JP3487219B2 - 光モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光モジュール及び
その製造方法に関し、より詳細には、光ファイバと光素
子との間で光伝送を行う光導波路を備えた光モジュール
及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＷＤＭ（波長分割多重）送受信用
の光モジュールは、特開平10-160977号公報に示される
ように、１．３〜１．５５μｍ程度の光信号を合分波す
るＷＤＭ回路と、約１．３μｍの光信号を送受信する双
方向の光送受信回路とを有している。この光送受信回路
は、基板上に順次に形成された下部クラッド層、コア層
及び上部クラッド層を有する光導波路を備えている。こ
の種の光モジュールでは、コア層の厚さが１０μｍ程度
必要であり、下部クラッド層は、光導波路の比屈折率差
が約０．４５％の場合に１５μｍ以上の厚さが必要とな
る。

【０００３】上記従来の光モジュールでは、直径が数μ
ｍ程度のコアを有する単モード光ファイバを設置して位
置合わせを行う。単モード光ファイバに光束を供給する
半導体レーザ素子には、通常、スポットサイズ変換部を
備えたものが用いられる。例えば、特開平8-234062号公
報に記載される半導体レーザ素子では、変換の結果とし
てスポット径が単モード光ファイバのコアの直径とほぼ
同じ約１０μｍにされる。

【０００４】半導体レーザは、活性層を下向きにしたジ
ャンクションダウン方式のものでは、半田接合部を介し
てシリコンテラス上に接続されて光モジュールに実装さ
れる。この半導体レーザ素子の電気配線では、特開平9-
61651号公報に記載されるように、光導波路の切欠き部
の底面に電極パターンを設け、この電極パターン上に光
素子を搭載している。半導体レーザ素子を光モジュール
に実装する場合には、高い位置合わせ精度が要求される
ので、特開平7-235566号公報及び特開平10-170769号公
報に夫々記載されるように、セルフアライメント効果を
利用して位置合わせ精度を満足させている。

【０００５】半導体レーザ素子を搭載した光モジュール
を低コストで製造するため、高分子の光導波路が用いら
れる。この光導波路は、例えば特開平6-273631号公報に
記載されるように構成される。図７は、同公報に記載さ
れた光モジュール（第１の従来例）の概略を示す側面断
面図である。この光モジュールは、シリコン基板３４上
に下部クラッド層３９、コア層３６及び上部クラッド層
３７をこの順に形成し、コア層３６の側部にクラッド層
３７を充填することによって光導波路を構成している。
クラッド層３７には、コア層３６よりも屈折率が低い樹
脂材が用いられる。

【０００６】また、特開平9-281351号公報に記載の光モ
ジュール（第２の従来例）では、転写型上でコア層を形
成し、このコア層上にクラッド層を塗布し、クラッド層
及びコア層を転写型から剥離することによって露出した
コア層の一部にクラッド層を塗布し、光導波路を形成す
る。上記第１及び第２の従来例では何れも、光導波路が
略正方形断面の細形状のコア層を含む。

【０００７】図８は、特開平10-148729号公報に示され
る従来の光モジュール（第３の従来例）を示す平面図で
ある。この光モジュールでは、リッジ・パターン形成方
法により、シリコン基板上に幅ｅが約１０μｍのストリ
ップライン（コア層）３３が形成される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】第３の従来例では、光
導波路に含まれるストリップライン３３の側面に歪み３
２が存在し、或いは、ストリップライン３３の高分子樹
脂中に塵埃が混入した場合に、光が散乱して良好な光伝
送が損なわれる。この現象は、第１及び第２の従来例に
おいても同様に発生する。これらのようなスラブ光導波
路（平面型光導波路）では、光を収束する光学系統が別
途必要になるが、光学系統として平面レンズを挿入する
処理は、挿入位置にμ単位の高い位置精度が要求される
ので極めて困難となる。また、第１の従来例では、コア
層とコア層を囲むクラッド層との間の屈折率差が小さ
く、コア層とクラッド層との境界面で光を反射させる角
度に限界があった。

【０００９】本発明は、上記に鑑み、光収束用の平面レ
ンズ等の挿入処理を不要としながらも、光導波路におけ
る光反射を良好にし、コア層の側面の歪みやコア層内に
混入した塵埃等による影響が軽減できる光モジュール及
びその製造方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光モジュールは、基板上に順次に形成され
た下部クラッド層、コア層及び上部クラッド層を有する
光導波路を備え、前記コア層を介して光ファイバと光素
子との間で光伝送を行う光モジュールにおいて、前記コ
ア層は平面形状が楕円形の一部を成す縁部を有し、前記
光ファイバ及び光素子の入射口又は出射口が夫々、前記
楕円形の２つの焦点位置又はその近傍に配置されること
を特徴とする。

【００１１】本発明の光モジュールでは、２つの焦点位
置の一方に入射口又は出射口が配置された光素子（又は
光ファイバ）からの光束が光導波路内で広がっても、こ
の光束をコア層の縁部で反射させつつ、他方の焦点位置
にある光ファイバ（又は光素子）の入射口又は出射口に
導くことができる。このため、光収束用の平面レンズ等
の挿入処理を不要としながらも、コア層の縁部における
光反射を良好にすることができ、コア層の側面の歪みや
コア層内に混入した塵埃等による影響が軽減できる。

【００１２】ここで、本発明の好ましい光モジュールで
は、前記楕円形おける短軸ｒと長軸Ｒとの比ｒ／Ｒは、
光束が前記縁部で全反射可能となる臨界角度をラジアン
単位で表した値よりも小さく設定される。これにより、
全反射が常に良好な反射面を得ることができる。

【００１３】本発明の光モジュールの製造方法は、光導
波路を備えた光モジュールを製造する製造方法におい
て、基板上に下部クラッド層を形成し、前記下部クラッ
ド層上にコア層及び該コア層を区画する側部クラッド層
を形成し、前記コア層に、平面形状が楕円形の一部を成
す縁部を設け、前記楕円形の２つの焦点位置に夫々、光
ファイバ及び光素子の入射口又は出射口を配置すること
を特徴とする。

【００１４】本発明の光モジュールの製造方法では、２
つの焦点位置の一方に入射口又は出射口が配置された光
素子（又は光ファイバ）からの光束をコア層の縁部で反
射させつつ、他方の焦点位置にある光ファイバ（又は光
素子）の入射口又は出射口に導く光モジュールが得られ
る。このため、光収束用の平面レンズ等の挿入処理を不
要としながらも、コア層の縁部における光反射を良好に
でき、コア層の側面の歪み等による影響が軽減する。

【００１５】ここで、本発明の光モジュールの製造方法
では、前記コア層及び側部クラッド層を光変性材から構
成し、露光で前記光変性材の屈折率を変更することによ
って前記コア層と側部クラッド層とを分割することが好
ましい。これにより、コア層及び側部クラッド層の製造
が簡便になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１
は、本発明の第１実施形態例における光モジュールの構
成を示す平面図、図２は、図１のII-IIによる断面図で
ある。

【００１７】光モジュール１１Ａは、シリコン基板１４
の一方の縁部に光ファイバ１２を有し、他方の縁部にお
ける光ファイバ１２の延長線の両側に、スポットサイズ
変換機能付きの受光素子１５及び発光素子（レーザダイ
オード）１６を夫々有し、光ファイバ１２と発光素子１
６又は受光素子１５との間で光束の送受信を行う光導波
路を備える。

【００１８】光モジュール１１Ａは、シリコン基板１４
上の光ファイバ１２の設置箇所が、弗化水素酸、硝酸、
硫酸又は酢酸等の酸性水溶液を用いてケミカルエッチン
グされる。ケミカルエッチングによる溝部の深さは、直
径約１２５μｍの単モード光ファイバ１２をシリコン基
板１４上に設置した際に、コア１３がシリコン基板１４
の表面から約３０μｍの高さになるように設定される。

【００１９】先に露出した発光素子１６及び受光素子１
５の実装領域に配線パターン１７、１８を形成する。配
線パターン１７、１８は夫々、厚さ約４μｍの銅めっき
パターンで形成されるもので、形成発光素子１６及び受
光素子１５の下面に固定した直径約２６μｍの微小なボ
ールグリッドアレイ（Ball Grid Array:ＢＧＡ)２３を
接続する部品端子から引き出される。

【００２０】次いで、シリコン基板１４の周囲に、高さ
約３０μｍの合成樹脂製の壁を形成してプラットホーム
とし、このプラットホーム内に、硬化後の屈折率が約
１．５０となるように成分調整された液状エポキシオリ
ゴマーと光重合開始剤との混合液を充填する。混合液の
注入後、プラットホーム上に紫外線マスクを設置し、こ
の紫外線マスク上から紫外線を照射して、上記混合液の
液状エポキシオリゴマーを紫外線マスクのパターンに従
って硬化させる。

【００２１】紫外線マスクは、発光素子１６及び受光素
子１５の各１辺が１ｍｍ程度の正方形の実装領域及び光
ファイバ１２の設置領域を覆うパターンを有する。マス
クされた発光素子１６及び受光素子１５の実装領域は、
オリゴマーをイソプロパノール溶液で現像することによ
って除去し、下部クラッド層２６のパターンとして形成
する。

【００２２】次いで、下部クラッド層２６上に、屈折率
１．５７のノボルナジェン構造の光変性材２４の重合体
溶液をスピンコートで約１０μｍの厚さに塗布し、常温
で真空乾燥させることによって薄膜のコア層として形成
する。この後、コア層に所定形状の紫外線マスクを施
し、高圧水銀ランプを用いて図１に示す、２つの楕円形
に沿って紫外線を照射し、楕円形の外側の領域の屈折率
を０．０１程度低下させて側部クラッド層２０とする。
これにより、楕円形のコア層１９ａ、１９ｂを含む光導
波路が形成される。

【００２３】更に、コア層１９ａ、１９ｂ及び側部クラ
ッド層２０上に、下部クラッド層２６と同様、屈折率
１．５０の紫外線硬化性エポキシ樹脂を約３０μｍの厚
さに塗布する。この後、発光素子１６及び受光素子１５
の実装領域を所定形状の紫外線マスクで遮蔽しつつ、紫
外線を照射して紫外線硬化性エポキシ樹脂を硬化させ、
未硬化部分をイソプロパノール溶液で現像することで除
去し、上部クラッド層２８とする。

【００２４】次いで、上部クラッド層２８の除去部分か
ら露出しコア層１９ａ、１９ｂを構成しなかった光変性
材２４の薄膜を、クロロホルムで溶解して除去する。発
光素子１６及び受光素子１５の実装領域におけるシリコ
ン基板１４と配線パターン１７、１８とを露出させ、配
線パターン１７、１８に夫々発光素子１６及び受光素子
１５の各下面のＢＧＡ２３を接続する。

【００２５】この際に、発光素子１６及び受光素子１５
を配線パターン１７、１８の銅パターンにセルフアライ
メントで位置合わせし、受光素子１５の入射口及び発光
素子１６の出射口を夫々光導波路１９ａ、１９ｂに正確
に対向させる。光導波路（１９ａ）と光導波路（１９
ｂ）とが交差する平面形状が略Ｖ字状の溝部において、
光導波路の双方における各一方の焦点に光ファイバ１２
のコア１３を位置合わせする。

【００２６】本実施形態例では、シリコン基板１４を用
いたが、基板はこれに限らず、絶縁樹脂を被覆した金属
基板、セラミック基板、ガラス基板、或いは、有機樹脂
基板を用いることもでき、これにより上記と同様の光モ
ジュールを製造することができる。

【００２７】また、本実施形態例のノボルナジェン構造
の光変性材２４を用いずに、以下の工程によって光導波
路（１９ａ、１９ｂ）が形成できる。まず、下部クラッ
ド層２６上にポリイミドの前駆体溶液を充填し、この前
駆体溶液を約７０℃で２時間、約１６０℃で１時間、約
２５０℃で３０分、約３５０℃で１時間という熱処理を
夫々施してポリイミドを形成する。

【００２８】更に、上記ポリイミド上にＸ線マスクパタ
ーンを設けた状態で、ピークエネルギーが約１００ｅＶ
のＸ線を露光することにより、ポリイミド内に屈折率を
高めた光導波路のコア層のパターンを形成し、このパタ
ーン上に耐アルカリ性のレジストを塗布する。このレジ
ストにマスクパターンを転写したレジストパターンを形
成した後、アルカリエッチングで、発光素子１６及び受
光素子１５の設置位置と光ファイバ設置位置とのポリイ
ミド樹脂を除去する。

【００２９】上記光導波路の全体形状は、例えば、長軸
Ｒが約１０ｍｍで短軸ｒが約０．４ｍｍの各楕円形領域
（コア層１９ａ、１９ｂ）が、双方の長軸Ｒを約１２度
で交差させて略Ｖ字形を成し、この略Ｖ字形領域の頂点
２２ａが光ファイバ１２のコア１３の端部に対向してい
る。側部クラッド層２０の屈折率がコア層１９ａ、１９
ｂの各屈折率に対して約０．０１低下されている。略Ｖ
字形における頂点２２ａと逆側の端部が、発光素子１６
の出射口と受光素子１５の入射口とに対向して開放して
いる。

【００３０】楕円形のコア層１９ａ、１９ｂの双方にお
ける各他方の焦点には、受光素子１５及び発光素子１６
の約１０μｍの各開口を配置する。これにより、発光素
子１６から約１０μｍの径のコア１３まで、及び、コア
１３から受光素子１５までレーザ光束を導くことができ
る。

【００３１】ここで、光ファイバ１２のコア端部の径を
ｄとすると、コア端部から出射される光の広がり角度
（半角）は、（４／π）×λ／ｄ［rad］として計算さ
れる。つまり、波長λが約１．３μｍの光を直径ｄが約
１０μｍの光ファイバ１２のコア１３から出射させてス
ラブ光導波路に入射させると、入射光の広がり角度が
０．１７［rad］（=９．７度）になる。コア１３から約
１ｍｍの位置に略Ｖ字形領域の頂点２２ａを設置し、光
を略Ｖ字形領域で全反射して発光素子１６及び受光素子
１５に向かわせる。

【００３２】楕円形のコア層１９ａ、１９ｂにおける長
軸（長径）が短軸（短径）に比して十分に大きければ、
何れか一方の焦点から出射された光は、この焦点から距
離Ｚの位置で、楕円形の一部を成す境界に当接するが、
以下の条件が満たされれば全反射する。つまり、コア層
１９ａ、１９ｂの屈折率がＮであり、側面のクラッド層
２０の屈折率がｎである場合に、その境界面と次式
（１）で計算される角度ω以下の角度で入射する光が全
反射する。 ω＝（π／２）−Arcsin（ｎ／Ｎ）［rad］ ……（１）

【００３３】本実施形態例では、コア層１９ａ、１９ｂ
の屈折率Ｎ（=１．５７）、クラッド層２０の屈折率ｎ
（=１．５６）であるので、次式（２）を計算すると、
ω＝０．１１［rad］（=６．５度）となる。楕円面にこ
の角度以下で入射する光は全反射するが、この角度を超
える角度で入射する光は全反射できない。 ｈ＝｛ｒ／（２×Ｒ）｝×（２×Ｒ×Ｚ−Ｚ²）^0.5 ……（２）

【００３４】一方、平面形状が楕円形の一部を成す反射
面に入射する光がこの反射面と成す角度（θ）を次式
（３）によって近似的に計算できる。 θ＝ｈ×［（１／Ｚ）＋｛１／（２×Ｒ−Ｚ）｝］ ……（３） 但し、ｈは楕円形の高さ、ｒは楕円形の短軸における半
径、Ｒは楕円形の長軸における半径である。

【００３５】上記楕円形領域の境界で全反射するために
は、その角度θが全反射の臨界角ωよりも小さいという
条件が必要である。角度θをω以下にするには、細長い
楕円形の場合には、次式（４）〜（６）により、光が楕
円形に入射する位置（出射された焦点からの距離）Ｚと
楕円形の焦点との距離Δが、近似的に以下の式（７）を
満たすことが必要である。 Δ＝Ｚ／Ｒ ……（４） Δ１＝１−［１−｛（ｒ／Ｒ）／ω｝²］^0.5 ……（５） Δ２＝１＋［１−｛（ｒ／Ｒ）／ω｝²］^0.5 ……（６） Δ１＜Δ＜Δ２ ……（７）

【００３６】短径ｒと長径Ｒとの比ｒ／Ｒが、側部クラ
ッド層の境界線と光線とがなす角度θで光線が全反射可
能な臨界角度ωをラジアン単位で表した値よりも小さい
細長い楕円形のコア層を形成することが必要である。従
って、式（７）の解を存在させるため、楕円形の短径ｒ
と長径Ｒとの比（ｒ／Ｒ）をωよりも小さくする。本実
施形態例では、ω＝０．１１［rad］であるので、この
解が存在するためには、楕円の長径Ｒと短径ｒとの比
（Ｒ／ｒ）が（１／ω）＝９よりも大きいことが必要で
ある。

【００３７】本実施形態例では、Ｒ＝５ｍｍ、ｒ＝０．
２ｍｍとして、長径Ｒを短径ｒの２５倍にする。この条
件下で式（６）の計算を行い、更に式（３）を代入して
Ｚの条件式を計算すると、以下の式（８）が得られる。 ０．３５ｍｍ＜Ｚ＜９．６５ｍｍ ……（８）

【００３８】このように、本実施形態例の長径１０ｍｍ
の楕円形の両端から０．３５ｍｍの範囲以外であれば、
楕円形のどの位置においても全反射できる。この楕円形
は、２つの焦点の位置と楕円端との距離が４μｍ程度で
極めて近いので、楕円端に発光素子１６及び受光素子１
５の開口を配置する場合と焦点位置に配置する場合とで
実質的に違いは無い。

【００３９】光ファイバ１２からの出射光は、光ファイ
バ１２から１ｍｍ先では広がり半径が０．１７／２＝
０．０８５［ｍｍ］になるが、出射側の焦点から約１ｍ
ｍ先の位置での高さを、焦点からの距離Ｚ＝１ｍｍを式
（２）に代入して計算すると、ｈ＝０．１２ｍｍが得ら
れ、半径０．０８５ｍｍに広がった光束の全体をこの楕
円形で包囲できることが分かる。

【００４０】略Ｖ字形領域の頂点２２ａとコア１３の端
部との距離Ａが約１ｍｍなので、発光素子１６の出射口
及び受光素子１５の入射口は、頂点２２ａから約９ｍｍ
後方にあり、光軸Ｏに対して垂直に約１．９ｍｍづつ離
隔している。コア層１９ａ、１９ｂの各後端に約１０μ
ｍの開口を形成し、各開口に夫々、約１ｍｍ角の発光素
子１６及び受光素子１５の各出射口及び入射口を接続す
る。これにより、光導波路（１９ａ、１９ｂ）を介し
て、光ファイバ１２のコア１３と発光素子１６と受光素
子１５との間で光信号を伝送することができる。

【００４１】次に、本発明の第２実施形態例について説
明する。図３は、本実施形態例の光モジュールを示す平
面図である。光モジュール１１Ｂは、長軸の長さＲが約
１０ｍｍで短軸の長さｒが約０．６ｍｍの２つの楕円形
領域（１９ａ、１９ｂ）を、一方の端部を光ファイバ１
２のコア１３の開口に対向させた状態で想定する。更
に、出射光の光軸Ｏから相互に逆向きに１０度づつ傾
け、コア層１９ａ、１９ｂの双方の交点を頂点２２ｂと
し、コア層１９ａ、１９ｂの一方の縁部を境界面とする
略Ｖ字形領域２７を形成する。

【００４２】コア層１９ａ、１９ｂの双方における各焦
点間を結ぶ光束が楕円形領域における各反射面で全反射
できる領域を、第１実施形態例における式（４）及び式
（７）を用いて計算すると、以下の次式（９）が得られ
る。 ０．８１ｍｍ＜Ｚ＜９．１９ｍｍ ……（９）

【００４３】略Ｖ字形領域２７の頂点２２ｂは各楕円形
領域の交点であり、この交点は光ファイバ１２の出射口
から約１ｍｍ離れた位置にあるが、この位置は式（９）
の範囲内なので、略Ｖ字形領域２７に入射する光はこの
位置で全反射する。

【００４４】略Ｖ字形領域２７の形状は、頂点２２ｂの
角度が約２０度とされ、略Ｖ字形領域２７の境界面であ
る反射面は両楕円弧に沿って徐々に弓なりに曲がり、発
光素子１６の出射口と受光素子１５の入射口との間隔Ｇ
は、光軸Ｏに対する垂直方向において約３．５ｍｍに設
定される。楕円形領域における各焦点の位置と楕円端と
の変位は１０μｍ程度であるので、発光素子１６の出射
口及び受光素子１５の入射口を楕円端に配置する場合と
焦点位置に配置する場合とで、実質的に違いは無い。ま
た、２つの楕円形領域（１９ａ、１９ｂ）の各後端位置
に、第１実施形態例と同様に、発光素子１６の出射口及
び受光素子１５の入射口を夫々配置する。発光素子１６
及び受光素子１５は約１ｍｍ角に構成され、出射口及び
入射口は１０μｍ程度に構成される。

【００４５】上記構成により、楕円形領域（１９ａ、１
９ｂ）の各一方の焦点にコア１３の端部が位置する光フ
ァイバ１２からの出射光は、略Ｖ字形領域２７の頂点２
２ａで２方向に分割され、楕円弧状の反射面で全反射さ
れて収束されつつ、楕円形領域（１９ａ、１９ｂ）の後
端側の焦点に集光される。略Ｖ字形領域２７の反射面
は、光導波路の各一方の側面のみで形成されるが、他方
の側面には光が向かわないように発光素子１６及び受光
素子１５の各配置角が考慮されている。このように、他
方の側面に側部クラッド層を形成することが不要であ
り、光導波路の形状が第１実施形態例に比して単純にな
っている。

【００４６】次に、本発明の第３実施形態例について説
明する。図４(a)〜(f)及び図５(a),(b)は夫々、本実施
形態例の光モジュールの製造プロセスを段階的に示す断
面図である。各図は、図２とは逆の方向から見た状態で
描かれている。

【００４７】本実施形態例では、第１実施形態例と同様
に、シリコン基板１４上にケミカルエッチングでＶ字状
溝２１を形成し（図４(a),(b)）、部品端子と配線パタ
ーン１７を厚さ４μｍ程度の銅めっきパターンで形成す
る（図４(c)）。更に、シリコン基板１４上の全体に、
屈折率１．５０程度の紫外線硬化性エポキシ樹脂３５を
厚さ約３０μｍに塗布し、これを乾燥させ硬化させた部
分を下部クラッド層２６とする（図４(d)）。下部クラ
ッド層２６の硬化は、発光素子１６及び受光素子１５の
実装部分と光ファイバ１２の設置位置以外の部分を紫外
線マスクを用いて露光することによって行う。この露光
時における未硬化部分は、コア層の形成後に現像する。

【００４８】次いで、硬化した下部クラッド層２６を含
む紫外線硬化性エポキシ樹脂３５の周縁部に、下部クラ
ッド層２６からの高さ約３０μｍの合成樹脂から成る壁
部２５をプラットホームとして形成する。このプラット
ホーム内に、硬化後の屈折率が１．５３５となるように
成分を調整した液状エポキシオリゴマーと光重合開始剤
とを含有する溶液４０を充填する。溶液４０の注入後、
プラットホーム上に紫外線マスクを配置し、紫外線マス
ク上から紫外線を照射して液状エポキシオリゴマーを紫
外線マスクのパターンに従って硬化させる（図４
(e)）。

【００４９】紫外線マスクは、発光素子１６及び受光素
子１５の実装領域と、光ファイバ１２の設置領域と、第
１又は第２実施形態例と同様の略Ｖ字状の側部クラッド
層２０とする部分を遮蔽するパターンを有する。紫外線
マスクで遮蔽された部分以外が、紫外線の照射で硬化さ
れる。遮蔽された発光素子１６及び受光素子１５の実装
領域等は、オリゴマーをイソプロパノール溶液で現像す
ることで除去し、第１又は第２実施形態例における略Ｖ
字状の側部クラッド層を除くコア層４０ａが得られる。
更に、コア層４０ａの下部の下部クラッド層２６の紫外
線硬化性エポキシ樹脂の未硬化部分をイソプロパノール
溶液で現像して除去し、下部クラッド層２６のパターン
を形成する（図４(f)）。ここでは、第１実施形態例と
同様の光導波路（１９ａ、１９ｂ）のパターンである。

【００５０】次いで、コア層４０ａ上に、屈折率が１．
５０の紫外線硬化性エポキシ樹脂を厚さ約３０μｍに形
成する。更に、紫外線マスクで遮蔽して、光ファイバ１
２及び発光素子１６及び受光素子１５の実装部分以外の
箇所に紫外線を照射することにより、紫外線硬化性エポ
キシ樹脂を硬化させ、未硬化部分を現像することで除去
し、上部クラッド層２８を形成する（図５(a)）。この
後、第１実施形態例と同様に、受光素子１５（発光素子
１６）を配線パターン１７（１８）上に実装し、光ファ
イバ１２を設置する（図５(b)）。

【００５１】以上のように、本実施形態例では、化学的
に安定性の高い紫外線硬化性エポキシ樹脂を露光しエッ
チングすることによって光導波路を形成するので、光モ
ジュールの耐環境性が向上するという効果が得られる。

【００５２】次に、本発明の第４実施形態例について説
明する。図６は本実施形態例の光モジュールの製造プロ
セスを示す断面図であり、(a)〜(e)は各工程を段階的に
示す。各図は、図２とは逆の方向から見た状態で描かれ
ている。

【００５３】本実施形態例では、第１実施形態例と同様
に、シリコン基板１４上にケミカルエッチングで、平面
形状が略Ｖ字形の溝部２１を形成し、部品端子と配線パ
ターン１７（１６）を厚さ４μｍ程度の銅めっきパター
ンで形成する。更に、シリコン基板１４上に、屈折率
１．５０の紫外線硬化性エポキシ樹脂３５を厚さ３０μ
ｍ程度に塗布することによって下部クラッド層２６を形
成する（図６(a)）。この下部クラッド層２６に、第１
実施形態例と同様の形状の光導波路（１９ａ、１９ｂ）
の領域を紫外線マスクを用いて露光し、紫外線硬化性エ
ポキシ樹脂３５を硬化させ、未硬化のオリゴマーをイソ
プロパノール溶液で現像することによって除去する（図
６(b)）。

【００５４】この後、下部クラッド層２６上に、屈折率
が１．５３５のポリイミド膜４１を厚さ１０μｍ程度に
形成してコア層とし（図６(c)）、更に、ポリイミド膜
４１上に、紫外線硬化性エポキシ樹脂を厚さ３０μｍ程
度に形成して上部クラッド層２８とする（図６(d)）。
次いで、上部クラッド層２８上に、紫外線マスクを用い
て光導波路（１９ａ、１９ｂ）の領域に紫外線を照射
し、紫外線硬化性エポキシ樹脂を硬化させる。この紫外
線マスクは、発光素子１６及び受光素子１５の実装領域
及び光ファイバ１２の設置領域、並びに、第１、第２実
施形態例における略Ｖ字状の側部クラッド層を形成する
部分を遮蔽するパターンを有する。

【００５５】更に、未硬化のオリゴマーをイソプロパノ
ール溶液で現像することにより上部クラッド層２８の紫
外線硬化性エポキシ樹脂の未硬化部分を除去し、上部ク
ラッド層２８を紫外線マスクによりコア層（４１）のパ
ターンと同じに形成する。パターンの形成後、パターン
が形成された上部クラッド層２８をエッチングレジスト
として、上部クラッド層２８と下部クラッド層２６との
間のコア層のポリイミド膜４１の露出した部分をアルカ
リエッチングで溶解して除去する。

【００５６】次いで、第３実施形態例と同様にシリコン
基板１４上に形成したプラットホーム内に、屈折率が
１．５０の紫外線硬化性エポキシ樹脂を上部クラッド層
２８の高さに充填し、発光素子１６及び受光素子１５の
実装領域及び光ファイバ１２の設置領域を紫外線マスク
によって遮蔽し、紫外線を露光して紫外線硬化性エポキ
シ樹脂を硬化させる。更に、未硬化部分を現像すること
で溶解除去し、コア層１９ａ、１９ｂの側部クラッド層
２０（図１）を形成し、第１実施形態例と同様に、発光
素子１６及び受光素子１５を部品端子１６、１７上に実
装した後、光ファイバ１２を配設する。

【００５７】以上のように、本実施形態例では、コア層
１９ａ、１９ｂをポリイミドから構成し、上下のクラッ
ド層２６、２８を夫々形成した後にアルカリエッチング
して光導波路を得るので、コア層１９ａ、１９ｂの側面
の傾斜をより理想的な垂直面に近い状態にできる。これ
により、反射面で全反射する際の損失が小さくなるとい
う効果が得られる。

【００５８】以上のように、第１〜第４実施形態例にお
ける光モジュールでは、短軸ｒと長軸Ｒとの比ｒ／Ｒが
例えば２５の細長い楕円形の境界面である反射面を有す
る。このため、発光素子１６及び受光素子１５からの出
射光は例えば約９．７度の角度で広がるが、この光束を
楕円領域の境界面である反射面で全反射させ、スラブ光
導波路を介して受光素子１５、発光素子１６及び光ファ
イバ１２の相互間で光伝送を円滑に行うことができる。
従って、光収束用の平面レンズ等の光学系統への挿入を
不要としながらも、コア層の境界面での光反射が良好に
でき、コア層の側面の歪みやコア層内に混入した塵埃等
による影響が軽減できる。

【００５９】以上、本発明をその好適な実施形態例に基
づいて説明したが、本発明の光モジュール及びその製造
方法は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるもので
はなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更
を施した光モジュール及びその製造方法も、本発明の範
囲に含まれる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光モジュ
ール及びその製造方法によると、光収束用の平面レンズ
等の挿入処理を不要としながらも、光導波路における光
反射を良好にし、コア層の側面の歪みやコア層内に混入
した塵埃等による影響を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態例における光モジュール
の構成を示す平面図。

【図２】図１のII-IIによる断面図。

【図３】本発明の第２実施形態例における光モジュール
の構成を示す平面図。

【図４】第３実施形態例の光モジュールの製造プロセス
を示す断面図であり、(a)〜(f)は各工程を段階的に示
す。

【図５】第３実施形態例の光モジュールの製造プロセス
を示す断面図であり、(a),(b)は各工程を段階的に示
す。

【図６】第４実施形態例の光モジュールの製造プロセス
を示す断面図であり、(a)〜(e)は各工程を段階的に示
す。

【図７】従来の光モジュールを示す側面断面図。

【図８】従来の光モジュールを示す平面図。

【符号の説明】

１１Ａ、１１Ｂ：光モジュール １２：単モード光ファイバ １３：コア １４：シリコン基板 １５：受光素子（光素子） １６：発光素子（光素子） １７、１８：配線パターン １９ａ、１９ｂ：光導波路 ２０：側部クラッド層 ２３：ボールグリッドアレイ ２４：光変性材 ２６：下部クラッド層 ２７：略Ｖ字形領域 ２８：上部クラッド層

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/122 G02B 6/13 G02B 6/30 H01S 5/022

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に順次に形成された下部クラッド
   層、コア層及び上部クラッド層と、側部クラッド層とを
   有する光導波路を備え、前記側部クラッド層は、前記コア層よりも屈折率が低い
   材料から成り、 前記コア層の前記側部クラッド層との境界面が、該境界
   面と平行方向に見て、短軸ｒと長軸Ｒとを有する楕円形
   の少なくとも一部を形成し、前記短軸と長軸の比ｒ／Ｒ
   は、コア層内の光束が前記境界面で全反射可能となる臨
   界角度をラジアン単位で表した値よりも小さく、 光ファイバ又は受光素子の光入射口と、光ファイバ又は
   発光素子の光出射口と が夫々、前記楕円形の２つの焦点
   位置又はその近傍に配置されており、 前記コア層を介して前記光入射口から光出射口迄の光伝
   送を行う ことを特徴とする光モジュール。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光モジュールであっ
   て、 前記コア層は、前記側部クラッド層との間に２つの楕円
   形から成る境界面を、双方の楕円形の長軸がＶ字状に交
   差すると共に、双方の楕円形の各一方の焦点位置又はそ
   の近傍が重なるように備え、 前記双方の楕円の焦点位置の近傍の夫々に、光ファイ
   バ、受光素子、又は、発光素子を配置したことを特徴と
   する光モジュール。
3. 【請求項３】 前記焦点位置に配置される光ファイバ、
   受光素子、又は、発光素子の光軸が、前記双方の長軸に
   挟まれた方向を向き、 前記コア層の側部クラッド層との境界面は、少なくとも
   双方の長軸で挟まれる内側領域において前記楕円形を形
   成する、請求項２に記載の光モジュール。
4. 【請求項４】 光導波路を備えた光モジュールを製造す
   る製造方法において、 基板上に下部クラッド層を形成し、 前記下部クラッド層上に、コア層と該コア層より屈折率
   が低い側部クラッド層とを、前記コア層の前記側部クラ
   ッド層との境界面が、該境界面と平行方向に見て、短軸
   ｒと長軸Ｒとを有する楕円形であって、前記短軸と長軸
   との比ｒ／Ｒは、光束が前記縁部で全反射可能となる臨
   界角度をラジアン単位で表した値よりも 小さい楕円形と
   なるように形成し、 前記楕円形の２つの焦点位置に、光ファイバ又は受光素
   子の光入射口と、光ファイバ又は発光素子の光出射口と
   を配置することを特徴とする光モジュールの製造方法。