと同様、左光ファイバ２１Ａと左レーザダイオード２５Ａとを繋ぐ線の直下に配置されている。

さらに、本実施形態に係る光透過性基板４０には、左Ｖ溝１１Ａと同様の中Ｖ溝１１Ｂおよび右Ｖ溝１１Ｃが形成されており、これらの３つのＶ溝１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃは、光透過性基板４０の端辺方向に等間隔で離間して配置されている。中Ｖ溝１１Ｂの延長線上には、中第一レンズ用溝１２Ｂおよび中第二レンズ用溝１４Ｂが形成されている。また、右Ｖ溝１１Ｃの延長線上には、右第一レンズ用溝１２Ｃおよび右第二レンズ用溝１４Ｃが形成されている。

また、中Ｖ溝１１Ｂには中光ファイバ２１Ｂが載置され、右Ｖ溝１１Ｃには右光ファイバ２１Ｃが載置されている。中第一レンズ用溝１２Ｂには、中第一ボールレンズ２２Ｂが載置され、右第一レンズ用溝１２Ｃには、右第一ボールレンズ２２Ｃが載置されている。また、中第二レンズ用溝１４Ｂには、中第二ボールレンズ２４Ｂが載置され、右第二レンズ用溝１４Ｃには、右第二ボールレンズ２４Ｃが載置されている。

フィルタ用溝４１およびマウント４３は、いずれも左Ｖ溝１１Ａの延長線上から、右Ｖ溝１１Ｃの延長線上に至るまでの間の位置を含むようにして延在している。マウント４３上における中Ｖ溝１１Ｂの延長線上には、中レーザダイオード２５Ｂが搭載されており、マウント４３上における右Ｖ溝１１Ｃの延長線上には、右レーザダイオード２５Ｃが搭載されている。また、フィルタ用溝４１における誘電体多層膜フィルタ４２は、左Ｖ溝１１Ａの延長線上から、右Ｖ溝１１Ｃの延長線上にまで延在する位置に配置されている。

さらに、光透過性基板４０における裏面側には、中ホトダイオード２６Ｂおよび右ホトダイオード２６Ｃが取り付けられている。中ホトダイオード２６Ｂは、中光ファイバ２１Ｂと中レーザダイオード２５Ｂとを繋ぐ線の直下に配置されている。中アンプは、中ホトダイオード２６Ｂに隣接する位置に設けられている（図示せず）。この中アンプも、中ホトダイオード２６Ｂと同様、中光ファイバ２１Ｂと中レーザダイオード２５Ｂとを繋ぐ線の直下に配置されている。

右ホトダイオード２６Ｃは、右光ファイバ２１Ｃと右レーザダイオード２５Ｃとを繋ぐ線の直下に配置されている。右アンプは、右ホトダイオード２６Ｃに隣接する位置に設けられている（図示せず）。この右アンプも、右ホトダイオード２６Ｃと同様、右光ファイバ２１Ｃと右レーザダイオード２５Ｃとを繋ぐ線の直下に配置されている。

さらに、光透過性基板４０の表面における左Ｖ溝１１Ａの延長線上であって、左第一レンズ用溝１２Ａとフィルタ用溝４１との間には、左凸レンズ３１Ａが形成されている。同様に、中Ｖ溝１１Ｂの延長線上であって、中第一レンズ用溝１２Ｂとフィルタ用溝４１との間には中凸レンズ３１Ｂが形成され、右Ｖ溝１１Ｃの延長線上であって、右第一レンズ用溝１２Ｃとフィルタ用溝４１との間には右凸レンズ３１Ｃが形成されている。これらの凸レンズ３１Ａ〜３１Ｃは、いずれもイオンビームエッチングによって形成されている。

左光ファイバ２１Ａから出射した光は、誘電体多層膜フィルタ４２で反射され、左凸レンズ３１Ａで集光されて、左ホトダイオード２６Ａの光検出面に入射する。また、中光ファイバ２１Ｂから出射した光は、誘電体多層膜フィルタ４２で反射され、中凸レンズ３１Ｂで集光されて、中ホトダイオード２６Ｂの光検出面に入射する。さらに、右光ファイバ２１Ｃから出射した光は、誘電体多層膜フィルタ４２で反射され、右凸レンズ３１Ｃで集光されて、右ホトダイオード２６Ｃの光検出面に入射する。

以上の構成を有する本実施形態に係る光送受信モジュール２においては、上記第一の実施形態と同様、光信号を出射するレーザダイオード２５Ａ〜２５Ｃと光信号が入射するホトダイオード２６Ａ〜２６Ｃとを有しているが、ホトダイオード２６Ａ〜２６Ｃは、光透過性基板４０の裏面側に設けられている。このため、ホトダイオード２６Ａ〜２６Ｃを設けるためのサブマウントなどを別途設ける必要がないので、その分スペース上の制約が少ないものとなる。また、側面入射型のホトダイオードなどを用いる必要もなくなる。

しかも、本実施形態に係る光送受信モジュール２では、複数の光ファイバ２１Ａ〜２１Ｃが接続され、それぞれに対応するレーザダイオード２５Ａ〜２５Ｃおよびホトダイオード２６Ａ〜２６Ｃが設けられる。このため、スペースの制約が少なくなる点で非常に有利なものとなる。さらに、本実施形態に係る光送受信モジュール２では、ホトダイオード２６Ａ〜２６Ｃは、いずれも光ファイバ２１Ａ〜２１Ｃとレーザダイオード２５Ａ〜２５Ｃとを繋ぐ線の直下に設けられている。このため、光透過性基板４０の面方向へのスペース的な制約が緩和され、小さい面積の光透過性基板４０で多くの光ファイバを接続する態様とすることができる。

また、上記第一の実施形態と同様、フィルタ用溝４１は、異方性エッチングによって形成されているため、正確な傾斜角度でフィルタ用溝４１を形成することができる。したがって、光ファイバ２１Ａ〜２１Ｃから出射した光をホトダイオード２６Ａ〜２６Ｃに精度よく案内することができる。さらに、Ｖ溝１１Ａ〜１１Ｃ、レンズ用溝１２Ａ〜１２Ｃ，１４Ａ〜１４Ｃも異方性エッチングで所定の深さとなるようにして形成されている。したがって、光ファイバ２１Ａ〜２１Ｃ、ボールレンズ２２Ａ〜２２Ｃ，２４Ａ〜２４Ｃといった各素子を容易に精度よく位置合わせすることができる。

続いて、本発明の第三の実施形態について説明する。本実施形態に係る光送受信モジュールは、光透過性基板がパッケージに組み込まれて形成されたものである。図４は、本発明の第三の実施形態に係る光送受信モジュールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。（ａ）においては、キャップの描写を省略している。

図４に示すように、本実施形態に係る光送受信モジュール３は、光透過性基板５０を備えている。光透過性基板５０は、上記第一の実施形態と同様、シリコン基板からなり、１．５５μｍ帯の波長の光を透過する。光透過性基板５０の表面には、上記第一の実施形態と比較して大きい点で異なるＶ溝５１が形成されており、Ｖ溝５１上には、ファイバフェルール６０が載置されている。ファイバフェルール６０には、メタライズファイバ６１を介して被覆付ファイバ６２が接続されている。また、光透過性基板５０の表面には、第一レンズ用溝５２、フィルタ用溝５３、および第二レンズ用溝５４が形成されている。第一レンズ用溝５２には、上記第一の実施形態と比較して、径が大きい点でのみ異なる第一ボールレンズ２２が載置されている。

また、フィルタ用溝５３には、上記第一の実施形態と同様の誘電体多層膜フィルタ２３が載置されている。さらに、第二レンズ用溝５４には、上記第一の実施形態における第二ボールレンズと比較して、径のみが小さい点で異なる第二ボールレンズ２４が載置されている。

さらに、光透過性基板５０の表面におけるファイバフェルール６０の延長線上には、メタライズパターン５５が貼り付けられており、メタライズパターン５５の上にレーザダイオード２５が載置されている。本実施形態に係る光送受信モジュール３では、レーザダイオード２５の光出射部は、第二ボールレンズ２４の中心とほぼ同じ高さ位置となるレーザダイオード２５および第二ボールレンズ２４が用いられている。

光透過性基板５０の裏面側には、ホトダイオード２６およびアンプ２７が図示しないパッドを介して取り付けられている。アンプ２７は、ホトダイオード２６に隣接する位置に取り付けられている。また、これらホトダイオード２６およびアンプ２７は、ファイバフェルール６０とレーザダイオード２５とを繋ぐ線の直下に配置されている。また、光透過性基板５０の表面における誘電体多層膜フィルタ２３から反射した光が通過する位置に、凸レンズがイオンビームエッチングによって形成されている。

光透過性基板５０の裏面側には、セラミック製の配線基板５６が設けられている。配線基板５６は、平面視した大きさが、光透過性基板５０よりも大きくされており、ホトダイオード２６とアンプ２７とを避けるようにした貫通孔が形成されている。配線基板５６の表面における光透過性基板から外れた位置には、図４（ａ）に示す複数の出力用ボンディングパッド５７および入力用ボンディングパッド５８が設けられている。

また、配線基板５６には、ホトダイオード２６やアンプ２７の電源およびこれらからの出力を取り出せるようにした図示しないメタライズパターンがパターニングされている。光透過性基板５０の裏面側に設けられたホトダイオード２６は、ボンディングワイヤ２９を介して配線基板５６に設けられたメタライズパターンおよびアンプ２７に接続されている。

配線基板５６の裏面に設けられたメタライズパターンは、図示しないビアを介して、配線基板５６の表面端部に設けられた出力用ボンディングパッド５７に接続されている。また、入力用ボンディングパッド５８は、ボンディングワイヤ５９を介して、メタライズパターン５５およびレーザダイオード２５に接続されている。

さらに、光透過性基板５０は、中央に凹部が形成されたセラミックパッケージ６３の凹部に収容されている。セラミックパッケージ６３の端部表面には、入出力用パッド６４が設けられている。これらの入出力用パッド６４は、ボンディングワイヤ６５を介して出力用ボンディングパッド５７または入力用ボンディングパッド５８にそれぞれ接続されている。入出力用パッド６４には、電気入出力端子６６がそれぞれ取り付けられている。

また、セラミックパッケージ６３の凹部の上方における開口部は、キャップ６７によって覆われている。キャップ６７は金属製であり、キャップ６７の外側に被覆付ファイバ６２が配置されている。被覆付ファイバ６２と、キャップ６７の内部に設けられたファイバフェルール６０とを接続するメタライズファイバ６１がキャップ６７とセラミックパッケージ６３との間に介在する。この位置において、キャップ６７とメタライズファイバ６１とが半田付けされることにより、セラミックパッケージ６３内が気密状態にされている。

以上の構成を有する本実施形態に係る光送受信モジュール３の製造手順について説明する。

光透過性基板５０の表面には、Ｖ溝５１、レンズ用溝５２，５４、およびフィルタ用溝５３を異方性エッチングによって形成する。また、メタライズパターン５５を設ける。続いて、光透過性基板５０の裏面に、表面のＶ溝５１と位置合わせされた半導体プロセスでメタライズマークを設け、このメタライズマークにホトダイオード２６を精度よくダイボンドする。

次に、ホトダイオード２６に隣接する位置にアンプ２７をダイボンドし、配線基板５６を光透過性基板５０の裏面にダイボンドする。続いて、ホトダイオード２６とアンプ２７のパッドと配線基板５６とをボンディングワイヤ２９によって接続する。

続いて、光透過性基板５０の表面におけるダイボンドを行う。表面のダイボンドは、まず、レーザダイオード２５をメタライズパターン５５上に正確にダイボンドする。次に、ボールレンズ２２，２４および誘電体多層膜フィルタ２３を、それぞれレンズ用溝５２，５４およびフィルタ用溝５３に載置する。このとき、各溝をガイドとして、各素子を載置する。それから、エポキシ系またはアクリル系の接着剤によってボールレンズ２２，２４および誘電体多層膜フィルタ２３を、それぞれレンズ用溝５２，５４およびフィルタ用溝５３に接着する。

次に、光透過性基板５０を配線基板５６ごとセラミックパッケージ６３にダイボンドする。それから、レーザダイオード２５の端子を配線基板５６に設けられた入力用ボンディングパッド５８に、また、配線基板５６上の各パッド５７，５８をセラミックパッケージ６３上の入出力用パッド６４にそれぞれボンディングワイヤ５９，６５で接続する。

その後、先端にファイバフェルール６０を取り付けたメタライズファイバ６１を、ファイバフェルール６０がＶ溝５１上に嵌まるように取り付け、エポキシ系またはアクリル系などの紫外線硬化樹脂で固定する。それから、メタライズファイバ６１をセラミックパッケージ６３に半田付けし同時にキャップ６７にも半田付けすることにより、セラミックパッケージ６３内を気密封じする。このようにして、光送受信モジュール３が製造される。

このような光送受信モジュール３は、光透過性基板がパッケージに組み込まれたものであるが、上記第一の実施形態と同様、光信号を出射するレーザダイオード２５と光信号が入射するホトダイオード２６とを有しているが、ホトダイオード２６は、光透過性基板５０の裏面側に設けられている。このため、ホトダイオード２６を設けるためのサブマウントなどを別途設ける必要がないので、その分スペース上の制約が少ないものとなる。また、側面入射型のホトダイオードなどを用いる必要もなくなる。

また、上記第一の実施形態と同様、フィルタ用溝５３は、異方性エッチングによって形成されているため、正確な傾斜角度でフィルタ用溝５３を形成することができる。したがって、ファイバフェルール６０から出射した光をホトダイオード２６に精度よく案内することができる。さらに、Ｖ溝５１、レンズ用溝５２，５４も異方性エッチングで所定の深さとなるようにして形成されている。したがって、ファイバフェルール６０、ボールレンズ２２，２４といった各素子を容易に精度よく位置合わせすることができる。

さらに、本発明の第四の実施形態について説明する。本実施形態に係る光送受信モジュールは、上記第一の実施形態と比較して、光ファイバに代えて光導波路が形成されている点が主に異なる。図５は、本発明の第四の実施形態に係る光送受信モジュールの断面図である。

図５に示すように、本実施形態に係る光送受信モジュール４は、シリコン基板からなり光を透過する光透過性基板７０を備えている。光透過性基板７０の表面には、第一レンズ用溝１２、フィルタ用溝１３、および第二レンズ用溝１４が直線上に配置されている。これらの溝１２〜１４は、上記第三の実施形態で説明したものと同じ大きさとされている。

第一レンズ用溝１２には、第一ボールレンズ２２が載置され、フィルタ用溝１３には、誘電体多層膜フィルタ２３が載置され、第二レンズ用溝１４には、第二ボールレンズ２４が載置されている。また、光透過性基板７０上における第一レンズ用溝１２から第二レンズ用溝１４に向けた直線の延長線上に、レーザダイオード２５が設けられている。また、光透過性基板７０における第二レンズ用溝１４から第一レンズ用溝１２に向けた直線の反対方向には、その直線に沿って光導波路７１が形成されている。光導波路７１は、光透過性基板７０の上にポリイミドなどを用いることによって形成されている。このとき、ポリイミドの厚さを調整することにより、第一ボールレンズ２２を通過する光の光軸の高さに光導波路７１のコア部の高さを合わせることができる。

さらに、光透過性基板７０の裏面側には、上記第一の実施形態と同様のホトダイオード２６、アンプ２７、および配線基板２８が同様の位置関係をもって配置されている。また、さらに、光透過性基板７０における誘電体多層膜フィルタ２３から反射した光が通過する位置に、凸レンズ３１が形成されている。その他の点については、上記第一の実施形態と同様の構成を有している。

以上の構成を有する本実施形態に係る光送受信モジュール４においては、光ファイバに代えて、光導波路７１を形成したものであるが、上記第一の実施形態と同様、光信号を出射するレーザダイオード２５と光信号が入射するホトダイオード２６とを有している。ここで、ホトダイオード２６は、光透過性基板７０の裏面側に設けられている。このため、ホトダイオード２６を設けるためのサブマウントなどを別途設ける必要がないので、その分スペース上の制約が少ないものとなる。また、側面入射型のホトダイオードなどを用いる必要もなくなる。

また、上記第一の実施形態と同様、フィルタ用溝１３は、異方性エッチングによって形成されているため、正確な傾斜角度でフィルタ用溝１３を形成することができる。したがって、光導波路７１から出射した光をホトダイオード２６に精度よく案内することができる。さらに、レンズ用溝１２，１４も異方性エッチングで所定の深さとなるようにして形成されている。したがって、ボールレンズ２２，２４などの素子を容易に精度よく位置合わせすることができる。

次に、本発明の第五の実施形態について説明する。本実施形態に係る光送受信用モジュールは、上記第三の実施形態と比較して、光ファイバが分離したタイプである点において主に異なっている。図６は、本発明の第五の実施形態に係る光送受信モジュールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。

図６に示すように、本実施形態に係る光送受信モジュール５は、シリコン基板からなり、光を透過する光透過性基板８０を備えている。光透過性基板８０の表面には、フィルタ用溝５３および第二レンズ用溝５４が形成されている。フィルタ用溝５３には、誘電体多層膜フィルタ２３が載置され、第二レンズ用溝５４には第二ボールレンズ２４が載置されている。

また、光透過性基板８０の裏面側には、ホトダイオード２６、アンプ２７、および配線基板５６が設けられている。さらに、光透過性基板８０は、セラミックパッケージ８１に収容されている。セラミックパッケージ８１の内部は、平板状のキャップ８２によって気密封じされている。

セラミックパッケージ８１における側壁部には、レンズホルダ８３がＹＡＧ溶接によって取り付けられている。このＹＡＧ溶接は、調芯作業が行われた後に実施される。レンズホルダ８３内には、第一ボールレンズ８４が収容されているとともに、レンズホルダ８３にはファイバフェルール８５が挿入されている。ファイバフェルール８５には、被覆付ファイバ８７が接続されている。

さらに、セラミックパッケージ８１の側壁部には、貫通孔が形成されており、この貫通孔を塞ぐ透明窓８８が設けられている。ファイバフェルール８５から出射する光は、第一ボールレンズ８４を介してセラミックパッケージ８１内の誘電体多層膜フィルタ２３に到達する。また、誘電体多層膜フィルタ２３を透過したレーザダイオード２５の光は、透明窓８８および第一ボールレンズ８４を介してファイバフェルール８５に到達する。その他の点については、上記第三の実施形態と同様の構成を有している。

以上の構成を有する本実施形態に係る光送受信モジュール５においては、ファイバフェルール８５と第一ボールレンズ８４とを、いずれもレンズホルダ８３内に収容し、レンズホルダ８３をセラミックパッケージ８１の側壁部に固定している。かかる態様の光送受信モジュール５においても、上記第三の実施形態と同様、ホトダイオード２６は、光透過性基板８０の裏面側に設けられている。このため、ホトダイオード２６を設けるためのサブマウントなどを別途設ける必要がないので、その分スペース上の制約が少ないものとなる。また、側面入射型のホトダイオードなどを用いる必要もなくなる。

また、フィルタ用溝５３は、異方性エッチングによって形成されているため、正確な傾斜角度でフィルタ用溝５３を形成することができる。したがって、透明窓８８を通して出射した光をホトダイオード２６に精度よく案内することができる。さらに、レンズ用溝５４も異方性エッチングで所定の深さとなるようにして形成されている。したがって、第二ボールレンズ２４などの素子を容易に精度よく位置合わせすることができる。

さらに、本実施形態に係る光送受信モジュール５では、上記第三の実施形態で示した光送受信モジュールのようなメタライズファイバを用いていないので、その分コストの低減を図ることができる。

ところで、本実施形態に係る光送受信モジュール５では、ファイバフェルール８５および第一ボールレンズ８３が光透過性基板８０上に載置されてないので、調芯を別途行う必要がある。ただし、第一ボールレンズ８４はファイバフェルール８５を圧入したレンズホルダ８３の先端に形成されたテーパ部により固定されている。このためファイバフェルール８５の中心と第一ボールレンズ８４の中心とを精度よく合わせることができる。しかも、第一ボールレンズ８４から出射する光は平行光となるので、光軸方向の調芯は不要である。さらに、ホトダイオード２６、レーザダイオード２５、第二ボールレンズ２４、および誘電体多層膜フィルタ２３の位置関係は高精度で一致している。このため、調芯作業は光軸に垂直な方向に対して、位置合わせをレーザ光に対してのみ実施すれば済む。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記各実施形態では、家庭用の光送受信モジュールについて説明したが、本発明の光送受信用モジュールは、基地局用の光送受信用モジュールに用いることもできる。この場合、レーザダイオードが１．５５μｍ帯の光を出射し、誘電体膜フィルタは１．５５μｍ帯の波長の光を透過し、１．３μｍ帯の波長の光を反射する。また、上記各実施形態としては、ホトダイオードとして裏面入射型のホトダイオードを用いているが、表面入射型のホトダイオードを用いることもできる。さらに、上記実施形態では、光透過性基板としてシリコン基板を用いているが、たとえば光を透過するガラス基板などを用いることもできる。ガラス基板を用いる際には、各溝は、たとえばＮＣ加工によって形成することができる。

本発明の第一の実施形態に係る光送受信モジュールの斜視図である。 本発明の第一の実施形態に係る光送受信モジュールの断面図である。 本発明の第二の実施形態に係る光送受信モジュールの斜視図である。 本発明の第三の実施形態に係る光送受信モジュールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 本発明の第四の実施形態に係る光送受信モジュールの側断面図である。 本発明の第五の実施形態に係る光送受信モジュールを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。

符号の説明

１〜５…光送受信モジュール、１０，４０，５０，７０，８０…光透過性基板、１１，５１…Ｖ溝、１２，５２…第一レンズ用溝、１３，４１，５３…フィルタ用溝、１４，５４…第二レンズ用溝、１５，４３…マウント、２１…光ファイバ、２２，８４…第一ボールレンズ、２３，３２，４２…誘電体多層膜フィルタ、２４…第二ボールレンズ、２５…レーザダイオード、２６…ホトダイオード、２７…アンプ、２８，５６…配線基板、２９，５９，６５…ボンディングワイヤ、３１…凸レンズ、５７…出力用ボンディングパッド、５８…入力用ボンディングパッド、６０，８５…ファイバフェルール、６１…メタライズファイバ、６２，８７…被覆付ファイバ、６３，８１…セラミックパッケージ、６４…入出力用パッド、６６…電気入出力端子、６７，８２…キャップ、７１…光導波路、８３…レンズホルダ、８８…透明窓。

Claims (10)

1. 第一波長の光を透過する光透過性基板と、
   前記光透過性基板上に載置され、前記第一波長とは異なる第二波長の光を出射するレーザダイオードと、
   前記光透過性基板における前記レーザダイオードが設けられた面の裏面側に取り付けられたホトダイオードと、
   第一波長の光を反射し、前記第二波長の光を透過する誘電体膜フィルタと、
   前記レーザダイオードから出射する光を入射するとともに、前記ホトダイオードに対して光を出射する光入出射部と、
   を備え、
   前記誘電体膜フィルタが、前記光透過性基板に所定の傾斜角をもって形成された傾斜溝内に載置されることにより、前記ホトダイオードと前記光入出射部との間、および前記レーザダイオードと前記光入出射部との間の光路を一致させるように調整されていることを特徴とする光送受信モジュール。
2. 前記光透過性基板がシリコン基板である請求項１に記載の光送受信モジュール。
3. 前記傾斜溝が、異方性エッチングによって形成されている請求項１または請求項２に記載の光送受信モジュール。
4. 前記ホトダイオードが、前記レーザダイオードと前記光入出射部とを繋ぐ線の直下に配置されている請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の光送受信モジュール。
5. 前記ホトダイオード、レーザダイオード、および誘電体膜フィルタが複数組配設されてアレイ状とされている請求項４に記載の光送受信モジュール。
6. 前記誘電体膜フィルタと前記レーザダイオードとの間、および前記誘電体膜フィルタと前記光入出射部との間に、それぞれレンズが配設されている請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の光送受信モジュール。
7. 前記光透過性基板の表面に、前記ホトダイオードに対する光を集光する集光レンズが設けられている請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の光送受信モジュール。
8. 前記集光レンズが、イオンビームエッチングによって形成されている請求項７に記載の光送受信モジュール。
9. 前記光入出射部が、光ファイバの先端部である請求項１〜請求項８のうちのいずれか１項に記載の光送受信モジュール。
10. 前記光入出射部が、光導波路の先端部である請求項１〜請求項８のうちのいずれか１項に記載の光送受信モジュール。

Images