JP2016018146A - 光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】厚さが薄く光軸調整が容易な光モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】光モジュール１０は、基板２１の上に配置された平面光導波回路２２と、基板２１の平面光導波回路２２が配置された面と反対側の面に設けられた溝１０７と、溝１０７の内部に配置され、平面光導波回路２２へ光を入射させ又は平面光導波回路２２から出射される光を受光する光学装置１０５と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、光素子を高密度で集積、実装する光モジュールおよびその製造方法に関する。

平面型光導波回路（ＰＬＣ：Ｐｌａｎａｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）と複数個の光学装置を集積した光モジュールとして、例えば、特許文献１や特許文献２に示されている光モジュールが挙げられる。特許文献１には、基板の上に配置されたＰＬＣの上に光学装置を配置する光モジュールが示されている。特許文献２には、ＰＬＣの端部に光学装置を配置する光モジュールが示されている。ＰＬＣを構成する層の上に光学装置を配置する場合、ＰＬＣの光導波路の中を導波し、光導波路から出射された光信号の光路を、ＰＬＣの上に配置された光学装置に向けて変換する。具体的には、マイクロミラーを用いて、ＰＬＣ内部を導波する光と光学装置を光学的に結合させる。

図１（ａ）に、ＰＬＣ２２の上に光学装置１０５及び電子装置１０６を配置した光モジュールの例を示す。図１（ａ）の光モジュールは、ミラー構造体１０４と、ＰＬＣ２２と、基板２１と、光学装置１０５と、電子装置１０６とを備える。１０８はボンディングワイヤーである。ボンディングワイヤー１０８は、光学装置１０５と、電子装置１０６を電気的に接続する。図１（ａ）の光モジュールでは、基板２１の上にＰＬＣ２２を形成し、ＰＬＣ２２の上に光学装置１０５と電子装置１０６を配置する。Ｔｐ１は光学装置１０５又は電子装置１０６の厚さ、Ｔｗ１はＰＬＣ２２の厚さ、Ｔｓｕｂ１は基板２１の厚さである。

図１（ｂ）に、基板２１の上に光学装置１０５及び電子装置１０６を配置した光モジュールの例を示す。図１（ｂ）の光モジュールは、ミラー構造体１０４と、ＰＬＣ２２と、基板２１と、支持基板２３と、光学装置１０５と、電子装置１０６とを備える。１０８はボンディングワイヤーである。ボンディングワイヤー１０８は、光学装置１０５と、電子装置１０６を電気的に接続する。図１（ｂ）の光モジュールでは、基板２１の上にＰＬＣ２２を形成した後、ＰＬＣ２２を下面側として、基板２１の上に光学装置１０５と電子装置１０６を配置する。Ｔｐ２は光学装置１０５又は電子装置１０６の厚さ、Ｔｗ２はＰＬＣ２２の厚さ、Ｔｓｕｂ２は基板２１の厚さ、Ｔｓｕｐ２は支持基板２３の厚さである。

図１（ａ）に示した光モジュール全体の厚さは、Ｔｐ１と、Ｔｗ１と、Ｔｓｕｂ１の和であり、図１（ｂ）に示した光モジュール全体の厚さは、Ｔｐ２と、Ｔｗ２と、Ｔｓｕｂ２と、Ｔｓｕｐ２の和である。光学装置１０５や電子装置１０６の厚さを薄くするのは容易ではないので、Ｔｐ１及びＴｐ２を小さくするのは容易ではない。また、基板２１の厚さＴｓｕｂ１及びＴｓｕｂ２、そして支持基板２３の厚さＴｓｕｐ２を、機械的強度を保ちつつ薄くするのも容易ではない。そのため、光モジュールが大型化してしまうという問題があった。

図２に、光導波路の端部に光学装置１０５を配置した光モジュールの例を示す。図２に示した光モジュールは、ＰＬＣ２２と、基板２１と、光学装置１０５と、光学ベンチ３１とを備える。ＰＬＣ２２は、上部クラッド２２ｃと、コア２２ｂと、下部クラッド２２ａと、端面２２ｄとを備える。コア２２ｂは、上部クラッド２２ｃ及び下部クラッド２２ａよりも屈折率が高い。上部クラッド２２ｃ及び下部クラッド２２ａに挟まれたコア２２ｂは、光導波路として機能する。４１は、コア２２ｂを導波して端面２２ｄから出射される光、及び端面２２ｄからコア２２ｂへと入射する光の光路である。図２のようにＰＬＣ２２の端部に光学装置１０５を配置する場合、ＰＬＣ２２と光学装置１０５を光学的に結合しなければならない。そのため、光学装置１０５を光学ベンチ３１などの上に配置し、コア２２ｂと光学装置１０５の活性層の高さを一致させる。そして、光路４１を通過する光を、光学装置１０５が備える光学素子の活性層に入射させる。また、光学装置１０５が出射する光が端面２２ｄからコア２２ｂへと入射するようにする。

しかし、温度が変化すると、基板２１及びＰＬＣ２２の熱膨張係数と、光学ベンチ３１の熱膨張係数の相違が原因で、コア２２ｂと光学装置１０５の活性層の高さが一致しなくなる場合がある。そうすると、コア２２ｂから出射されて光路４１を伝搬する光が、光学装置１０５が備える光学素子の活性層１０２へ入射しなくなるという問題が生じる。また、光学装置１０５が出射する光がコア２２ｂへと入射しなくなるという問題も生じる。さらに、基板の反り等によって、コア２２ｂから出射された光が光学装置１０５が備える光学素子の活性層へ入射しなくなる場合や、光学装置１０５が出射する光がコア２２ｂへと入射しなくなる場合があるという問題もあった。

特開２００８−００９３０２号公報 特開２００４−１７７７０７号公報

前記課題を解決するために、本発明は、従来の光モジュールよりも厚さが薄く、光軸調整が容易な光モジュールとその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願発明の光モジュールは、基板に設けられた溝の内部に光学装置を配置する。本願発明の光モジュール製造方法は、本願発明の光モジュールの製造方法である。

具体的には、本願発明の光モジュールは、基板の上に配置された平面光導波回路と、前記基板の前記平面光導波回路が配置された面と反対側の面に設けられた溝と、前記溝の内部に配置され、前記平面光導波回路へ光を入射させ又は前記平面光導波回路から出射される光を受光する光学装置と、を備える。

本願発明に係る光モジュールは、基板に溝を備え、溝の内部に光学装置を配置することで、光モジュールの厚さを薄くすることができる。基板の内部に光学装置を配置するので、温度変化による平面光導波回路と光学装置の間の光軸ずれは、光学ベンチ等の異なった材質の上に配置した場合と比べて小さい。また、溝の内部にある光学装置が配置される場所を自由に形成できるので、平面光導波回路と光学装置の間の光軸調整を容易にすることができる。したがって、本発明は、従来の光モジュールよりも厚さが薄く、光軸調整が容易な光モジュールを提供することができる。

本願発明の光モジュールでは、前記平面光導波回路の上面から下面へと貫通し、前記平面光導波回路の上面と前記溝を連結する貫通孔と、前記平面光導波回路と前記光学装置の間の光路に挿入され、前記光学装置からの光を反射して前記平面光導波回路へ光を入射させるか又は前記平面光導波回路からの光を反射して前記光学装置へと光を入射させるミラーと、をさらに備えてもよい。

本願発明の光モジュールでは、前記溝は、深さの異なる複数の底部を備えてもよい。

本願発明の光モジュールでは、前記平面光導波回路のうちの前記貫通孔と接する端面は、当該端面の配置される前記平面光導波回路の光軸方向に対して傾斜していてもよい。

具体的には、本願発明の光モジュールの製造方法は、基板の上に平面光導波回路を形成する平面光導波回路形成工程と、前記基板に溝を形成する溝形成工程と、前記平面光導波回路へ光を入射させ又は前記平面光導波回路から出射される光を受光する光学装置を、前記溝の内部に設置する光学装置設置工程と、を順に有する。

溝形成工程及び光学装置設置工程を有するため、基板に溝を形成し、溝の内部に光学装置を設置することができる。そのため、厚さが薄い光モジュールを製造することができる。光学装置設置工程において、基板に光学装置を設置するため、温度変化による平面光導波回路と光学装置の間の光軸ずれを、光学ベンチ等の異なった材質の上に設置した場合と比べて小さくすることができる。また、溝形成工程において、溝の内部にある光学装置が配置される場所を自由に形成できるため、平面光導波回路と光学装置の間の光軸調整を容易にすることができる。したがって、本発明は、従来の光モジュールよりも厚さが薄く、光軸調整が容易な光モジュールの製造方法を提供することができる。

本願発明の光モジュールの製造方法は、前記平面光導波回路形成工程で形成された前記平面光導波回路の上面から下面へと貫通し、前記平面光導波回路の上面と、前記溝形成工程で形成された前記溝を連結する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記平面光導波回路と前記光学装置の間の光路に、前記平面光導波回路からの光を反射して前記光学装置へと入射させ又は前記光学装置からの光を反射して前記平面光導波回路へ入射させるミラーを設置するミラー設置工程と、を前記溝形成工程の後に有してもよい。

本願発明の光モジュールの製造方法は、前記溝形成工程において、深さの異なる複数の底部を形成してもよい。

本願発明の光モジュールの製造方法は、前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔と接する端面を、当該端面の配置される前記平面光導波回路の光軸方向に対して傾斜させてもよい。

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。

本発明によれば、従来の光モジュールよりも厚さが薄く、光軸調整が容易な光モジュールとその製造方法を提供することができる。

本発明に関連する表面実装型光モジュールの構成図であり、（ａ）はＰＬＣ２２の上に光学装置１０５及び電子装置１０６を配置した光モジュールの一例を示し、（ｂ）は、基板２１の上に光学装置１０５及び電子装置１０６を配置した光モジュールの一例を示す。 本発明に関連する端面実装型光モジュールの一例の構成図を示す。 本発明の第一の実施形態に係る光モジュールの構成図であり、（ａ）は、本発明の第一の実施形態に係る光モジュール１０の断面図の一例を示し、（ｂ）に１０４ｚで示した領域の一例の拡大図を示す。 本発明の第一の実施形態に係る光モジュール１０の透過図であり、（ａ）は、マッハツェンダー干渉計２４の２本の光導波路に等しい影響を与える溝１０７の配置の一例を示し、（ｂ）は、マッハツェンダー干渉計２４の２本の光導波路に異なった影響を与える溝１０７の配置の一例を示し、（ｃ）は、マッハツェンダー干渉計２４ではない部分の光導波路に対し線対称に配置した溝１０７の配置の一例を示し、（ｄ）は、マッハツェンダー干渉計２４ではない部分の光導波路に対し非線対称に配置した溝１０７の配置の一例を示す。 本発明の第一の実施形態に係る光モジュール１０の一例の構成図であり、（ａ）は、光学装置１０５と電子装置１０６の間のボンディングワイヤー１０８がある部分の壁１０７ａの高さを示す図の一例であり、（ｂ）はボンディングワイヤー１０８が無い部分の壁１０７ａの高さを示す図の一例である。 本発明の第二の実施形態に係る光モジュールの一例の構成図であり、（ａ）は断面図を示し、（ｂ）は下面図を示す。 本発明の第三の実施形態に係る光モジュールのＰＬＣ２２の端面２２ｄの一例の構成図を示す。 本発明の第三の実施形態に関連する光モジュールのＰＬＣ２２の端面２２ｄの一例の構成図を示す。 本発明の第一の実施形態、又は第二の実施形態、又は第三の実施形態に係る光モジュールを用いたＤＰ−ＱＰＳＫ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）受信モジュールの一例の構成図であり、（ａ）は上面図を示し、（ｂ）は下面図を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本発明は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第一の実施形態）
図３（ａ）に、本発明の第一の実施形態に係る光モジュール１０の断面図を示す。また、図３（ｂ）に１０４ｚで示した領域の拡大図を示す。本実施形態に係る光モジュール１０は、基板２１と、ＰＬＣ２２と、ミラー構造体１０４と、光学装置１０５と、電子装置１０６とを備える。ＰＬＣ２２は端面２２ｄを備える。

基板２１の上にＰＬＣ２２が配置される。基板２１と接するＰＬＣ２２の一方の面がＰＬＣ２２の下面、ＰＬＣ２２の他方の面がＰＬＣ２２の上面である。また、基板２１のＰＬＣ２２と接する一方の面が基板２１の上面である。ＰＬＣ２２は光を導波する。基板２１及びＰＬＣ２２は貫通孔１０９を備える。貫通孔１０９はＰＬＣ２２の上面と下面を貫通する。ＰＬＣ２２は、ＰＬＣ２２と貫通孔１０９とが接する部分に、ＰＬＣ２２へ入射する光を入射させ又はＰＬＣ２２から出射する光を出射する端面２２ｄを備える。

貫通孔１０９は、ＰＬＣ２２の端面２２ｄから出射される光の光路、及び端面２２ｄからＰＬＣ２２へ入射する光の光路として機能する。ミラー構造体１０４は、ミラー１０４ａを備える。ミラー１０４ａは、基板２１の上面に対し傾きをもって配置され、端面２２ｄから出射した光を反射し、光の光路を光路４２ａ（水平方向）から光路４２ｂ（垂直方向）に変換する。また、ミラー１０４ａは、端面２２ｄへと入射する光を反射し、光の光路を光路４２ｂから光路４２ａに変換する。

貫通孔１０９の形状は任意である。しかし、貫通孔１０９は、ＰＬＣ２２から出射した光路４２ａの光がミラー１０４ａで反射され光学装置１０５へ入射されるまでの経路及び光学装置１０５から出射した光路４２ａの光がミラー１０４ａで反射されＰＬＣ２２に入射するまでの経路で減衰しない形状であることを要する。例えば、ＰＬＣ２２から出射した光路４２ａの光が貫通孔１０９の側面に当たって散乱されるような形状としてはならない。

基板２１は、溝１０７を備える。溝１０７は、ＰＬＣ２２が配置された基板２１の上面とは反対側の面である基板２１の下面に設けられ、光学装置１０５と電子装置１０６とを収容する。ＰＬＣ２２の上面と下面を貫通する貫通孔１０９は、ＰＬＣ２２の上面と溝１０７を連結する。Ｄ１は溝１０７の深さである。ここで、溝１０７の深さとは、基板２１の下面から溝１０７の底１０７ｂまでの距離である。溝１０７の底１０７ｂは面であり、底部として機能する。

光学装置１０５は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）又はレーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を備える。光学装置１０５は、ＰＬＣ２２へ入射する光を出射し、またＰＬＣ２２から出射される光を受光する。光学装置１０５は、光の入出射面にレンズ１０５ａを備えてもよい。光学装置１０５が、レンズ１０５ａを備える場合、光学装置１０５内の光学素子から出射される光は、レンズ１０５ａを介してＰＬＣ２２へと入射する。また、ＰＬＣ２２内を伝搬する光は、レンズ１０５ａを介して光学装置１０５内の光学素子（不図示）へと入射する。

電子装置１０６は、例えば、Ｔｒａｎｓ―Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（ＴＩＡ）を備える。電子装置１０６は光学装置１０５から出力される電気信号、又は光学装置１０５へ入力される電気信号に対し、所定の電気的変換を行う。１０８はボンディングワイヤーである。ボンディングワイヤー１０８は、光学装置１０５と、電子装置１０６を電気的に接続する。

ＰＬＣ２２は、例えば、半導体単結晶の基板２１の上に形成される。基板２１の材料の例として、Ｓｉ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＩｎＰ単結晶などの半導体単結晶基板や、ガラス、セラミック、プラスチック、金属が挙げられる。基板２１の厚さは、概ね５００μｍ以上１０００μｍ以下である。光学装置１０５を構成する光学素子や電子装置１０６を構成する電子部品の厚さが数百μｍ程度である。つまり、基板２１の厚さは、光学装置１０５や電子装置１０６を構成する光学素子や電子部品の厚さの数倍である。

図３（ａ）のように、基板２１の中に設けられた溝１０７の内部に、光学装置１０５や電子装置１０６の少なくとも一部を収容することができる。また、基板２１は、光学装置１０５や電子装置１０６を収容し、保持する機械的強度も有する。つまり、溝１０７を形成する空間に光学装置１０５等を配置することで、光モジュール１０としての厚さは、ＰＬＣ２２の上面に光学装置１０５等を配置した場合に比べて、数百μｍ程度低減できる。そして、溝１０７の内部に光学装置１０５や電子装置１０６を構成する光学素子や電子部品を完全に収容すれば、光モジュールの厚さは、光学装置１０５や電子装置１０６の厚さとＰＬＣ２２と基板２１の厚さの和から、ＰＬＣ２２と基板２１の厚さの和となる。したがって、光モジュールの厚さを削減するために、溝１０７の深さは、光学装置１０５及び電子装置１０６の高さよりも深くする。そして、溝１０７の内部に、光学装置１０５及び電子装置１０６を収容する。しかし、溝１０７の深さを、光学装置１０５及び電子装置１０６の高さよりも深くするのは必須の要件ではない。

光学装置１０５が配置される部分の溝１０７の深さＤ１は、可能な限り深くする。これは、溝１０７の内部に光学装置１０５や電子装置１０６を完全に収容するためだけではなく、光学装置１０５とミラー１０４ａの距離を短くするためである。光学装置１０５とミラー１０４ａの距離を短くすることで、光路４２ｂが短くなる。光路４２ｂが長いほど、光路４２ｂを通過する光が拡散し、光学装置１０５と、ミラー構造体１０４の光軸調整が難しくなる。そのため、光学装置１０５が配置される部分の溝１０７の深さが深いほど、光学装置１０５と、ミラー構造体１０４の光軸調整が容易となる。例えば、溝１０７は、ＰＬＣ２２の下面から、ＰＬＣ２２の厚みとほぼ等しい約５０μｍ程度の位置まで達する場合もある。

溝１０７を配置する際には、ＰＬＣ２２内の光導波路の位置を考慮する。これは、溝１０７を配置する場所によって、光導波路の実効屈折率に影響を及ぼす場合があるからである。例えば、２本の光導波路がマッハツェンダー干渉計を構成するとする。その場合には、マッハツェンダー干渉計を構成する２本の光導波路に対して対称又は均等に影響を与える位置に溝１０７を配置するか、２本の光導波路に影響を及ぼさない位置に溝１０７を配置する。ここで、２本の光導波路に対して対称又は均等に影響を与えるとは、例えば、同じ実効屈折率の変化を及ぼすことである。

図４を用いて、溝１０７を配置する位置について説明する。図４は、ＰＬＣ２２を上面から見た透視図である。２４はマッハツェンダー干渉計である。マッハツェンダー干渉計２４は、２本の光導波路として、光導波路２４ｂと、光導波路２４ｃとを備える。光導波路２４ｂ及び２４ｃが交わる部分に、光導波路２４ａ及び光導波路２４ｄが配置されている。光導波路２４ａと光導波路２４ｄは接しないが、同一直線状に配置される。また、光導波路２４ａと光導波路２４ｄを結ぶ直線Ｌ０からの距離は、光導波路２４ｂと光導波路２４ｃで同じである。Ｌ１は、Ｌ０から光導波路２４ｂ方向の溝１０７の側壁面までの距離である。Ｌ２はＬ０から光導波路２４ｃ方向の溝１０７の側壁面までの距離である。貫通孔１０９は、溝１０７の内側に配置される。

図４（ａ）に、マッハツェンダー干渉計２４を構成する２本の光導波路である光導波路２４ｂ及び光導波路２４ｃに対して対称又は均等に影響を与える溝１０７の配置例を示す。図４（ａ）では、溝１０７は、Ｌ１とＬ２が等しくなるような位置に配置されている。Ｌ１とＬ２が等しいので、溝１０７は光導波路２４ｄに対して線対称に配置される。溝１０７は光導波路２４ｄに対して線対称に配置されるので、溝１０７の配置による光導波路２４ｂ及び２４ｃの実効屈折率変化は同じである。しかし、図４（ｂ）のように溝１０７を配置してはならない。これは、図４（ｂ）では、Ｌ１よりもＬ２の方が大きいため、光導波路２４ｂと光導波路２４ｃで実効屈折率が異なるためである。

図４（ｃ）及び図４（ｄ）に、マッハツェンダー干渉計２４を構成する２本の光導波路である光導波路２４ｂ及び光導波路２４ｃに影響を及ぼさない溝１０７の配置例を示す。図４（ｃ）及び図４（ｄ）では、溝１０７は光導波路２４ｂ及び光導波路２４ｃと重ならない位置に配置されている。マッハツェンダー干渉計２４の特性に影響のない場所や、光導波路の実効屈折率が多少変化してもマッハツェンダー干渉計２４の特性に影響のない場合には、溝１０７の配置場所は任意である。例えば、図４（ｄ）に示すように、Ｌ１とＬ２が等しくなくても、マッハツェンダー干渉計２４の特性に影響はない。

なお、溝１０７の配置にあたっては、基板２１が欠けるなど基板２１の機械的強度の弱い部分ができないように設計し、機械的強度が保持できる基板２１の厚みを確保する。基板２１の機械的強度をより強くするために、溝１０７の内部に壁１０７ａを設けてもよい。また、溝１０７の内部を、壁１０７ａによって光学装置１０５を配置する場所と電子装置１０６を配置する場所に２つに分けても良い。

図５に、溝１０７に壁１０７ａを配置する場合の例を示す。光学装置１０５及び電子装置１０６が溝１０７に完全に収容される場合には、図５（ａ）のように、壁１０７ａの高さＨ_１０７を、ボンディングワイヤー１０８が接触しない高さとすることが望ましい。例えば、壁１０７の高さＨ_１０７を光学装置１０５の高さＨ_１０５及び電子装置１０６の高さＨ_１０６未満とする。なお、図５（ａ）のように、壁１０７ａの高さＨ_１０７、光学装置１０５の高さＨ_１０５及び電子装置１０６の高さＨ_１０６を一定としてもよい。

また、図５（ｂ）のように、壁１０７ａの高さＨ_１０７を、溝１０７の深さＤ１と等しくしてもよい。これにより、溝１０７が壁１０７ａで支えられるため、溝１０７の配置されている基板２１の変形を防ぐことができる。この場合、ボンディングワイヤー１０８を壁１０７に接触させないために、壁１０７ａにボンディングワイヤー１０８を通過させるための開口部又は切り欠きを設けることが望ましい。

また、光学装置１０５が配置される溝１０７は基板２１の下面に配置され、ＰＬＣ２２は基板２１の上面に配置されるため、温度変化による基板２１の膨張、及び収縮による影響は、ＰＬＣ２２と光学装置１０５とで等しい。このように、本実施形態では溝１０７の内部に光学装置１０５を配置することで、温度変化によるＰＬＣ２２と光学装置１０５の間の光軸ずれを、光学ベンチ３１等の異なった材質の上に光学装置１０５を配置した場合と比べて小さくすることができる。

また、ミラー構造体１０４が配置される部分と、光学装置１０５が配置される部分はエッチングにより形成することが望ましい。エッチングでは、配置部位の形状、位置、大きさを精度よく加工できるからである。そのため、ミラー構造体１０４が配置される部分又は光学装置１０５が配置される部分を填め合わせができる形状にすることや、アライメントマーカーを形成することは容易である。この加工により、ミラー構造体１０４や光学装置１０５を所定の位置へ配置できるため、光軸調整が容易となる。また、例えば、ミラー構造体１０４や光学装置１０５の形状に合致するような枠構造を、ミラー構造体１０４や光学装置１０５を配置する部分に形成することも容易である。そのため、ミラー構造体１０４や光学装置１０５を枠に填め合わせれば、光軸調整は容易に行える。

（第二の実施形態）
図６に、本発明の第二の実施形態に係る光モジュール４０の断面図及び下面図を示す。本発明の第一の実施形態に係る光モジュール１０と、本発明の第二の実施形態に係る光モジュール４０の相違点は溝１０７の深さである。図３（ａ）に示した第一の実施形態に係る光モジュール１０では、光学装置１０５と電子装置１０６が配置される部分の溝１０７の深さは、Ｄ１で同じである。しかし、図６に示した本実施形態に係る光モジュール４０は、溝１０７が複数の底部を備え、１つの底部には、光学装置１０５が配置され、１つの底部には、電子装置１０６が配置される。光学装置１０５が配置される部分の溝１０７の深さはＤ１であるが、電子装置１０６が配置される部分の溝１０７の深さはＤ２である。光学装置１０５の高さＨ_１０５は、電子装置１０６の高さＨ_１０６よりも高く、Ｄ１はＤ２よりも大きい。

複数の底部のうちの最大の深さである深さＤ１は、可能な限り深くすることが望ましい。溝１０７の深さＤ１を深くすることで、溝１０７の内部に光学装置１０５や電子装置１０６を完全に収容し、光学装置１０５とミラー１０４ａの距離を短くすることができる。しかし、最適なＤ２は、電子装置１０６が備える電子部品の高さに応じて変わる。具体的には、Ｄ２は、ボンディングワイヤー１０８で光学装置１０５と電子装置１０６を接続でき、ボンディングワイヤー１０８の長さを短くできる深さとすることが望ましい。例えば、Ｄ２は、光学装置１０５及び電子装置１０６の下面の高さが略同じとなるように決定する。例えば、Ｄ１とＤ２の差は、Ｈ_１０５と、Ｈ_１０６の差に等しい。溝１０７の深さは、図３（ａ）ではＤ１のみの１種類であり、図６では、Ｄ１とＤ２の２種類である。電子装置１０６が複数の素子で構成される場合等には、溝１０７の深さは、１種類又は２種類だけではなく、任意の数の溝１０７の深さの種類を有してもよい。また、溝１０７の中に、第一の実施形態と同じように壁１０７ａを配置してもよい。

第一の実施形態に係る光モジュール１０及び本実施形態に係る光モジュール４０では、ＰＬＣ２２を導波する光は端面２２ｄから出射し、光路４２ａを通り、ミラー１０４ａで反射され、光路４２ｂを通り、光学装置１０５に入射する。また、ＰＬＣ２２へ入射する光は、光学装置１０５から出射し、光路４２ｂを通り、ミラー１０４ａで反射され、光路４２ａを通り、端面２２ｄからＰＬＣ２２へと入射する。

ここで、光モジュール１０及び光モジュール４０では、光がＰＬＣ２２と光学装置１０５の間を伝搬する場合、光が通過する屈折率の異なる界面は、端面２２ｄが構成するＰＬＣ２２と空気の界面と光学装置１０５と空気の界面の２つのみであることが望ましい。例えば、光モジュール１０及び光モジュール４０の貫通孔１０９に樹脂が充填されている場合には、光が通過する屈折率の異なる界面は、光学装置１０５と空気の界面に加え、ＰＬＣ２２と樹脂の界面と、樹脂と空気の界面となり、１つ増える。

また、光モジュール１０及び光モジュール４０の光学素子１０５と基板２１の間に、さらに光学素子１０５を固定するための透明基板を配置している場合には、光が通過する屈折率の異なる界面は、光学装置１０５と空気の界面に加え、ＰＬＣ２２と樹脂の界面と、樹脂と透明基板の界面と、透明基板と空気の界面となり、更に１つ増える。光が通過する屈折率の異なる界面の数が増えるほど、光の反射、損失等が増える原因となる。したがって、光が通過する屈折率の異なる界面の数が二つである光モジュール１０及び光モジュール４０は、伝搬する光の反射、損失を抑えることができる。

（第三の実施形態）
図７に、本発明の第三の実施形態に係る光モジュールの傾斜した端面２２ｄの一例を示す。本実施形態では、傾斜した端面２２ｄの角度をα１とし、ミラー１０４ａの角度をβ１とする。α１は、ＰＬＣ２２の上面とＰＬＣ２２の端面２２ｄがなす角であり、β１はミラー構造体１０４の上面とミラー１０４ａが配置される面がなす角である。ここで、ミラー構造体１０４の上面とは、ミラー構造体１０４の面のうち、ミラー構造体１０４と基板２１が接する面と対向する面である。

図８のようにミラー１０４ａの角度β１が４５度である場合、ＰＬＣ２２から出射された光４３ａは光学装置１０５へ垂直に入射する。そのため、光４３ａが光学装置１０５で反射され、光４３ｂとなり、ＰＬＣ２２に入射する場合がある。この場合、図８に示す光学装置１０５の入射面又は出射面を入射光４３ａに対して傾けて配置すれば、光４３ｂがＰＬＣ２２に入射する問題は解決できる。しかし、光学装置１０５は半田や接着剤で基板２１に固定されるため、光学装置１０５の入射面又は出射面を光４３ａに対して、精度よく傾けて配置するのは容易ではない。

そこで、本実施形態では、図７のように、端面２２ｄを傾斜させる。傾斜した端面２２ｄは、光４３ａ及び光４３ｂで形成される光路面に垂直で、ＰＬＣ２２の上面となす角がα１となるように傾斜している。また、ミラー１０４ａの角度をβ１とする。α１、β１は、９０度より小さい角度、例えば８０度、４５度である。α１とβ１のそれぞれの角度は、ＰＬＣ２２と光学装置１０５の光結合が最大となるように決められる。

本実施形態では、ＰＬＣ２２が傾斜した端面２２ｄを備えるので、光４３ａは光学装置１０５へ斜めに入射し、反射光４３ｂはＰＬＣ２２の導波路コア２２ｂから外れた端面２２ｄに入射するため、光４３ｂがＰＬＣ２２の導波路コア２２ｂに入射するのを防止することができる。したがって、本実施形態では、ＰＬＣ２２が傾斜した端面２２ｄを備えることにより、ＰＬＣ２２内を伝搬する信号の劣化を防止することができる。

本実施形態に係る傾斜した端面２２ｄは、第一の実施形態に係る光モジュール１０及び第二の実施形態に係る光モジュール４０と組み合わせて用いることができる。

（第四の実施形態）
図９に、本実施形態に係る光モジュール５０の一例の構成図を示す。本実施形態に係る光モジュール５０は、本発明の第一の実施形態から第三の実施形態に係る光モジュールをＤｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ（ＤＰ−ＱＰＳＫ）モジュールに適用した例である。

光モジュール５０は、光信号処理部５１と、ＯＥ（Ｏｐｔｉｃａｌ／Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）変換部５２と、配線基板５１１と、フレキシブル基板（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）５１２とを備える。光信号処理部５１は、偏波分離器（ＰＢＳ：Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）５０１と、２分岐器（ＢＳ：Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）５０２と、９０度光ハイブリッド５０３と、ミラー構造体１０４とを備える。図９では明示していないが、ミラー構造体１０４は、ミラー１０４ａを備える。ＯＥ変換部５２は、光学装置１０５と、電子装置１０６とを備える。

光信号処理部５１のうち、ＰＢＳ５０１と、ＢＳ５０２と、９０度光ハイブリッド５０３は、ＰＬＣ２２内に配置される。ＯＥ変換部５２はＰＬＣ２２が配置された面と反対側の面に設けられた溝１０７に配置される。

光モジュール５０へ入力された信号光及び局発光のうち、信号光はＰＢＳ５０１に入射され、局発光はＢＳ５０２に入射される。ＰＢＳ５０１は入射された信号光のＴＥ偏波成分と、ＴＭ偏波成分を分離して出力する。ＢＳ５０２は、入力された局発光を光強度が等しくなるように二つに分離して出力する。ＰＢＳ５０１からのＴＥ偏波成分とＢＳ５０２のからの局発光は、９０度光ハイブリッド５０３ＴＥに入力される。
ＰＢＳ５０１からのＴＭ偏波成分とＢＳ５０２のからの局発光は、９０度光ハイブリッド５０３ＴＭに入力される。９０度光ハイブリッド５０３ＴＥ及び５０３ＴＭは、入射された光を合波して出力する。９０度光ハイブリッド５０３ＴＥ及び５０３ＴＭからの各出力光は、ミラー構造体１０４が有するミラー１０４ａでＰＬＣ２２が配置された面と反対側の面に導かれ、光学装置１０５に入力される。光学装置１０５に入射された光は電気信号へ変換され、電子装置１０６に入力される。電子装置１０６の出力信号は、配線基板５１１を介してフレキシブル基板５１２に出力される。

ＯＥ変換部５２が備える装置は、溝１０７内部に収容される。そのため、光モジュール５０の厚さは、ＯＥ変換部５２が備える装置を基板２１の表面に配置した場合よりも薄くなる。

（第五の実施形態）
本実施形態は、本発明の第一の実施形態に係る光モジュール１０、及び第二の実施形態に係る光モジュール４０の製造方法である。また、本実施形態は、本発明の第三の実施形態に係る光モジュールの傾斜した端面２２ｄの製造にも適用することができる。本実施形態に係る光モジュールの製造方法は、平面光導波回路形成工程と、溝形成工程と、貫通孔形成工程と、ミラー設置工程と、光学装置設置工程とを有する。平面光導波回路形成工程は、ＰＬＣ２２を形成する。溝形成工程は溝１０７を形成する。貫通孔形成工程は貫通孔１０９を形成する。ミラー設置工程は、ミラー１０４ａを備えるミラー構造体１０４を設置する。

最初に、ＰＬＣ２２の形成工程である平面光導波回路形成工程について説明する。この工程は、第一の実施形態に係る光モジュール１０、及び第二の実施形態に係る光モジュール４０で共通の工程である。平面光導波回路形成工程では、ＰＬＣ２２が有する光導波回路及び光回路を形成する。

最初に、Ｓｉ等の基板上に、石英ガラス等を主原料とする下部クラッド層２２ａを積層させる。次に、下部クラッド層２２ａの上に、下部クラッド層２２ａより高い屈折率のコア層２２ｂを積層させる。次に、コア層２２ｂに必要な導波路パターンを形成する。次に、上部クラッド層２２ｃを積層する。このような手順により基板２１上に、導波路型の光機能回路と導波路領域が作製される。

ＰＬＣ２２が有する導波路型の光機能回路と導波路領域の作製にあたっては、ウエハの結晶軸方向を示すオリエンテーションフラット（オリフラ）の位置を基準にする。導波路パターンの設計自由度は高いので、光学装置１０５の設置位置等を考慮して導波路パターンを形成する。信号光は、上述のようなプロセスを経て作製された導波路内を伝搬する。なお、平面光導波回路形成工程で、ＰＬＣ２２の端面２２ｄを形成してもよい。端面２２ｄが傾斜している場合、傾斜した端面２２ｄは、光路面に垂直でＰＬＣ２２の光軸方向に対して傾斜している。さらに、ＰＬＣ２２が有する光導波回路及び光回路を形成した後、上部クラッド層２２ｃの上に電気配線を形成してもよい。

次に、溝１０７の形成工程である溝形成工程について説明する。溝形成工程では、少なくとも光学装置１０５と電子装置１０６とを設置する溝１０７を形成する。この工程は、第一の実施形態に係る光モジュール１０と、第二の実施形態に係る光モジュール４０とで異なる。まず、溝１０７の内部に段差を有しない第一の実施形態に係る光モジュール１０の溝形成工程について説明する。まず、上面にあるＰＬＣ２２内の導波路型の光機能回路と導波路領域の形状に対応させて、下面側の光学装置１０５等を設置する位置を決定する。

次に、基板２１の下面の光学装置１０５等を設置する箇所にエッチング又は切削加工により、基板２１の下面より溝１０７を形成する。基板２１の下面より溝１０７を形成したので、溝１０７の開口部が基板２１の下面に形成される。エッチング方法の例として、ＢＯＳＣＨ法等によるドライエッチングや、ウェットエッチングが挙げられる。溝１０７は、ウエハが有するオリフラの位置を基準に作成する。溝１０７は、上面にＰＬＣ２２が形成されている基板２１の下面に形成する。また、ＰＬＣ２２及び溝１０７は、ウエハのオリフラの位置を基準として作成するので、溝１０７を作製する際の位置合わせは、オリフラの位置を基に又は光回路等の配置を基に容易に行うことができる。

溝１０７の深さ（基板２１の下面より溝の底部までの距離）はＤ１である。また、溝１０７の形成と同時に、又は溝１０７の形成の後に、基板２１の下面からＰＬＣ２２の表面まで貫通する電気配線用の貫通孔を形成してもよい。基板２１の下面から形成された溝１０７は、ＰＬＣ２２の下面から、ＰＬＣ２２の厚みとほぼ等しい約５０μｍ程度の位置まで達している。

溝形成工程の前又は溝形成工程の後に、基板２１の下面に電気配線を形成してもよい。ここで、形成する電気配線は、例えば、光学装置１０５、電子装置１０６の駆動、信号伝送用のモジュール内配線である。また、電気配線と光学装置１０５及び電子装置１０６の間、電気配線とモジュールに実装される他のチップ等の間はワイヤーボンディング又は半田バンプにより接続する。

また、光学装置１０５を設置する際の位置合わせを容易にするために、アライメントマーカーを形成してもよい。また、光学装置１０５の設置場所を、光学装置１０５を填め合わせることができる形状としてもよい。また、溝の内部に壁１０７ａを形成してもよい。

次に、第二の実施形態に係る光モジュール４０の溝形成工程について説明する。第一の実施形態に係る光モジュール１０と、第二の実施形態に係る光モジュール４０が用いる溝形成工程の相違は、基板２１の下面の光学装置１０５等を設置する箇所にエッチング又は切削加工により、基板２１の下面より溝１０７を形成する部分である。第一の実施形態に係る光モジュール１０では、図３（ａ）のように、溝１０７の深さはＤ１のみの１段であるが、第二の実施形態に係る光モジュール４０が備える溝１０７は図６のようにＤ１とＤ２の２段の溝の深さを有する。溝１０７の深さは３段構造以上としてもよい。

複数の溝１０７の深さを有する第二の実施形態に係る光モジュール４０は、溝１０７の形成のために、エッチングを複数回行う。エッチング方法は、第一の実施形態に係る光モジュール１０の溝形成工程と同じである。段構造は光学装置１０５や電子装置１０６の大きさや外部端子との関係を考慮して、段数や段の大きさ、溝の深さなどが決められる。なお、溝形成工程の前又は溝形成工程の後に、基板２１の下面に電気配線を形成してもよい。また、光学装置１０５を設置する際の位置合わせを容易にするために、アライメントマーカーを形成してもよい。また、光学装置１０５の設置場所を、光学装置１０５を填め合わせることができる形状としてもよい。また、溝の内部に壁１０７ａを形成してもよい。

次に、ＰＬＣ２２の上面から溝１０７へ貫通する貫通孔を形成する工程である貫通孔形成工程について説明する。この工程は、第一の実施形態に係る光モジュール１０、及び第二の実施形態に係る光モジュール４０で共通の工程である。貫通孔形成工程では、図３（ｂ）のような、ＰＬＣ２２から出射される光の光路、及びＰＬＣ２２へ入射する光の光路として機能する貫通孔１０９を形成する。

溝１０７の上にあるＰＬＣ２２の所定の位置を、ＰＬＣ２２の上面側からエッチングする。エッチングにより、ＰＬＣ２２の上面から、ＰＬＣ２２の下面及び基板２１を貫通し、ＰＬＣ２２の上面と溝１０７を接続する貫通孔１０９とＰＬＣ２２の端面２２ｄが形成される。

また、次のミラー設置工程で、ミラー構造体１０４を設置する場所のＰＬＣ２２もエッチングで取り除く。なお、貫通孔１０９の上部のＰＬＣ２２及びミラー構造体１０４の設置場所のＰＬＣ２２をエッチングで取り除いた後、エッチングで基板２１を貫通させ貫通孔１０９を形成してもよい。また、ミラー構造体１０４の配置を容易にするために、ミラー構造体１０４の設置場所のＰＬＣ２２の取り除いた後、アライメントマーカーを形成してもよい。また、ミラー構造体１０４の設置場所を、ミラー構造体１０４を填め合わせることができる形状としてもよい。

第三の実施形態に係る傾斜した端面２２ｄを第一の実施形態に係る光モジュール１０及び第二の実施形態に係る光モジュール４０と組み合わせて用いる場合には、さらに、端面２２ｄの加工を行い、図７のように傾斜した端面２２ｄを形成すればよい。例えば、ＰＬＣ２２の端面２２ｄをドライエッチング又はウェットエッチング等で削ることにより、端面２２ｄを光路面に垂直で光軸方向に対して傾斜した端面２２ｄとする。

次に、ミラー１０４ａを備えるミラー構造体１０４を溝１０７の中に設置する工程であるミラー設置工程及び、光学装置１０５等を溝１０７の中に設置する工程である光学装置設置工程について説明する。この工程は、第一の実施形態に係る光モジュール１０、及び第二の実施形態に係る光モジュール４０で共通の工程である。ミラー構造体設置工程はミラー１０４ａを備えるミラー構造体１０４を基板２１の上に設置する工程である。光学装置設置工程は、光学装置１０５を溝１０７の中に設置する工程である。

まず、ミラー設置工程について説明する。ミラー構造体１０４を、図３（ｂ）で示すように、基板２１の上であって、ＰＬＣ２２が取り除かれている部分に設置する。具体的には、アライメントマーカーや設置枠等を目印に、ミラー構造体１０４を所定の位置に設置する。ミラー構造体１０４を設置する場所には予め接着剤（紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂等）を塗布しておくなどすれば、光軸調整後、接着剤への紫外線の照射や熱処理により、ミラー構造体１０４を容易に固定できる。ＰＬＣ２２が取り除かれている部分は、貫通孔形成工程で設けている。ミラー構造体１０４は、市販品を用いてもよい。ミラー構造体１０４を作製する場合には、ミラー構造体１０４のうち、ミラー１０４ａを形成する斜面をエッチング等で形成した後、ミラー１０４ａを金属膜の蒸着等により形成する。

次に、光学装置設置工程について説明する。図３（ａ）で示すように、光学装置１０５を溝１０７の中に設置する。ここでは、光学装置１０５の設置について述べたが、電子装置１０６も光学装置１０５と同時に設置してもよい。

光学装置１０５を光学ベンチ３１等の上ではなく、溝１０７の内部に設置する。光学装置１０５が設置される溝１０７は基板２１の下面に設置され、ＰＬＣ２２は基板２１の上に設置される。光学装置１０５は、ミラー構造体１０４と同様の工程で溝１０７の内部に固定設置できる。したがって、溝１０７の内部に光学装置１０５を設置するので、温度変化によるＰＬＣ２２と光学装置１０５の間の光軸ずれは、光学ベンチ３１等の異なった材質の上に光学装置１０５を配置した場合と比べて小さい。

ミラー構造体１０４の設置と、光学装置１０５の設置の順番は、光学装置１０５が備える光学素子に応じて変更してもよい。例えば、厳密な光軸調芯を要しないＰＤ等の光学素子の場合では、先に基板２１の表面に対して４５度の反射面のミラー１０４ａを有するミラー構造体１０４を設置した後、光学素子を設置してもよい。

一方、ＬＤ等の光学素子を用いる場合には、ＬＤを設置した後、ミラー構造体１０４の向きを調整し、ミラー１０４ａが最適となる位置で固定する。ここで、最適となる位置とは、光学装置１０５から出射され、ミラー１０４ａによって反射され、ＰＬＣ２２内部を伝搬する光の光量が最大となる位置、又は、ＰＬＣ２２内部を伝搬し、ミラー１０４ａによって反射され、光学装置１０５に入射する光の光量が最大となる位置である。

本発明の光モジュールおよびその製造方法は、通信産業に適用することができる。

１０：光モジュール
１０２：光学素子の活性層
１０４：ミラー構造体
１０４ａ：ミラー
１０４ｚ：ミラー構造体周辺部分
１０５：光学装置
１０５ａ：レンズ
１０６：電子装置
１０７：溝
１０７ａ：溝の中に設けた壁
１０７ｂ：溝の底
１０８：ボンディングワイヤー
１０９：貫通孔
２１：基板
２２：ＰＬＣ
２２ａ：下部クラッド
２２ｂ：コア
２２ｃ：上部クラッド
２２ｄ：端面
２３：支持基板
２４：マッハツェンダー干渉計
２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ：光導波路
３１：光学ベンチ
４０：光モジュール
４１：光路
４２ａ：光路
４２ｂ：光路
４３ａ：光
４３ｂ：光
５０：ＤＰ−ＱＰＳＫ受信モジュール
５１：光信号処理部
５２：ＯＥ変換部
５０１：偏波分離器
５０２：２分岐器
５０３：９０度光ハイブリッド
５１１：配線基板
５１２：フレキシブル基板

Claims (8)

1. 基板の上に配置された平面光導波回路と、
   前記基板の前記平面光導波回路が配置された面と反対側の面に設けられた溝と、
   前記溝の内部に配置され、前記平面光導波回路へ光を入射させ又は前記平面光導波回路から出射される光を受光する光学装置と、
   を備える
   光モジュール。
2. 前記平面光導波回路の上面から下面へと貫通し、前記平面光導波回路の上面と前記溝を連結する貫通孔と、
   前記平面光導波回路と前記光学装置の間の光路に挿入され、前記光学装置からの光を反射して前記平面光導波回路へ光を入射させるか又は前記平面光導波回路からの光を反射して前記光学装置へと光を入射させるミラーと、
   をさらに備える、
   請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記溝は、深さの異なる複数の底部を備える、
   請求項１又は２に記載の光モジュール。
4. 前記平面光導波回路のうちの前記貫通孔と接する端面は、当該端面の配置される前記平面光導波回路の光軸方向に対して傾斜している、
   請求項１から３に記載の光モジュール。
5. 基板の上に平面光導波回路を形成する平面光導波回路形成工程と、
   前記基板に溝を形成する溝形成工程と、
   前記平面光導波回路へ光を入射させ又は前記平面光導波回路から出射される光を受光する光学装置を、前記溝の内部に設置する光学装置設置工程と、
   を順に有する、
   光モジュール製造方法。
6. 前記平面光導波回路形成工程で形成された前記平面光導波回路の上面から下面へと貫通し、前記平面光導波回路の上面と、前記溝形成工程で形成された前記溝を連結する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
   前記平面光導波回路と前記光学装置の間の光路に、前記平面光導波回路からの光を反射して前記光学装置へと入射させ又は前記光学装置からの光を反射して前記平面光導波回路へ入射させるミラーを設置するミラー設置工程と、
   を前記溝形成工程の後に有する、
   請求項５に記載の光モジュール製造方法。
7. 前記溝形成工程において、深さの異なる複数の底部を形成する、
   請求項５又は６に記載の光モジュール製造方法。
8. 前記貫通孔形成工程において、前記貫通孔と接する端面を、当該端面の配置される前記平面光導波回路の光軸方向に対して傾斜させる、
   請求項５から７のいずれかに記載の光モジュール製造方法。

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