JP2015102760A - 光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光素子を気密封止することによる高い信頼性を確保した、小型、高機能、経済的な光モジュールを提供する。【解決手段】光導波路１２１が形成され、一方向のみが開口した開口部を有する光導波路基板１０２と、光導波路基板１０２と接合される蓋基板１０１とを備え、開口部と蓋基板１０１とにより形成される内部空間に光素子１１１が実装され、光導波路基板１０２は、光導波路１２１と光素子１１１とを光学的に結合する光路変換部１２３を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、光モジュールに関し、より詳細には、主として光ファイバ通信に適用され、レーザダイオード等の発光素子、フォトダイオード等の受光素子などの光素子と、光ファイバなどの光入出力のための部材との光学的・電気的接続を行うための光モジュールに関する。

近年、光ファイバ通信技術の著しい発展に伴い、小型で複数の機能が集積された光モジュールが必要とされている。例えば、光モジュールは、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子、光学部品、光機能回路、光電変換回路などを含み、さらに光入出力のための光ファイバ、電気配線による接続が可能なように構成されている。このうち光素子は、水分や酸素等により長期信頼性が劣化する。これを防止するために、光モジュールは、気密性の高い筐体を利用して、光素子等の部品を気密封止している。

図１に、従来の光モジュールの一例を示す図である。特許文献１に記載された光モジュールであり、２種類のパッケージから構成されている。第１のパッケージは、メタル加工された筐体１１内部の底面Ｃに実装基板１２が固定され、実装基板１２上に石英系の平面光波回路（ＰＬＣ）１３が固定されている。筐体１１の開口部を蓋１４により塞いで、封止している。第１のパッケージの筐体１１外部の底面の一部には、第２のパッケージが取り付けられるように、面Ａ，Ｂを有する切り欠き部が設けられている。この切り欠き部のうち、面Ａの一部には、第２のパッケージの光を透過する蓋２２を接して取り付けた時に、ちょうどＰＤアレイ２３の受光面２４への光出力が可能となるように、筐体１１を貫通して開口部が設けられている。

第２のパッケージは、セラミックの筐体２１内部の底面に、ベアチップのＰＤアレイ２３が、ＡｕＳｎ半田で固定されている。筐体１１と蓋２２とは、ＡｕＳｎ半田により接合され、ＰＤアレイ２３およびトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）２４を気密封止している。ＴＩＡ２４の出力は、電気配線２５と筐体２１のスルーホールとを介して、筐体２１の外部に引き出されたリードピン２６から出力される。特に、気密性を要求される光素子を、光学部品、光機能回路とは別個の筐体にして、信頼性の向上を図っている。

光ファイバ１５から入力された信号光は、ＰＬＣ１３の光導波路に入力される。光導波路を伝搬した光は、ＰＬＣ１３の端面より第１のレンズ１６、プリズムミラー１７、第２のレンズ１８、蓋２２を介してＰＤアレイ２３の受光面２４に結合される。ＰＤアレイ２３において光電変換された電気信号は、ＴＩＡ２４で増幅され、光モジュール外部に出力される。

また、特許文献２には、多層構造の電気配線基板上に光素子と光導波路基板とを搭載し、薄膜の蓋基板により気密封止した光学装置が開示されている。電気配線基板から、電子部品、ドライバＩＣを介して入力された電気信号により、ＬＤを駆動する。ＬＤからの信号光は、光路変換部を介して光導波路基板の光導波路に入力され、光ファイバを介して、光モジュール外部に出力される。

特開２０１１−１６４１４３号公報 特開２０１０−２８００６号公報

図１に示した光モジュールにおいて、受光素子は、光学部品、光導波路基板とは別個の筐体である第２のパッケージにより気密封止されている。しかしながら、別個の筐体を用いて光素子を収納するため、光導波路基板上の光導波路と光素子とを近接して配置することができないので、光導波路と光素子との間の距離が大きくなるため、光損失が増大する。また、高速動作を目的とした受光面が小さい光素子を用いる場合には、光導波路から出力された信号光を十分に集光して受光面に結合させるために、レンズ等の光学部品を多用する必要がある。そのため、部材の数量が多くなり、光モジュールのサイズの増大、および部材費用と組立費用の増大という問題が発生していた。

一方、特許文献２に記載された光学装置においては、光導波路基板と光素子とを一組の筐体と蓋基板とにより気密封止しているので、両者の距離を近接して配置することができる。従って、光学部品の点数を少なくすることができる。しかしながら、この光学装置は、光導波路基板、光素子のみならず電子部品等の部品も同一の筐体に収容するため、気密封止を行う面積、容積が必然的に大きくなる。気密封止の面積が増大すると、リークパスも増大することから、気密漏れの可能性が高まる。また、筐体サイズの増大による剛性の劣化、熱応力等による変形によっても、気密漏れの可能性が高まる。従って、光学装置の信頼性の劣化または製造歩留まりの劣化、これによる製造コストの増大という問題が発生していた。

また、光モジュール内の部品の配置について、光ファイバへの光の出力方向（光軸）に対して、光導波路基板、光素子、電気素子、電気配線が一直線上に並ぶ構成となっている。このため、光学装置の光軸方向（長手方向）の寸法が大きいという問題があった。

本発明の目的は、光素子を気密封止することによる高い信頼性を確保した、小型、高機能、経済的な光モジュールを提供することである。

本発明は、このような目的を達成するために、一実施態様は、光導波路が形成され、一方向のみが開口した開口部を有する光導波路基板と、前記光導波路基板と接合される蓋基板とを備え、前記開口部と前記蓋基板とにより形成される内部空間に光素子が実装され、前記光導波路基板は、前記光導波路と前記光素子とを光学的に結合する光路変換部を有することを特徴とする。

前記光路変換部は、前記光導波路の出射端とすべき位置において、光軸に対して垂直に、前記光導波路を横断するように形成されたＶ溝とすることができる。また、前記光導波路を横断するように形成された約４５度の斜面とすることもできる。

以上説明したように、本発明によれば、光路変換部を有することにより、光導波路の光軸方向に対し、光導波路基板と蓋基板とが、光軸の垂直方向に積み上げた構成となり、光モジュールの光軸方向（長手方向）の寸法を小型化することができる。その結果、気密封止の面積が低減し、高い気密性を確保することができる。

従来の光モジュールの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態にかかる光モジュールを示す図である。 第１の実施形態の光モジュールにおける光結合許容値の計算結果を示す図である。 本発明の第２の実施形態にかかる光モジュールを示す図である。 本発明の第３の実施形態にかかる光モジュールを示す図である。 本発明の第４の実施形態にかかる光モジュールを示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図２に、本発明の第１の実施形態にかかる光モジュールを示す。４チャネルの波長多重光を分波して受光する多波長受光器を、光モジュールの一例として説明する。図２（ａ）は側面から見た断面図、図２（ｂ）は上面から見た透視図である。光モジュールは、電気配線基板である蓋基板１０１の表面に、ベアチップのＰＤアレイ１１１と、電気素子であるＴＩＡ１１２とが実装されている。光導波路が形成された光導波路基板１０２と蓋基板１０１とを接合することにより、光素子、電気素子等を気密封止する。

光導波路基板１０２は、石英ガラス材料からなり、光導波路１２１、４チャネルの波長多重光を分波する波長分波回路１２２（問えば、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）など）が形成されている。これら光機能回路は、シリコンを材料とする光導波路基板表面を熱酸化することにより形成される。また、光導波路１２１と光ファイバ１０３とは、光入出力部材（ファイバ・ビーズ等）１３１を介して接続されている。

また、光導波路基板１０２は、光導波路１２１とＰＤアレイ１１１とを光学的に結合するための光路変換部１２３を有する。光路変換部１２３は、約４５度の切削角度を有するダイシング装置を用いて形成される。光導波路の出射端とすべき位置において、光軸に対して垂直に、光導波路基板上の光導波路を横断するようにダイシングして、光導波路の出射端がＶ溝の斜面に位置するように切削する。光路変換部１２３における反射特性、すなわち光路変換性能を向上するため、光路変換部１２３の表面には金属コーティングを施している（図示は省略）。

光導波路基板１０２は、一方向のみが開口したバスタブ形状の構造を有し、この開口部と蓋基板（電気配線基板）１０１とにより形成される内部空間に、ＰＤアレイ１１１、ＴＩＡ１１２、電子部品１１６等が気密封止される。蓋基板（電気配線基板）１０１と光導波路基板１０２との接合部には、図示は省略したが、金属コーティングが施され、両者は半田（ＡｕＳｎ）を介して接合されている。

ＰＤアレイ１１１は、４チャネルのフォトダイオード集積チップであり、通信波長帯（波長１．５μｍ帯または１．３μｍ帯）において、高い受光感度と応答速度を有するインジウムリン系材料が使用されている。ＴＩＡ１１２は、４チャネルの増幅器が集積されており、シリコン・ゲルマニウム系材料が使用されている。

次に、光モジュールの動作について説明する。受光されるべき信号光は、光ファイバ１０３から光入出力部材１３１を介して、光導波路基板１０２の端面の光導波路１２１に入力される。光導波路１２１を伝搬し、波長分波回路１２２において波長分波された４チャネルの光は、光路変換部１２３において反射して、直角に光路を変換し、光導波路基板１０２の開口部に向かう。波長分波された光は、光路変換部１２３とＰＤアレイ１１１との間の光路上に設けられたレンズ１３２による集光効果を受けたのち、ＰＤアレイ１１１のそれぞれのチャネルに対応した受光面に結合される。

ＰＤアレイ１１１において光電変換された４チャネルの電気信号は、それぞれＴＩＡ１１２において増幅され、金属ワイヤ１１５ｂ、金属配線１１３を介してリードピン１１４から光モジュール外部に出力される。

図３に、第１の実施形態の光モジュールにおける光結合許容値の計算結果を示す。構成部材の寸法誤差によって生ずる光結合許容値（トレランス）を、計算により算出した。図３（ａ）は、光導波路基板１０２の厚さ（開口部が形成されている部分の厚さ）のトレランスの計算結果であり、図３（ｂ）は、光素子（ＰＤ１１１）の厚さのトレランスの計算結果である。

光信号の光波長を１．３μｍ、光導波路のモードフィールド径を５μｍとし、光素子における受光部に等倍率で集光するよう設定する。光導波路（石英ガラス）の厚さを５０μｍとし、光導波路基板とレンズの材料は、いずれもシリコンとした。レンズは、片側球面レンズとし、光素子は、裏面入射型とした。これら条件の下で、光結合許容値が０．１ｄＢ以下を満たす部材公差および実装公差は、以下のように見積もられた。
・基板の厚さ：７５０μｍ±６５μｍ（図３（ａ）参照）
・光素子の厚さ：１５０μｍ±６５μｍ（図３（ｂ）参照）
・レンズと光素子の空間距離：１５０μｍ±２０μｍ
・レンズ曲率半径：２６０μｍ±１２μｍ

以上のような構成により、第１の実施形態においては、光モジュール内の部品配置について、光ファイバ１０３からの光の入力方向（光導波路の光軸方向）に対し、光導波路基板１０２と蓋基板１０１とが、光軸の垂直方向に積み上げた構成となっている。従って、従来例のように、一直線に部品が配置される構成に対して、光モジュールの光軸方向（長手方向）の寸法を小型化することができる。その結果、気密封止の面積が低減し、リークパスも減少するので、気密性の改善、筐体サイズの低減による剛性の改善、熱応力等による変形の低減を図ることができる。その結果、光モジュールの信頼性が改善され、製造歩留まりも改善されるので、光モジュールの製造コストの低減という大きな効果を得ることができる。また、光導波路基板が筐体を兼ね、蓋基板が電気配線基板を兼ねるため、従来例に比べて光モジュールの部品点数を削減することができる。

第１の実施形態においては、光導波路基板を用いて光素子を気密封止する構成であるため、光素子と光導波路の距離を近接することができる。従って、光導波路から光素子までの光損失が改善するのみならず、高速動作を目的とした受光面が小さい光素子を用いる場合にも、レンズなどの光学部品を多用することなく、信号光を光素子に集光することができる。

さらに、光ファイバと光導波路との接続部分を気密封止する必要がない。加えて、光入出力部材と光導波路基板との接続は、光モジュールの気密封止を行った後にできるので、この接続に用いる接着剤は、高温耐性を有する必要がない。すなわち、光入出力部材と光導波路基板との接続に用いる接着材料に制約を受けることがなくなり、最適な光接続が実施可能となる。

（光モジュールの製造方法）
（１）光導波路基板としてシリコン基板を用いた場合の、光導波路基板の製造方法を説明する。最初に、シリコン基板の一方の面上に、熱酸化による石英ガラス層を作成する。石英ガラス層を所望の形状にパターニングすることにより、光導波路のコアを形成する。さらに、シリコンを堆積して上部クラッドとし、下部クラッドとなるシリコン基板とともに、光導波路を形成する。

次に、シリコン基板の光導波路が形成されていない方の面に、スピンコート法によりレジストを塗布する。フォトリソグラフィーによる露光と現像により、レジストを開口部外周の形状となるようパターニングし、エッチングによりシリコン基板を掘削して、開口部を形成する。最後にレジストを除去することで、開口部が完成する。エッチング技術としては、加速されたＡｒイオンによりシリコン基板を物理的に掘削するイオンミリングを用いてもよい。または、ＣＦ４などの反応性ガスによりシリコン基板を化学的に掘削するプラズマエッチングを用いてもよい。

形成した開口部の内面であって、光路変換部で光路変換された光が開口部へ導出する位置に、レンズを接着する。なお、後述の第３、４の実施形態で述べるように、開口部にレンズを備える必要がない場合には、レンズ接着の作業は不要である。また、後述の第２の実施形態で述べるように、開口部内にレンズを一体形成する場合は、開口部にレンズを接着する代わりに、開口部をエッチングする際に球面加工したレジストを形成してエッチングすればよい。

最後に、シリコン基板の光導波路が形成された面のうち、光導波路の出射端とすべき位置において、光軸に対して垂直に、光導波路を横断するようにダイシングする。ダイシングして形成した面のうち、少なくとも光導波路の出射端となる面には金属薄膜を蒸着して、光路変換部を形成する。

（２）蓋基板（電気配線基板）の製造方法を説明する。絶縁体基板に貫通孔を設け、絶縁体基板の表面、裏面および貫通孔の内面に所望の金属配線を形成する。絶縁体基板の表面、光導波路基板の開口部と対向する面上に、所望の電気素子および光素子等を実装する。電気素子、光素子および金属配線間を、金（Ａｕ）などの金属ワイヤを用いたワイヤボンディングにより接続する。

（３）光導波路基板と蓋基板とを接合する。光導波路基板および蓋基板の双方を接合させる面に、それぞれ金属薄膜を蒸着（金属コーティング）する。光導波路基板および蓋基板の金属コーティングされた位置を接触させ、半田（ＡｕＳｎ）により接着する。光導波路基板のうち、光導波路の入射端面に光入出力部材を接着剤により接着して、光ファイバを接続することにより、光モジュールが完成する。

（その他の応用例）
第１の実施形態では、４チャネル集積型の光モジュールを例示するが、チャネル数は用途に応じて増減して使用して構わない。第１の実施形態の光モジュールは、受光器の例であるが、光素子をレーザ、ＬＥＤ、電気素子をドライバＩＣに変更することにより発光器としても適用可能である。

第１の実施形態においては、光導波路および光導波路基板の材料をそれぞれ石英ガラス、シリコンとした。例えば、両方をシリコンにすること、または両方を石英ガラスにすることもでき、有機高分子（ポリマー）を適用することもできる。また、光機能回路として、ＡＷＧによる光分波回路を示したが、他の機能を持つ回路、例えば、強度分岐回路（カプラまたはスプリッタ）、光干渉回路（マッハ・ツェンダ型干渉計など）に変更することもできる。

第１の実施形態においては、光路変換部をダイシングにより形成した。例えば、エッチングによる形成、金型形状の転写によるナノインプリント法を適用することもできる。ここでは、光路変換部の角度を光導波路に対し４５度とした。例えば、各部品の界面で生ずる反射戻り光による特性劣化を削減するために、４４度または４６度などの角度を適用することもできる。光路変換部には金属コーティングを施したが、その他に、誘電体多層膜による全反射コートを適用することもできる。

第１の実施形態においては、レンズとしてシリコン製の片側球面レンズを用いたが、他の材料、構成を適用することもできる。例えば、材料としては石英ガラス、樹脂を用いることができ、レンズ構成として屈折率分布型レンズ（ＧＲＩＮ）、フレネルレンズ、非球面レンズを用いることもできる。

第１の実施形態においては、気密封止にＡｕＳｎ半田による接合を用いた。例えば、錫銀銅（ＳｎＡｇＣｕ）半田、低融点ガラスも適用可能である。気密性は劣るがエポキシ、アクリルなどの樹脂を用いることもできる。

（第２の実施形態）
図４に、本発明の第２の実施形態にかかる光モジュールを示す。本モジュールは、４チャネルの波長多重光を合波して出力する多波長発光器である。図４（ａ）は側面から見た断面図、図４（ｂ）は上面から見た透視図である。光モジュールは、電気配線基板である蓋基板２０１の表面に、ベアチップのＬＤアレイ２１１と、電気素子であるドライバＩＣ２１２とが実装され、光導波路基板２０２により気密封止されている。

光導波路基板２０２は、石英ガラス材料からなり、光導波路２２１、４チャネルの波長多重光を分波する波長合波回路２２２（問えば、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）など）が形成されている。これら光機能回路は、シリコンを材料とする光導波路基板表面を熱酸化することにより形成される。また、光導波路２２１と光ファイバ２０３とは、光入出力部材（レンズ等）２３３を介して接続されている。

また、光導波路基板２０２は、光導波路２２１とＬＤアレイ２１１とを光学的に結合するための光路変換部２２３を有する。光路変換部２２３は、約４５度の研磨角度を有する研磨装置を用いて形成される。光導波路の出射端とすべき位置において、光軸に対して垂直に、光導波路基板上の光導波路を横断するように研磨して、光導波路の出射端が約４５度の斜面に位置するように研磨する。光路変換部２２３における反射特性、すなわち光路変換性能を向上するため、光路変換部２２３の表面には金属コーティングを施している（図示は省略）。

光導波路基板２０２は、一方向のみが開口したバスタブ形状の構造を有し、この開口部と蓋基板（電気配線基板）２０１とにより形成される内部空間に、ＬＤアレイ２１１、ドライバＩＣ２１２、電子部品２１６等が気密封止される。蓋基板（電気配線基板）２０１と光導波路基板２０２との接合部には、図示は省略したが、金属コーティングが施され、両者は半田（ＡｕＳｎ）を介して接合されている。

ＬＤアレイ２１１は、４チャネルのレーザダイオード集積チップであり、通信波長帯（波長１．５μｍ帯または１．３μｍ帯）において、それぞれ異なる発光波長と高い応答速度を有するインジウムリン系材料が使用されている。ドライバＩＣ２１２は、４チャネルの電流駆動回路が集積されており、シリコン・ゲルマニウム系材料が使用されている。

次に、光モジュールの動作について説明する。ＢＧＡ（Ball Grid Array）２１７、金属配線２１３、金属ワイヤ２１５ｂを介して、４チャネルの電気信号が、ドライバＩＣ２１２に入力される。ドライバＩＣ２１２がＬＤアレイ２１１を駆動して、発光されるべき信号光が出力される。

信号光は、ＬＤアレイ２１１と光路変換部２２３との間の光路上に設けられたレンズ２２４による集光効果を受けたのち、光導波路基板２０２端面の光導波路に入力される。光導波路を伝搬した光は、波長合波回路２２２で波長多重された後、光入出力部材（レンズ）２３３を介して光ファイバ２０３へ出力される。

以上のような構成により、第２の実施形態においては、第１の実施形態で示した光モジュールと同様の効果を有する。すなわち、光モジュールの光軸方向（長手方向）の寸法を小型化することができ、気密封止の面積が低減し、リークパスも減少するので、気密性の改善、筐体サイズの低減による剛性の改善、熱応力等による変形の低減を図ることができる。その結果、光モジュールの信頼性が改善され、製造歩留まりも改善されるので、光モジュールの製造コストの低減という大きな効果を得ることができる。また、光導波路基板が筐体を兼ね、蓋基板が電気配線基板を兼ねるため、従来例に比べて光モジュールの部品点数を削減することができる。

また、第１の実施形態と同様に、光導波路基板を用いて光素子を気密封止する構成であるため、光素子と光導波路の距離を近接することができる。従って、光導波路から光素子までの光損失が改善するのみならず、レンズなどの光学部品を多用する必要がない。また、光入出力部材と光導波路基板との接続は、光モジュールの気密封止を行った後にできるので、この接続に用いる接着剤は、高温耐性を有する必要がない。

さらに、第２の実施形態においては、光導波路基板の開口部の内面にレンズを一体形成する。従って、第１の実施形態の構成に比べて部材数量および作業工数の低減が可能となる。レンズの作製方法については、光導波路基板にエッチングによって開口部を形成する際に、あらかじめレジスト形状を球面加工することにより、その形状を反映したレンズ構造が形成される。なおエッチングの代わりにサンドブラストやレーザビームによる食刻を適用することも可能である。

（第３の実施形態）
図５に、本発明の第３の実施形態にかかる光モジュールを示す。４チャネルの波長多重光を分波して受光する多波長受光器を、光モジュールの一例として説明する。図５（ａ）は側面から見た断面図、図５（ｂ）は上面から見た透視図である。光モジュールは、電気配線基板である蓋基板３０１の表面に、ベアチップのＰＤアレイ３１１と、電気素子であるＴＩＡ３１２とが実装され、光導波路基板３０２により気密封止されている。

光導波路基板３０２は、石英ガラス材料からなり、光導波路３２１、４チャネルの波長多重光を分波する波長分波回路３２２（問えば、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）など）が形成されている。これら光機能回路は、シリコンを材料とする光導波路基板表面を熱酸化することにより形成される。

また、光導波路基板３０２は、光導波路３２１とＰＤアレイ３１１とを光学的に結合するための光路変換部３２３を有する。光路変換部３２３は、約４５度の研磨角度を有する研磨装置を用いて形成される。光導波路の出射端とすべき位置において、光軸に対して垂直に、光導波路基板上の光導波路を横断するように研磨して、光導波路の出射端が約４５度の斜面に位置するように研磨する。光路変換部３２３における反射特性、すなわち光路変換性能を向上するため、光路変換部３２３の表面には金属コーティングを施している（図示は省略）。

また、光導波路３２１と光ファイバ３０３とは、光入出力部材（ファイバ・ビーズ等）３３１を介して接続されている。第１の実施形態とは異なり、光入出力部材３３１は、光路変換部３２３となる約４５度の斜面（研磨面）に配置された光導波路３２１の端面に接続される。

光導波路基板３０２は、一方向のみが開口したバスタブ形状の構造を有し、この開口部と蓋基板（電気配線基板）３０１とにより形成される内部空間に、ＰＤアレイ３１１、ＴＩＡ３１２、電子部品３１６等が気密封止される。蓋基板（電気配線基板）３０１と光導波路基板３０２との接合部には、図示は省略したが、金属コーティングが施され、両者は半田（ＡｕＳｎ）を介して接合されている。

ＰＤアレイ３１１は、４チャネルのフォトダイオード集積チップであり、通信波長帯（波長１．５μｍ帯または１．３μｍ帯）において、高い受光感度と応答速度を有するインジウムリン系材料が使用されている。ＴＩＡ３１２は、４チャネルの増幅器が集積されており、シリコン・ゲルマニウム系材料が使用されている。

次に、光モジュールの動作について説明する。受光されるべき信号光は、光ファイバ３０３から光入出力部材３３１を介して、光導波路基板３０２の端面の光導波路３２１に入力される。光導波路３２１を伝搬し、波長分波回路３２２において波長分波された４チャネルの光は、光路変換部３２３において反射して、直角に光路を変換し、光導波路基板３０２の開口部に向かう。波長分波された光は、ＰＤアレイ３１１の受光面に形成されているレンズ３１１ａによる集光効果を受けたのち、ＰＤアレイ３１１のそれぞれのチャネルに対応した受光面に結合される。

ＰＤアレイ３１１において光電変換された４チャネルの電気信号は、それぞれＴＩＡ３１２において増幅され、金属ワイヤ３１５ｂ、金属配線３１３を介してフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）３１８から光モジュール外部に出力される。

以上のような構成により、第３の実施形態においては、第１および第２の実施形態で示した光モジュールと同様の効果を有する。すなわち、光モジュールの光軸方向（長手方向）の寸法を小型化することができ、気密封止の面積が低減し、リークパスも減少するので、気密性の改善、筐体サイズの低減による剛性の改善、熱応力等による変形の低減を図ることができる。その結果、光モジュールの信頼性が改善され、製造歩留まりも改善されるので、光モジュールの製造コストの低減という大きな効果を得ることができる。また、光導波路基板が筐体を兼ね、蓋基板が電気配線基板を兼ねるため、従来例に比べて光モジュールの部品点数を削減することができる。

また、第１および第２の実施形態と同様に、光導波路基板を用いて光素子を気密封止する構成であるため、光素子と光導波路の距離を近接することができる。従って、光導波路から光素子までの光損失が改善するのみならず、レンズなどの光学部品を多用する必要がない。また、光入出力部材と光導波路基板との接続は、光モジュールの気密封止を行った後にできるので、この接続に用いる接着剤は、高温耐性を有する必要がない。

第３の実施形態においては、光路変換部となる研磨面に光入出力部材を接続する。光路変換部を形成するために除去された空間に、光入出力部材が配置されるので、光モジュールの長手方向の寸法をより低減することができる。光導波路基板において、光路変換部の研磨面以外の面は、表面の平坦度に制約がないため、例えば、ダイシングによる切り出しのみとして、表面を荒くすることが可能となり、作業工数の低減が図れる。

第３の実施形態においては、受光素子上にレンズを一体形成する。従って、第１および第２の実施形態の構成に比べて部材数量および作業工数の低減が可能となる。レンズの作製方法については、光素子表面にエッチングを行う際、あらかじめレジスト形状を球面加工することにより、その形状を反映したレンズ構造が形成される。なおエッチングの代わりにサンドブラストやレーザビームによる食刻を適用することも可能である。

（第４の実施形態）
図６に、本発明の第４の実施形態にかかる光モジュールを示す。４チャネルの波長多重光を分波して受光する多波長受光器を、光モジュールの一例として説明する。図６（ａ）は側面から見た断面図、図６（ｂ）は上面から見た透視図である。光モジュールは、光導波路基板４０２の開口部内にベアチップのＰＤアレイ４１１と、電気素子であるＴＩＡ４１２とが実装され、蓋基板４０１の表面により気密封止されている。

光導波路基板４０２は、石英ガラス材料からなり、光導波路４２１、４チャネルの波長多重光を分波する波長分波回路４２２（問えば、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）など）が形成されている。これら光機能回路は、シリコンを材料とする光導波路基板表面を熱酸化することにより形成される。

また、光導波路基板４０２は、光導波路４２１とＰＤアレイ４１１とを光学的に結合するための光路変換部４２３を有する。光路変換部４２３は、約４５度の研磨角度を有する研磨装置を用いて形成する。光導波路の出射端とすべき位置において、光軸に対して垂直に、光導波路基板上の光導波路を横断するように研磨して、光導波路の出射端が約４５度の斜面に位置するように研磨する。光路変換部４２３における反射特性、すなわち光路変換性能を向上するため、光路変換部４２３の表面には金属コーティングを施している（図示は省略）。

また、光導波路４２１と光ファイバ４０３とは、光入出力部材（レンズ）４３３を介して接続されている。第３の実施形態と同様に、光入出力部材４３３は、光路変換部４２３となる約４５度の斜面（研磨面）に配置された光導波路４２１の端面に接続される。

光導波路基板４０２は、一方向のみが開口したバスタブ形状の構造を有し、この開口部と蓋基板４０１とにより形成される内部空間に、ＰＤアレイ４１１、ＴＩＡ４１２、電子部品４１６等が気密封止される。蓋基板４０１と光導波路基板４０２との接合部には、図示は省略したが、金属コーティングが施され、両者は半田（ＡｕＳｎ）を介して接合されている。第１ないし第３の実施形態とは異なり、第４の実施形態においては、光導波路基板に光素子などを実装して、蓋基板により気密封止する構成とする。

ＰＤアレイ４１１は、４チャネルのフォトダイオード集積チップであり、通信波長帯（波長１．５μｍ帯または１．３μｍ帯）において、高い受光感度と応答速度を有するインジウムリン系材料が使用されている。ＴＩＡ４１２は、４チャネルの増幅器が集積されており、シリコン・ゲルマニウム系材料が使用されている。

次に、光モジュールの動作について説明する。受光されるべき信号光は、光ファイバ４０３から光入出力部材４３３を介して、光導波路基板４０２の端面の光導波路４２１に入力される。光導波路４２１を伝搬し、波長分波回路４２２において波長分波された４チャネルの光は、光路変換部４２３において反射して、直角に光路を変換し、ＰＤアレイ４１１のそれぞれのチャネルに対応した受光面に結合される。

ＰＤアレイ４１１において光電変換された４チャネルの電気信号は、それぞれＴＩＡ４１２において増幅され、金属ワイヤ４１５ｂ、金属配線４１３を介してフレキシブル配線基板（ＦＰＣ）４１８から光モジュール外部に出力される。

以上のような構成により、第４の実施形態においては、第１ないし第３の実施形態で示した光モジュールと同様の効果を有する。すなわち、光モジュールの光軸方向（長手方向）の寸法を小型化することができ、気密封止の面積が低減し、リークパスも減少するので、気密性の改善、筐体サイズの低減による剛性の改善、熱応力等による変形の低減を図ることができる。その結果、光モジュールの信頼性が改善され、製造歩留まりも改善されるので、光モジュールの製造コストの低減という大きな効果を得ることができる。また、光導波路基板が筐体を兼ね、蓋基板が電気配線基板を兼ねるため、従来例に比べて光モジュールの部品点数を削減することができる。

また、蓋基板により気密封止する構成とし、光導波路基板に光素子などを実装するため、光素子と光導波路の距離を近接することができる。従って、光導波路から光素子までの光損失が改善するのみならず、レンズなどの光学部品を設ける必要がない。また、光入出力部材と光導波路基板との接続は、光モジュールの気密封止を行った後にできるので、この接続に用いる接着剤は、高温耐性を有する必要がない。

第４の実施形態においては、光路変換部となる研磨面に光入出力部材を接続する。光路変換部を形成するために除去された空間に、光入出力部材が配置されるので、光モジュールの長手方向の寸法をより低減することができる。光導波路基板において、光路変換部の研磨面以外の面は、表面の平坦度に制約がないため、例えば、ダイシングによる切り出しのみとして、表面を荒くすることが可能となり、作業工数の低減が図れる。

第４の実施形態においては、蓋基板に光素子などを実装するのではなく、光導波路基板上に金属配線を設けて、光素子などを実装した。従って、光導波路基板のみの加工で済み、蓋基板の作製が容易となる。ここで、光導波路基板上への金属配線の実装は、エッチングによって配線の必要な箇所に貫通孔を形成して、金属を蒸着する。他の方法として、サンドブラスト、レーザビーム食刻を適用することもできる。

また、第４の実施形態においては、電気素子（ＴＩＡ）と光導波路基板の接触領域にも金属配線を配置した。これは電気素子の接地（グランド）を強化するのみならず、電気素子で発生する熱を金属配線より放出するためである。このような金属配線は、光素子と光導波路基板の接触領域にも設置することができ、光素子のグランド強化と熱放出の効果を得ることができる。

以上述べたように、本実施形態によれば、光素子を気密封止することによる高い信頼性を確保し、小型、高機能、経済的な光モジュールを提供することができる。本実施形態においては、光モジュール内の部品配置について、光モジュールの光入出力方向（光軸方向）に対し、光導波路基板と蓋基板（電気配線基板）とを、鉛直方向に積み上げた構成となっている。そのため、従来例のように、光軸方向に一直線に部品が配置される構成に対して、光モジュールの光軸方向（長手方向）の寸法を小型化することができる。

その結果、気密封止面積が低減し、リークパスも減少するので、気密性の改善、筐体サイズの低減による剛性の改善、熱応力等による変形の低減を図ることができる。その結果、高い気密性を確保することができ、光モジュールの信頼性が改善され、製造歩留まりも改善されるので、光モジュールの製造コストの低減という大きな効果を得ることができる。また、光導波路基板、蓋基板が筐体を兼ね、光導波路基板、蓋基板のいずれかが電気配線基板を兼ねるため、従来例に比べて光モジュールの部品点数を削減することができる。

光導波路基板と蓋基板とが筐体として、光素子を気密封止する構成であるため、光素子と光導波路の距離を近接することができる。従って、光導波路から光素子までの光損失が改善するのみならず、高速動作を目的とした受光面が小さい光素子を用いる場合にも、レンズなどの光学部品を多用することなく、信号光を光素子に集光することができる。

さらに、光ファイバと光導波路との接続部分を気密封止する必要がない。加えて、光入出力部材と光導波路基板との接続は、光モジュールの気密封止を行った後にできるので、この接続に用いる接着剤は、高温耐性を有する必要がない。すなわち、光入出力部材と光導波路基板との接続に用いる接着材料に制約を受けることがなくなり、最適な光接続が実施可能となる。

（その他の実施形態）
ここまで述べてきた各実施形態においては、光モジュールを構成する光路変換部、レンズ、光素子、電気素子などの構成部品に関する種々の形態ならびに組み合わせを開示した。これら構成部品の取りうる形態の組み合わせについては、第１ないし第４の実施形態で説明してきたものに限定されるものではない。

例えば、第１の実施形態では、図１に示したように、光導波路基板をダイシングして溝部（ダイシングライン）を形成することにより、光路変換部とする構成を開示した。この光路変換部を、第２ないし第４の実施形態で説明したように、光導波路基板の端部を研磨することにより研磨面を光変換部とする構成としてもよい。また、第１の実施形態では、蓋基板である電気配線基板に光素子、電気素子等を実装する構成を開示した。この構成を、第４の実施形態で説明したように、光導波路基板の開口部に面した面に配置するように構成してもよい。これらの例示に限定されるものでなく、第１ないし第４の実施形態で説明してきた種々の形態の組み合わせであってもよいことは、言うまでもない。

１０１，２０１，３０１，４０１ 蓋基板
１０２，２０２，３０２，４０２ 光導波路基板
１０３，２０３，３０３，４０３ 光ファイバ
１１１，３１１，４１１ ＰＤアレイ
１１２，３１２，４１２ ＴＩＡ
１１３，２１３，３１３，４１３ 金属配線
１１４ リードピン
１１５，２１５，３１５，４１５ 金属ワイヤ
１１６，２１６，３１６，４１６ 電子部品
１２１，２２１，３２１，４２１ 光導波路
１２２，３２２，４２２ 波長分波回路
１２３，２２３，３２３，４２３ 光路変換部
１３１，３３１ 光入出力部材
１３２，２２４，３１１ａ レンズ
２１１ ＬＤアレイ
２１２ ドライバＩＣ
２１７ ＢＧＡ
２２２ 波長合波回路
２３３，４３３ 光入出力部材（レンズ）
３１８，４１８ ＦＰＣ

Claims (7)

1. 光導波路が形成され、一方向のみが開口した開口部を有する光導波路基板と、
   前記光導波路基板と接合される蓋基板とを備え、
   前記開口部と前記蓋基板とにより形成される内部空間に光素子が実装され、前記光導波路基板は、前記光導波路と前記光素子とを光学的に結合する光路変換部を有することを特徴とする光モジュール。
2. 前記光路変換部は、前記光導波路の出射端とすべき位置において、光軸に対して垂直に、前記光導波路を横断するように形成されたＶ溝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。
3. 前記光路変換部は、前記光導波路の出射端とすべき位置において、光軸に対して垂直に、前記光導波路を横断するように形成された約４５度の斜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。
4. 前記光路変換部の前記斜面に、前記光導波路と光学的に結合する光ファイバを接合するための光入出力部材が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の光モジュール。
5. 前記光導波路基板は、前記光路変換部と前記光素子との間の光路上にレンズを備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光モジュール。
6. 前記光素子は、前記開口部と対向する前記蓋基板の表面に実装されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光モジュール。
7. 前記光素子は、前記光導波路基板の前記開口部の内面に実装されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光モジュール。

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