JP2003014987A - 光路変換体及びその実装構造並びに光モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な構造を備えた、光通信用の光路変換反
射体及びその実装構造並びに光モジュールを提供するこ
と。 【解決手段】 透光性を有し柱状を成す本体の側面に、
本体の外側からの光を入射させる光入射面１５ａと、該
光入射面１５ａから入射した光を本体の内側で反射させ
る傾斜面２０と、該傾斜面２０で反射した光を本体の外
側へ出射させるための光出射面１５ｂとを形成するとと
もに、光入射面１５ａ及び光出射面１５ｂのそれぞれに
集光用のレンズ部１８，１９を形成した光路変換体１５
とし、高低差のある低位置面１２ｂ及び高位置面１２ａ
を形成した基板１２の低位置面１２ｂに、面発光素子１
１を配設し、高位置面１２ａに光路変換体１５を配設す
る構造とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野及び光
情報処理分野等において使用される光路変換体及びその
実装構造並びに光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信システムや光情報処理シス
テムの実用化が進むにつれ、大容量の光信号を処理する
ことができ、かつ高機能を有するシステムが要求される
ようになってきている。これらシステムの実現には、光
機能素子を集積した光集積回路が不可欠であり盛んに研
究されている。

【０００３】特に、光半導体素子と光ファイバを接続す
る技術に関し、従来、光半導体素子と光ファイバ間の光
接続は光半導体素子を発光させる、若しくは素子導波路
の一端に光を入射し、出射端に光ファイバを設置し、光
ファイバ受光光量が最大になるように光ファイバ位置を
微妙に調整することにより、光ファイバと光半導体素子
との光学的接続を行う、いわゆるアクティブアラインメ
ント方法が一般的であった。

【０００４】このようにアクティブアラインメント方法
は、光半導体素子自身を発光させる、若しくは片端から
光を入射させる必要が生じる。さらに、素子個々に対す
る光軸調芯には時間がかかり、コスト上昇につながる等
の不便さがあった。

【０００５】上記問題を解決するために、光半導体素子
と光ファイバとの相対位置を機械的に精度よく配置し、
光学接続を達成する技術（パッシブアラインメント技
術）が、近年盛んに研究されている。

【０００６】パッシブアラインメント技術は、光半導体
素子及び光ファイバの位置が機械的な精度のみで決まる
ため、光半導体素子を発光させる、若しくは光を入射さ
せる必要がない。このように、パッシブアラインメント
技術は、従来の電気素子マウント技術の延長線上にある
といえ、その量産効果は極めて絶大であり、光モジュー
ルの低価格化には必須の技術となりつつある。また、パ
ッシブアラインメント技術は、このような表面実装型光
伝送モジュールを実現させ、光モジュールの高速化、小
型・低背化に必要不可欠の技術となっている。

【０００７】一方、近年、面発光レーザ（Vertical Cav
ity Surface Emitting Laser、以下略してＶＣＳＥＬと
記す）の応用展開が盛んに議論されている。面発光レー
ザは、端面共振器型の従来のファブリペローレーザと比
較し、動作電流が小さく、温度特性にも優れる等の特徴
を有しているために、次世代の光通信用光源として注目
されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のことから、前述
のパッシブアラインメント技術をＶＣＳＥＬに応用展開
しようとする流れは至極自然である。

【０００９】しかしながら、ＶＣＳＥＬを表面実装した
光モジュールを実現するためには、以下に示す２つの大
きな課題を解決する必要があった。

【００１０】第1の課題は、ＶＣＳＥＬ実装面とＶＣＳ
ＥＬの光出射方向が互いに垂直な関係にあることによ
り、ＶＣＳＥＬと光ファイバを光学的に効率よく接続す
るには何らかの工夫が必要になることである。

【００１１】ＶＣＳＥＬを表面実装するので、その光出
射方向は実装基板に対し法線の方向となる。一般に、電
流を供給する電極は実装基板表面に形成されるために、
電極と実装基板上の電気接合部位を接合させると、実装
基板表面に対し法線の方向に光線が出射される。すなわ
ち、光線進行方向と実装面が垂直の位置関係となる。従
来型の端面発光レーザにおいてはこの様な配慮は不要で
ある。端面発光レーザでは、通常、共振器は実装面に平
行に形成されるので、光出射の方向は共振器の方向（つ
まり実装面と平行）に出射する。このため、共振器の片
側端面に光ファイバを配置することにより、容易にレー
ザダイオードからの出射光を光ファイバに入射できる。

【００１２】そこで、斜面形状に加工した光ファイバの
先端面、或いは半透明反射面で、ＶＣＳＥＬからの出射
光を反射させて、光路変換を行う方法が提案されている
（例えば、米国特許６０８１６３８号公報を参照）。

【００１３】しかし、この方法では、光ファイバ端面を
斜めに研磨すること、また、光ファイバの円筒対称性を
無くすことにより、光ファイバ軸における回転方向の調
整が必要になること等から、コストが増大するなどの問
題がある。

【００１４】また別の方法として、ＶＣＳＥＬからの出
射光を光ファイバに入射させるために、実装基板の表層
に斜め反射面を設け、この反射面で光路を曲げ、予め所
望の位置に配置された光ファイバへ光入射させる方法が
提案されている（例えば、特表平１１‐５０２６３３号
公報を参照）。しかし、この方法では以下の第２の課題
を解決しなければならない。

【００１５】第２の課題は、レーザダイオードの出射光
が或る広がり角を持って空間を伝播していくという問題
である。

【００１６】これを解決する最も単純な方法は、レーザ
ダイオードの光出射端と光ファイバの光入射端を近接さ
せることである。端面発光型レーザを用いるならば、こ
の方法を実施することは至極簡単である。

【００１７】しかし、ＶＣＳＥＬを用いる場合は、前記
第1の課題で述べたように、光出射方向が実装面と垂直
になるために、何らかの反射面で光路を変換する必要が
あり必ずしも容易ではない。また、ＶＣＳＥＬチップの
外形寸法等による幾何的制限により、いくらかの光路長
を確保しなければならない。このため、光ファイバに入
射する出射光スポット径が大きくなり、その結果、光フ
ァイバとの光学接続が効率的にできなくなる。

【００１８】これら問題へのアプローチとして最も単純
な方法は、チップキャリアと呼ばれる矩形体の一側面に
ＶＣＳＥＬを実装し、その後、チップキャリアの別の側
面を実装面として、ＶＣＳＥＬ出射面と光ファイバ入射
端面が相対向して近接されるように、チップキャリアを
実装基板上に実装するという方法である。

【００１９】しかしこの方法では、ＶＣＳＥＬをチップ
キャリア上に実装した後、チップキャリアを回転させた
後、実装基板上に配置する必要があり、工程上不便であ
る。また、現在、出射光の高速動作が要求されているの
で、チップキャリア自体の有するキャパシタンスが高速
動作を阻害する要因ともなっており、チップキャリアを
省くことが望ましい。

【００２０】本発明は、上記の２つの大きな課題を同時
に解決でき、しかもＶＣＳＥＬの表面実装を低背に実現
するための簡便な構造を備えた、光通信用の光路変換体
及びその実装構造並びにそれを用いた光モジュールを提
供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明の光路変換体は、透光性を有し柱状を成す
本体の側面に、前記本体の外側からの光を入射させる光
入射面と、該光入射面から入射した光を前記本体の内側
で反射させる傾斜面と、該傾斜面で反射した光を前記本
体の外側へ出射させるための光出射面とを形成するとと
もに、前記光入射面及び前記光出射面のそれぞれに集光
用のレンズ部を形成したことを特徴とする。

【００２２】また特に、前記傾斜面と前記光入射面のな
す角度、及び前記傾斜面と前記光出射面のなす角度が、
それぞれ４５°であるとともに、前記レンズ部は半球面
状に形成されていることを特徴とする。

【００２３】また特に、前記本体の内側の屈折率をｎ１
とし、前記本体の外側の屈折率をｎ２としたときに、ｎ
２／ｎ１＜０．７１の関係を満足することを特徴とす
る。

【００２４】また、本発明の光路変換体の実装構造は、
高低差のある低位置面及び高位置面を形成した基板の低
位置面に、面発光及び／又は受光を行わせる光半導体素
子を配設するとともに、前記高位置面に前記光半導体素
子に光接続させる上記光路変換体を配設したことを特徴
とする。

【００２５】また特に、前記基板に前記低位置面を有す
る凹部を形成するとともに、該凹部内に前記光半導体素
子を収容し、且つ前記凹部を前記光半導体素子に光接続
させる上記光路変換体で気密に封止したことを特徴とす
る。

【００２６】さらに、本発明の光モジュールは、上記光
路変換体の実装構造を備えるとともに、前記光路変換体
の光入射面又は光出射面に、前記光半導体素子に光接続
させる光ファイバの光出射端又は光入射端を対面させた
ことを特徴とする。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て模式的に図示した図面に基づき詳細に説明する。

【００２８】本発明に係る光通信用の光路変換体の斜視
図を図１（ａ），（ｂ）に示す。光路変換体１５は透光
性を有し且つ柱状を成す本体の側面に、本体の外側から
の光を入射させる光入射面１５ａと、この光入射面１５
ａからの入射光を本体の内側で反射させるために、入射
光軸に対して傾斜している傾斜面（反射面）２０と、こ
の光入射面１５ａに入射され傾斜面２０の本体内側で反
射した光を出射させるための光出射面１５ｂとが形成さ
れており、光入射面１５ａ及び光出射面１５ｂに、集光
作用をなし平行光を得ることができるレンズ部１８，１
９を形成したことを特徴とする。なお、図中１６は金属
で形成された接合部であり、光路変換体１５を後記する
素子実装用基板（以下、単に基板という）上に配設する
際に、この基板の主面と接合させるためのものである。

【００２９】図２（ａ）に光路変換体１５を素子実装用
基板（以下、単に基板という）１２に配設する様子を分
解斜視図にて示し、図２（ｂ）に光路変換体１５の実装
構造を斜視図にて示す。図２に示すように、高低差のあ
るを形成した基板１２の低位置面１２ｂに、活性層領域
がＧａＡｓ系，ＡｌＧａＡｓ系，ＩｎＧａＡｓ系，Ｉｎ
ＧａＡｓＰ系等の材料で構成されたＶＣＳＥＬ等の光半
導体素子である面発光素子１１（及び／又はフォトダイ
オード等の光半導体素子である面受光素子）を配設する
とともに、高位置面１２ａに光路変換体１５を配設して
いる。そして、特に面発光素子１１（及び／又は面受光
素子）を光路変換体１５で覆って気密に封止したことを
特徴とする。

【００３０】光モジュールＭ１は、光路変換体１５の光
出射面１５ｂに光ファイバ１３の光入射端１３ａを対面
させたものである。なお、例えば図２（ａ）において、
基板１２に形成した凹部内の低位置面１２ｂに面受光素
子を設け、図２（ｂ）において、例えば１５ｂを光入射
面とし、光ファイバ１３の端部１３を光出射端として、
光路変換体１５の光入射面に光ファイバ１３の光出射端
を対面させて光モジュールを構成してもよい。また、高
低差のある低位置面１２ｂ及び高位置面１２ａは段差で
もよく凹部を基板１２に形成しなくともよい。

【００３１】次に、図３に模式的に示す図２（ｂ）のII
I−III線断面図に基づいて、例えばＶＣＳＥＬである面
発光素子１１と光ファイバ１３間の光学的接続方法につ
いて説明する。光路変換体１５において、傾斜面２０と
光入射面１５ａのなす角度θ１、及び傾斜面２０と光出
射面１５ｂのなす角度θ２がそれぞれ４５°であり、レ
ンズ部１８，１９は集光作用を行い平行光を得ることが
可能な半球面状に形成されている。

【００３２】面発光素子１１からの出射光は、光路変換
体１５内へ入射され、傾斜面２０で直角に光路変換さ
れ、光路変換体１５を透過した後、光ファイバ１３に入
射される。面発光素子１１からの出射光は、半導体レー
ザ特有のある広がり角をもって球面波的に媒質中を伝播
する。半球面状のレンズ部１８（以下、入射レンズとも
いう）、光路変換体１５の屈折率ｎ１、外部媒質の屈折
率ｎ２、並びに入射レンズ１８の半球面半径ｒ１できま
る焦点位置に面発光素子の出射端面を配置することで、
面発光素子１１からの出射光を平行光に変換できる。平
行光に変換された伝播光は、同様の原理でレンズ部１９
（以下、出射レンズともいう）の焦点位置に、光ファイ
バ１３の入射端面１３ａを配置することで、効果的に面
発光素子１１からの出射光を光ファイバ１３に入射させ
ることが可能となる。

【００３３】次に、図４に示す断面模式図に基づき入射
レンズ１８について詳細に説明する。図４において、点
Cは半球レンズの中心、ｒは半球レンズの半径、点Fは焦
点位置を、Aは半球レンズの球面と直線ＣＦとの交点
（以下、頂点）を表す。半球内部の屈折率をｎ１、半球
外部の屈折率をｎ２とすると、焦点距離ＡＦはｎ２／
（ｎ１−ｎ２）×ｒの関係式で与えられる。例えば、ｎ
１＝１．５、ｎ２＝１．０とし、ｒ＝１００μｍとする
と、ＡＦ＝２００μｍとなり、半球面レンズ頂点Aから
２００μｍ離した位置に面発光素子の出射点を配置する
と、出射光は平行光に変換される。出射レンズ１９につ
いても同様に説明できる。

【００３４】また、上記光学系において、倍率ｍは入射
レンズ焦点距離ｆ１、出射レンズ焦点距離ｆ２としたと
き、ｍ＝ｆ２／ｆ１で与えられる。ｆ１、ｆ２は、光路
変換体１５及び周囲媒質の屈折率がきまれば、入射レン
ズ１８の半径ｒ１、出射レンズ１９の半径ｒ２で決定さ
れるから、ｒ１、ｒ２を任意に調整する（例えば、ｒ１
とｒ２を異ならせる）ことで、任意の倍率ｍが設定可能
である。

【００３５】すなわち、面発光素子１１からの出射光の
スポットサイズと光ファイバ１３のスポットサイズが同
一でないとしても、入射レンズ１８及び出射レンズ１９
の半径を適当に設定することで、良好な光学的接続が実
現できる。

【００３６】次に、傾斜面２０について詳細に説明す
る。傾斜面２０にはＡｕ，Ａｌ，またはＡｇ等から成る
高反射率の金属膜を施して反射体とすると、傾斜面２０
の傾斜角がいかなる場合でも光を効率良く反射させるこ
とができる。ただし、反射として全反射を利用する場合
にはこのような金属膜の形成は不要である。

【００３７】光は、屈折率の高い媒質から低い媒質へ或
る入射角以上で入射すると、屈折率の低い側には伝播で
きず、媒質の境界面で完全反射される。屈折率ｎ₁＝
１．５からｎ₂＝１．０へ入射した光の反射率の角度依
存性を図５（ａ）に示す。この図から明らかなように、
入射角が小さい時、光は偏光方向によって異なる反射率
をもって反射するが、全反射角＝４１．８°以上で両偏
光光（Ｓ偏光，Ｐ偏光）とも１００％反射される。すな
わち、光路変換体１５がｎ₁＝１．５であるならば、入
射角４５°において伝播光は完全反射されるため、特に
反射面２０に反射膜等を施さなくても理想的な反射面と
なる。

【００３８】反射面２０の斜面角を４５°（９０°の光
路変換）としたときに全反射がおきる媒質の屈折率比ｎ
２／ｎ１を計算した結果を図５（ｂ）に示す。この図よ
り、傾斜面２０を全反射面とするためには、ｎ２／ｎ１
＜０．７１の条件を満たせば良く、この範囲で適宜に、
光路変換体１５の材料選定が可能である。具体的には周
囲媒質屈折率ｎ₂＝１．０としたとき、ｎ₁＞１．４１の
材料を光路変換体に用いればよく、一般的な光学ガラス
材料、例えばクラウンガラス、硼珪クラウンガラス、重
クラウンガラス、軽フリントガラス、重フリントガラ
ス、シリカガラス、サファイア、セレン化亜鉛等の材料
が使用可能である。その他、透明樹脂なども使用可能で
ある。

【００３９】次に、光路変換体１５の実装構造とそれを
用いた光モジュールの実施形態について詳細に説明す
る。

【００４０】図２において、面発光素子１１を実装する
基板１２は、高低差のある低位置面１２ｂ及び高位置面
１２ａが形成されており、低位置面を異方性エッチング
で容易に作製可能な例えば単結晶シリコンを用いる。ま
た、凹部内に形成された低位置面１２ｂの周囲の高位置
面１２ａに、薄膜パターンである接合用半田で接合部１
７が環状に形成されている。面発光素子１１は、例えば
基板１２に形成されたアラインメントマーカ（不図示）
等によって正確に位置決めされ、低位置面１２ｂに設け
られた接合用半田（不図示）によって実装固定される。

【００４１】面発光素子１１の実装後、光路変換体１５
が面発光素子１１と同様に面発光素子１１の上部に実装
固定される。光路変換体１５の基板１２と相対向させる
面（この実施形態では光入射面１５ａ）には予め接合用
金属パターンで接合部１６が形成されており、基板１２
側の接合部１７との加熱圧着により接合される。このと
き、面発光素子１１の光出射点と入射レンズ１８は同一
光軸上に配置されるよう正確に位置決め実装されてい
る。

【００４２】面発光素子１１及び光路変換体１５を基板
１２上へ実装後、光ファイバ１３を位置決めするための
光ファイバ実装用基板１４を基板１２上へ配置し、次い
で、光ファイバ１３を光ファイバ実装用基板１４上へ配
置する。このとき、光ファイバ１３の光軸と出射レンズ
１９の光軸が一致するように正確に位置決めされる。

【００４３】接合部１７は、下地金属として、たとえ
ば、上層／下層でＡｕ／ＣｒあるいはＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ
等の積層体で形成し、この積層体上に金錫、鉛錫等の半
田材料を配設して構成されている。なお、このような下
地金属の下部には例えばＳｉＯ２膜等の絶縁膜が形成さ
れている。面発光素子１１への電力供給線路（不図示）
は、前記絶縁膜を最下層に設け、最下層の絶縁膜上に面
発光素子１１への電力供給配線を形成し、その上にＳｉ
Ｏ２，ＺｒＯ２，ＴｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３等の絶縁膜を形
成した後、前記下地金属を形成する構造が望ましい。こ
のような構造を採用することにより、光路変換体１５を
面発光素子１１上部に配置させ、面発光素子１１の周り
に完全な気密封止構造と絶縁構造を形成させることが可
能となる。

【００４４】次に、アレイ化した面発光素子１１や面受
光素子等の光半導体素子アレイを設け、光路変換体１５
の側面に光半導体素子のアレイ化に対応したレンズ部を
アレイ状に設け、このアレイ状のレンズ部に光接続する
複数の光ファイバを並設した光モジュールについて説明
する。

【００４５】図６に斜視図にて示す光モジュールＭ２
は、基板１２上に、３本の光ファイバ１３Ａ，１３Ｂ，
１３Ｃを横並びに並設した光ファイバ実装用基板１４
と、出射レンズ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ、及びこれら出
射レンズに対応してアレイ状に配設された入射レンズを
設けた光路変換体１５と、出射レンズに対応した出射部
を有する面発光素子アレイとを備えて成る。

【００４６】ここで、光路変換体１５の傾斜面２０は光
モジュールM１と同様に４５°の角度で形成されてい
る。また、図示されていない面発光素子アレイは、図２
（ｂ）と同様にして光路変換体１５の下部に配置されて
いる。面発光素子アレイの列方向は光ファイバ光軸に対
し垂直な方向である。光路変換体１５における、入射レ
ンズ及び出射レンズの半径は、たかだか１００μｍ程度
で良いため、例えば３００μｍ間隔の高密度の面発光素
子アレイチップに対しても十分に対応できる。

【００４７】本発明の光路変換体１５は２次元ＶＣＳＥ
Ｌアレイに対しても有効である。図７及び図８に模式的
に図示した光モジュールM３は、３×２の面発光素子２
次元アレイについての適用例を示したものである。

【００４８】光モジュールM３は、光モジュールM１と同
様に基板１２に形成された凹部内の低位置面に、３×２
の行列に配置された発光部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１
１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆを備えた面発光素子アレイ２１を
配設したものであり、この面発光素子アレイの発光部に
対応して入射レンズと出射レンズ（１９Ａ〜１９Ｆ）を
備え、光モジュールＭ１と同様に形成された傾斜面２０
を備えた光路変換体１５で覆って構成されている。さら
に、光路変換体１５の出射レンズに対応して光ファイバ
が３列２段に設けられている。すなわち、光ファイバ搭
載用のＶ溝が３列に形成された下部光ファイバ実装用基
板１４Ａに、光ファイバ１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃが配設
され、上下両主面のそれぞれに光ファイバ搭載用のＶ溝
が３列に形成された上部光ファイバ実装用基板１４Ｂが
載置され、さらに、光ファイバ１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆ
が上部光ファイバ実装用基板１４Ｂの上主面に形成され
たＶ溝に配設されている。

【００４９】このような構成により、図８に示すよう
に、例えば、面発光素子アレイ２１の発光部１１Ｂから
出射された光は、入射レンズ１８Ｂで平行光にされ、傾
斜面２０により直角に反射され、出射レンズ１９Ｂで集
光され、出射レンズの焦点位置に配設された光ファイバ
１３Ｂの先端部へ入射される。同様にして、面発光素子
アレイ２１の発光部１１Ｅからの出射光は入射レンズ１
８Ｅ、傾斜面２０、出射レンズ１９Ｅを経て、光ファイ
バ１３Ｅの先端部へ入射される。

【００５０】かくして、光ファイバの光軸方向に並んだ
面発光素子アレイからの出射光線列は、それぞれ反射面
で９０°光路変換され、面発光素子の実装基板面に垂直
な方向の光線列となり、各光ファイバの先端部を各光線
の焦点位置に配置することで、きわめて良好な光学的接
続が可能となるとともに、面発光素子を光路変換体で覆
うようにしたので低背化も実現される。

【００５１】なお、本発明の光路変換体を用いた光モジ
ュールは、ＶＣＳＥＬ等の面発光素子を用いた光送信モ
ジュールを想定したが、相反性より面発光素子を受光素
子として用いて、光受信用モジュールに応用したり、面
発光素子と受光素子とを設けて光受発信用モジュールに
適用できることは当然である。

【００５２】また、上記光路変換体に設けた入射レン
ズ、出射レンズは例えば球面誘電体の界面における屈折
を利用したものについて説明したが、その他、回折を利
用したフレネルレンズや、ホログラムレンズのような平
板レンズを用いてもよく、このような平板状のレンズを
用いることで、よりいっそう小型化・低背化を期待でき
る。

【００５３】

【実施例】以下に、本発明をより具体化した実施例につ
いて説明する。

【００５４】図１において、光路変換体１５として硼珪
クラウンガラスを用い、モールド成形により形成した。
接合部１６は金属蒸着法を用いて作製した。傾斜面２０
は光路変換体１５の接合面に対し４５°の傾斜をもって
形成され、入射レンズ１８、出射レンズ１９の半径はと
もに１００μｍとした。

【００５５】図２に示す光モジュールＭ２において、基
板１２として単結晶シリコンを用い、ＶＣＳＥＬ１１を
配設した低位置面１２ｂは、フォオトリソグラフィー技
術並びにアルカリ水溶液を用いた異方性エッチング技術
等を用いて正確に作製した。この低位置面１２ｂの深さ
は約４００μｍとした。これは、入射レンズ１８の焦点
距離、並びにＶＣＳＥＬ１１の素子厚みにより決定した
からである（焦点距離及びＶＣＳＥＬ１１の素子厚みを
２００μｍ程度とした）。また、低位置面１２ｂの幅
は、光路変換体１５のサイズにより決まるが、光路変換
体１５の接合面を１ｍｍ×１ｍｍとしたので、これより
少し小さめのサイズとした。ＶＣＳＥＬ１１の実装基板
である基板１２上に、低位置面１２ｂも含めて、最下層
としてＳｉＯ２から成る絶縁膜を熱酸化法により形成し
た。

【００５６】最下層のＳｉＯ２上に、ＶＣＳＥＬ１１へ
電力を供給する電気配線を、フォトリソグラフィー法及
び金属蒸着法等により形成し、その上に前記金属配線の
電気接続部（電極パット）を除き、上部絶縁層としてＳ
ｉＯ２をスパッタ法で形成した。上部絶縁層上に接合用
薄膜半田パターンから成る接合部１７を設けた。半田薄
膜材料として金錫を用いた、半田パターンの下地金属層
としては上層／下層でＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉの積層構造とし
た。本実施例の半田薄膜パターンは不図示としている
が、ＶＣＳＥＬ１１の実装部にも同時に設けた。

【００５７】ＶＣＳＥＬ１１、光路変換体１５、及び光
ファイバ１３の実装工程について以下に説明する。

【００５８】最初に、ＶＣＳＥＬ１１を基板１２上の低
位置面１２ｂに位置決めマーカ（不図示）を用いて正確
に配置され、不図示の薄膜半田を用いてＶＣＳＥＬ１１
を実装した。その後、基板１２と光路変換体１５を、位
置決めマーカ（不図示）を用いて位置合わせした後、基
板１２側の接合部１７及び光路変換体１５側の接合部１
６を圧着加熱することにより、基板１２上に光路変換体
１５を実装した。

【００５９】光路変換体１５の実装は窒素などの不活性
気体雰囲気中で行い、基板１２に形成した凹部の周囲に
設けた接合用半田から成る接合部１７を用いて、ＶＣＳ
ＥＬ１１を光路変換体１５でもって気密封止した。

【００６０】次に、光ファイバ実装用基板１４を正確に
基板１２上へ実装し、最後に光ファイバ１３を光ファイ
バ実装用基板１４上に設けられたＶ溝１４ａへ配置固定
することで、本発明の光路変換体１５を備えた光モジュ
ールＭ１を完成させた。

【００６１】かくして、本実施例により、面発光素子の
実装面に対し垂直方向に出射した光の光路を容易に９０
°変換することができ、効率よく且つ効果的に光ファイ
バに光入射させることができた。さらに、面発光素子を
容易にかつ簡便に気密封止し、低背化を実現した光モジ
ュールとすることができた。

【００６２】

【発明の効果】本発明の光路変換体によれば、透光性を
有し柱状を成す本体の側面に、本体の外側からの光を入
射させる光入射面と、該光入射面から入射した光を本体
の内側で反射させる傾斜面と、該傾斜面で反射した光を
本体の外側へ出射させるための光出射面とを形成すると
ともに、光入射面及び光出射面のそれぞれに集光用のレ
ンズ部を形成したので、簡単な構成で光半導体素子と光
ファイバとの光結合が効率良く実現される。

【００６３】特に、光路変換体の傾斜面と光入射面のな
す角度、及び傾斜面と光出射面のなす角度が、それぞれ
４５°であるとともに、レンズ部が半球面状に形成され
ていることにより、例えば面発光素子の実装面に対し垂
直方向に出射した光の光路を容易に９０°変換すること
ができ、低背化を維持した状態で効率よく効果的に光フ
ァイバに光入射させることが可能な実装構造及び光モジ
ュールが提供できる。

【００６４】また、光路変換体の屈折率をｎ１とし、本
体の外側周囲の屈折率をｎ２としたときに、ｎ２／ｎ１
＜０．７１の関係を満足させることにより、界面で全反
射が生じるので傾斜面に金属膜等の光反射膜を形成する
必要がなく、しかも効率的な光反射が実現される。

【００６５】また、光入射面に形成された半球面は、前
記光出射面に形成された半球面と半径を異ならせること
により、光学系の倍率調整を容易にすることができる。

【００６６】また、高低差のある低位置面及び高位置面
を形成した基板の低位置面に、光半導体素子を配設する
とともに、高位置面に光路変換体を配設する実装構造に
より、低背化を実現させることができる。

【００６７】さらに、光半導体素子を光路変換体で覆っ
て気密に封止することで、これら素子の周囲を容易かつ
簡便に気密封止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光路変換体の実施形態を模式的に
説明する図であり、（ａ）は光路変換体を素子実装用基
板上に配設する際の斜視図、（ｂ）は光路変換体の下面
（配設面）の様子を示す斜視図である。

【図２】本発明に係る光路変換体の実装構造を模式的に
説明する図であり、（ａ）は光路変換体を素子実装用基
板に配設する様子を示す分解斜視図であり、（ｂ）は光
路変換体の実装構造（光モジュール）を示す斜視図であ
る。

【図３】光路変換体を介して光ファイバと光半導体素子
との光接続を模式的に説明する、図２（ｂ）のIII−III
線断面図である。

【図４】本発明の光路変換体に設けたレンズの球面にお
ける光学的位置関係を模式的に説明した断面図である。

【図５】本発明の光路変換体の実施形態を説明する線図
であり、（ａ）は屈折率ｎ１＝１．５の媒質からｎ２＝
１．０の媒質へ入射した光の入射角と反射率との関係を
示す線図であり、（ｂ）は傾斜面の斜面角を４５°（９
０°の光路変換）としたときの全反射が生じる媒質屈折
率比ｎ２／ｎ１を計算した結果を示す図である。

【図６】本発明に係る光モジュールの他の実施形態を模
式的に示す斜視図である。

【図７】本発明に係る光モジュールのさらに他の実施形
態を模式的に示す斜視図であり、（ａ）は素子実装用基
板の一主面側の様子を示す斜視図、（ｂ）は光モジュー
ルの斜視図である。

【図８】図７におけるVIII− VIII線断面を模式的に示
す図である。

【符号の説明】

１１、１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１
Ｆ：面受光素子（ＶＣＳＥＬ素子） １２：素子実装用基板（基板） １２ａ：高位置面 １２ｂ：低位置面 １３、１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３
Ｆ：光ファイバ １４：光ファイバ実装用基板 １５：光路変換体 １５ａ：光入射面 １５ｂ：光出射面 １６：光路変換体側の接合部 １７：素子実装用基板側の接合部 １８、１８Ｂ，１８Ｅ：入射レンズ（光入射面に設けた
レンズ部） １９、１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ，１９Ｅ，１９
Ｆ：出射レンズ（光出射面に設けたレンズ部） ２０：傾斜面（光反射面） ２１：面発光素子アレイ Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３：光モジュール

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透光性を有し柱状を成す本体の側面に、
   前記本体の外側からの光を入射させる光入射面と、該光
   入射面から入射した光を前記本体の内側で反射させる傾
   斜面と、該傾斜面で反射した光を前記本体の外側へ出射
   させるための光出射面とを形成するとともに、前記光入
   射面及び前記光出射面のそれぞれに集光用のレンズ部を
   形成したことを特徴とする光路変換体。
2. 【請求項２】 前記傾斜面と前記光入射面のなす角度、
   及び前記傾斜面と前記光出射面のなす角度が、それぞれ
   ４５°であるとともに、前記レンズ部は半球面状に形成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の光路変換
   体。
3. 【請求項３】 前記本体の内側の屈折率をｎ１とし、前
   記本体の外側の屈折率をｎ２としたときに、ｎ２／ｎ１
   ＜０．７１の関係を満足することを特徴とする請求項２
   に記載の光路変換体。
4. 【請求項４】 高低差のある低位置面及び高位置面を形
   成した基板の低位置面に、面発光及び／又は受光を行わ
   せる光半導体素子を配設するとともに、前記高位置面に
   前記光半導体素子に光接続させる請求項１に記載の光路
   変換体を配設したことを特徴とする光路変換体の実装構
   造。
5. 【請求項５】 前記基板に前記低位置面を有する凹部を
   形成するとともに、該凹部内に前記光半導体素子を収容
   し、且つ前記凹部を前記光半導体素子に光接続させる請
   求項１に記載の光路変換体で気密に封止したことを特徴
   とする請求項４に記載の光路変換体の実装構造。
6. 【請求項６】 請求項４に記載の光路変換体の実装構造
   を備えるとともに、前記光路変換体の光入射面又は光出
   射面に、前記光半導体素子に光接続させる光ファイバの
   光出射端又は光入射端を対面させたことを特徴とする光
   モジュール。