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JP3487219B2 - Optical module and manufacturing method thereof - Google Patents
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JP3487219B2 - Optical module and manufacturing method thereof - Google Patents

Optical module and manufacturing method thereof

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JP3487219B2
JP3487219B2 JP16362599A JP16362599A JP3487219B2 JP 3487219 B2 JP3487219 B2 JP 3487219B2 JP 16362599 A JP16362599 A JP 16362599A JP 16362599 A JP16362599 A JP 16362599A JP 3487219 B2 JP3487219 B2 JP 3487219B2
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optical
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core layer
optical module
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秀雄 菊地
俊之 金子
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株式会社トッパンエヌイーシー・サーキットソリューションズ
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical module and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an optical module having an optical waveguide for performing optical transmission between an optical fiber and an optical element and a method of manufacturing the same.

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Conventionally, an optical module for WDM (wavelength division multiplexing) transmission / reception is a WDM for multiplexing / demultiplexing an optical signal of about 1.3 to 1.55 μm, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-160977. It has a circuit and a bidirectional optical transceiver circuit for transmitting and receiving an optical signal of about 1.3 μm. This optical transceiver circuit includes an optical waveguide having a lower clad layer, a core layer, and an upper clad layer, which are sequentially formed on a substrate. In this type of optical module, the core layer needs to have a thickness of about 10 μm, and the lower clad layer needs a thickness of 15 μm or more when the relative refractive index difference of the optical waveguide is about 0.45%.

【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。
In the above conventional optical module, the diameter is several μm.
A single mode optical fiber having a core of about m is installed and aligned. As a semiconductor laser device that supplies a light flux to a single-mode optical fiber, one having a spot size converter is usually used. For example, in the semiconductor laser device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-234062, the spot diameter is set to about 10 μm which is almost the same as the diameter of the core of the single mode optical fiber as a result of the conversion.

【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。
In the case of a junction-down type semiconductor laser in which the active layer faces downward, the semiconductor laser is connected to a silicon terrace via a solder joint and mounted on an optical module. The electrical wiring of this semiconductor laser device is disclosed in JP-A-9-
As described in JP 61651, an electrode pattern is provided on the bottom surface of the cutout portion of the optical waveguide, and an optical element is mounted on this electrode pattern. When mounting a semiconductor laser device on an optical module, since high alignment accuracy is required, as described in JP-A-7-235566 and JP-A-10-170769, respectively, a self-alignment effect is obtained. It is used to satisfy the alignment accuracy.

【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。
In order to manufacture an optical module equipped with a semiconductor laser device at low cost, a polymer optical waveguide is used. This optical waveguide is configured, for example, as described in JP-A-6-273631. FIG. 7 is a side sectional view showing an outline of the optical module (first conventional example) described in the publication. In this optical module, a lower clad layer 39, a core layer 36, and an upper clad layer 37 are formed in this order on a silicon substrate 34, and the clad layer 37 is filled on the sides of the core layer 36 to form an optical waveguide. There is.
A resin material having a lower refractive index than the core layer 36 is used for the clad layer 37.

【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。
Further, in the optical module (second conventional example) described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-281351, a core layer is formed on a transfer mold, a clad layer is applied on the core layer, and a clad layer and A clad layer is applied to a part of the core layer exposed by peeling the core layer from the transfer mold to form an optical waveguide. In both the first and second conventional examples, the optical waveguide includes a thin core layer having a substantially square cross section.

【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。
FIG. 8 is a plan view showing a conventional optical module (third conventional example) disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-148729. In this optical module, a strip line (core layer) 33 having a width e of about 10 μm is formed on a silicon substrate by the ridge pattern forming method.

【0008】[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。
In the third conventional example, the strain 3 is generated on the side surface of the strip line 33 included in the optical waveguide.
2 is present or dust is mixed in the polymer resin of the strip line 33, light is scattered and good optical transmission is impaired. This phenomenon similarly occurs in the first and second conventional examples. For slab optical waveguides (planar optical waveguides) such as these, an optical system for converging light is required separately, but the process of inserting a planar lens as an optical system requires high positional accuracy of μ units at the insertion position. It is extremely difficult because it is done. Further, in the first conventional example, the refractive index difference between the core layer and the clad layer surrounding the core layer was small, and the angle at which light was reflected at the boundary surface between the core layer and the clad layer was limited.

【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。
In view of the above, the present invention improves the light reflection in the optical waveguide, eliminates the need to insert a plane lens for converging light, distorts the side surface of the core layer, and dust mixed in the core layer. An object of the present invention is to provide an optical module and a method for manufacturing the same that can reduce the influence of the above.

【0010】[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。
In order to achieve the above object, an optical module of the present invention comprises an optical waveguide having a lower clad layer, a core layer and an upper clad layer, which are sequentially formed on a substrate. In an optical module that performs optical transmission between an optical fiber and an optical element via a core layer, the core layer has an edge part that forms a part of an ellipse in plan view, and the incidence of the optical fiber and the optical element It is characterized in that the mouth and the exit are respectively arranged at or near the two focal points of the elliptical shape.

【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。
In the optical module of the present invention, even if a light beam from an optical element (or an optical fiber) having an entrance port or an exit port disposed at one of two focal positions spreads in the optical waveguide, the light beam is directed to the core layer. It is possible to guide the light to the entrance port or the exit port of the optical fiber (or the optical element) at the other focal position while reflecting the light at the edge portion of. For this reason, it is possible to improve the light reflection at the edge of the core layer while eliminating the need for inserting a flat lens for converging light, distortion of the side surface of the core layer, dust mixed in the core layer, and the like. The effect of can be reduced.

【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。
Here, in the preferred optical module of the present invention, the ratio r / R of the minor axis r and the major axis R in the ellipse is:
The critical angle at which the light beam can be totally reflected at the edge is set to be smaller than a value expressed in radians. This allows
It is possible to obtain a reflecting surface in which total reflection is always good.

【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。
The method of manufacturing an optical module of the present invention is the method of manufacturing an optical module having an optical waveguide, wherein a lower clad layer is formed on a substrate, and a core layer and the core layer are formed on the lower clad layer. A side clad layer for partitioning is formed, the core layer is provided with an edge portion forming a part of an ellipse in a plan view, and the two focal points of the ellipse are respectively provided with an entrance of an optical fiber and an optical element. It is characterized in that an emission port is arranged.

【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。
In the method of manufacturing an optical module of the present invention, 2
While reflecting the light flux from the optical element (or optical fiber) in which the entrance or exit is arranged at one of the two focal positions at the edge of the core layer, the optical fiber (or optical element) at the other focal position An optical module leading to the entrance or exit is obtained. For this reason, it is possible to improve the light reflection at the edge of the core layer and reduce the influence of the side surface distortion of the core layer, etc., while eliminating the need for inserting a flat lens for converging light.

【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。
Here, in the method of manufacturing an optical module of the present invention, the core layer and the side clad layer are made of a light modifying material, and the core layer and the core layer are formed by changing the refractive index of the light modifying material by exposure. It is preferable to divide the side clad layer. This simplifies the manufacturing of the core layer and the side clad layer.

【0016】[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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described in more detail based on the embodiments of the present invention with reference to the drawings. Figure 1
2 is a plan view showing a configuration of an optical module according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

【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。
The optical module 11A includes a silicon substrate 14
Has an optical fiber 12 at one edge, and has a light receiving element 15 and a light emitting element (laser diode) 16 with a spot size conversion function on both sides of the extension line of the optical fiber 12 at the other edge, Optical fiber 12 and light emitting element 1
6 or an optical waveguide for transmitting / receiving a light beam to / from the light receiving element 15.

【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。
The optical module 11A includes a silicon substrate 14
The installation location of the optical fiber 12 above is hydrofluoric acid, nitric acid,
Chemical etching is performed using an acidic aqueous solution such as sulfuric acid or acetic acid. The depth of the groove formed by chemical etching is such that when the single-mode optical fiber 12 having a diameter of about 125 μm is set on the silicon substrate 14, the core 13 becomes
The height is set to about 30 μm from the surface of the.

【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。
The light-emitting element 16 and the light-receiving element 1 exposed previously
Wiring patterns 17 and 18 are formed in the mounting region of No. 5. Each of the wiring patterns 17 and 18 is formed of a copper plating pattern having a thickness of about 4 μm, and is a minute ball grid array (ball grid array: about 26 μm) fixed to the lower surface of the formed light emitting element 16 and the light receiving element 15. BGA) 23 is connected to the component terminal.

【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。
Next, a wall of synthetic resin having a height of about 30 μm is formed around the silicon substrate 14 to form a platform, and the components are adjusted in this platform so that the refractive index after curing becomes about 1.50. The liquid mixture of the liquid epoxy oligomer and the photopolymerization initiator is filled. After injecting the mixed solution, an ultraviolet mask is placed on the platform, and ultraviolet rays are radiated from the ultraviolet mask to cure the liquid epoxy oligomer of the mixed solution according to the pattern of the ultraviolet mask.

【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。
The ultraviolet mask has a pattern that covers the mounting area of the light emitting element 16 and the light receiving element 15 each having a square shape with one side of about 1 mm and the installation area of the optical fiber 12. The mounting areas of the masked light emitting element 16 and the light receiving element 15 are
The oligomer is removed by developing with an isopropanol solution to form a pattern of the lower cladding layer 26.

【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。
Then, a polymer solution of the photo-modifying material 24 of the nobornagen structure having a refractive index of 1.57 is applied on the lower clad layer 26 by spin coating to a thickness of about 10 μm, and vacuum dried at room temperature to form a thin film. Is formed as a core layer. Then, the core layer is subjected to an ultraviolet mask having a predetermined shape, and ultraviolet rays are irradiated along the two ellipses shown in FIG. 1 by using a high pressure mercury lamp, and the refractive index of the region outside the ellipse is 0.01. The side cladding layer 20 is reduced to some extent.
As a result, an optical waveguide including the elliptical core layers 19a and 19b is formed.

【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。
Further, like the lower clad layer 26, an ultraviolet curable epoxy resin having a refractive index of 1.50 is applied to the core layers 19a and 19b and the side clad layer 20 to a thickness of about 30 μm. After that, the light emitting element 16 and the light receiving element 15
While shielding the mounting area of with a UV mask of a predetermined shape, irradiate UV to cure the UV curable epoxy resin,
The uncured portion is removed by developing with an isopropanol solution to form the upper clad layer 28.

【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。
Next, the thin film of the photo-modifying material 24 exposed from the removed portion of the upper clad layer 28 and not forming the core layers 19a and 19b is dissolved in chloroform and removed. The silicon substrate 14 and the wiring patterns 17 and 18 in the mounting regions of the light emitting element 16 and the light receiving element 15 are exposed, and the BGAs 23 on the lower surfaces of the light emitting element 16 and the light receiving element 15 are connected to the wiring patterns 17 and 18, respectively.

【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。
At this time, the light emitting element 16 and the light receiving element 15
Is aligned with the copper patterns of the wiring patterns 17 and 18 by self-alignment, and the entrance of the light receiving element 15 and the exit of the light emitting element 16 are accurately opposed to the optical waveguides 19a and 19b, respectively. The optical waveguide (19a) and the optical waveguide (19
In the groove part whose plane shape intersects with b) is substantially V-shaped,
The optical fiber 12 is provided at each of the focal points on both sides of the optical waveguide.
Align the core 13 of.

【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。
Although the silicon substrate 14 is used in the present embodiment, the substrate is not limited to this, and a metal substrate coated with an insulating resin, a ceramic substrate, a glass substrate, or an organic resin substrate can be used. Thus, an optical module similar to the above can be manufactured.

【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。
Further, the optical waveguides (19a, 19b) can be formed by the following steps without using the photo-modifying material 24 having the nobornagen structure of this embodiment. First, a polyimide precursor solution is filled on the lower clad layer 26, and the precursor solution is about 70 ° C. for 2 hours, about 160 ° C. for 1 hour, about 250 ° C. for 30 minutes, and about 350 ° C. for 1 hour. Each is heat treated to form a polyimide.

【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。
Further, with the X-ray mask pattern provided on the polyimide, the peak energy is about 100 eV.
Is exposed to X-rays to form a pattern of the core layer of the optical waveguide having an increased refractive index in polyimide, and an alkali-resistant resist is applied on this pattern. After forming a resist pattern by transferring the mask pattern to this resist, the polyimide resin at the installation positions of the light emitting element 16 and the light receiving element 15 and the optical fiber installation position is removed by alkali etching.

【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。
The overall shape of the optical waveguide is such that each elliptical region (core layers 19a, 19b) having a major axis R of about 10 mm and a minor axis r of about 0.4 mm has both major axes R of about 12 mm. They intersect each other at an angle to form a substantially V-shape, and the apex 22a of this substantially V-shape region faces the end of the core 13 of the optical fiber 12. The side cladding layer 20 has a refractive index of the core layers 19a, 19
It is reduced by about 0.01 for each refractive index of b. Abbreviation V
The light emitting element 16 has an end opposite to the apex 22a in the character shape.
Of the light receiving element 15 and the light receiving element 15 are opened.

【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。
The light receiving element 15 and the light emitting element 16 are located at the focal points of the other of the elliptical core layers 19a and 19b.
Arrange each opening of about 10 μm. As a result, the laser light flux can be guided from the light emitting element 16 to the core 13 having a diameter of about 10 μm and from the core 13 to the light receiving element 15.

【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。
Here, assuming that the diameter of the core end of the optical fiber 12 is d, the spread angle (half angle) of the light emitted from the core end is calculated as (4 / π) × λ / d [rad]. To be done. That is, when light with a wavelength λ of about 1.3 μm is emitted from the core 13 of the optical fiber 12 with a diameter d of about 10 μm and is incident on the slab optical waveguide, the spread angle of the incident light is 0.17 [rad] (= 9.7 degrees). The apex 22a of the substantially V-shaped region is provided at a position approximately 1 mm from the core 13, and the light is totally reflected in the substantially V-shaped region and directed toward the light emitting element 16 and the light receiving element 15.

【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)
If the major axis (major axis) of the elliptical core layers 19a and 19b is sufficiently larger than the minor axis (minor axis),
The light emitted from one of the focal points comes into contact with the boundary forming a part of the ellipse at the position of the distance Z from this focal point,
Total reflection occurs if the following conditions are met. That is, when the core layers 19a and 19b have a refractive index of N and the cladding layer 20 on the side surface has a refractive index of n, the boundary surface and the incident angle are equal to or smaller than the angle ω calculated by the following equation (1). The light is totally reflected. 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−Z20.5 ……(2)
In this embodiment, the core layers 19a and 19b are used.
Refractive index N (= 1.57) of the clad layer 20,
Since (= 1.56), the following formula (2) is calculated,
ω = 0.11 [rad] (= 6.5 degrees). Light incident on the ellipsoid at an angle less than this angle is totally reflected, but light incident at an angle exceeding this angle cannot be totally reflected. h = {r / (2 × R)} × (2 × R × Z−Z 2 ) 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。
On the other hand, the angle (θ) formed by the light incident on the reflecting surface whose planar shape is part of an ellipse and the reflecting surface can be approximately calculated by the following equation (3). θ = h × [(1 / Z) + {1 / (2 × R−Z)}] (3) where h is the height of the ellipse, r is the radius of the ellipse on the short axis, and R is It is the radius of the major axis of the ellipse.

【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}20.5 ……(5) Δ2=1+[1−{(r/R)/ω}20.5 ……(6) Δ1<Δ<Δ2 ……(7)
In order to perform total reflection at the boundary of the elliptical region, it is necessary that the angle θ is smaller than the critical angle ω of total reflection. To make the angle θ equal to or smaller than ω, in the case of a slender ellipse, the position where the light enters the ellipse (distance from the emitted focus) Z and the ellipse are calculated by the following equations (4) to (6). It is necessary that the distance Δ with respect to the focal point of approximately satisfies Expression (7) below. 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。
The ratio r / R of the minor axis r and the major axis R is greater than the value expressed in radians as the critical angle ω at which the light ray can be totally reflected at the angle θ formed by the boundary line of the side cladding layer and the light ray. It is necessary to form a small elongated elliptical core layer. Therefore, in order to allow the solution of equation (7) to exist, the elliptical minor axis r
(R / R) is smaller than ω. In the present embodiment, since ω = 0.11 [rad], in order for this solution to exist, the ratio (R / r) of the major axis R and the minor axis r of the ellipse is (1 / ω) = It must be greater than 9.

【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)
In this embodiment, R = 5 mm, r = 0.
The length R is set to 2 mm, and the major axis R is 25 times the minor axis r. When the equation (6) is calculated under this condition, and the conditional equation for Z is calculated by substituting the equation (3), the following equation (8) is obtained. 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。
In this way, the major axis of this embodiment is 10 mm.
If it is outside the range of 0.35 mm from both ends of the ellipse of
Total reflection is possible at any position of the ellipse. In this elliptical shape, the distance between the two focal points and the elliptical end is about 4 μm, which is extremely close to each other.
There is substantially no difference between the case of arranging the aperture No. 5 and the case of arranging it at the focal position.

【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。
The light emitted from the optical fiber 12 has a spread radius of 0.17 / 2 = 1 mm away from the optical fiber 12.
0.085 mm, but about 1 m from the focal point on the exit side
When the height at the position m ahead is calculated by substituting the distance Z = 1 mm from the focus into the equation (2), h = 0.12 mm is obtained, and the entire luminous flux spread to a radius of 0.085 mm is It can be seen that it can be surrounded by an ellipse.

【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。
Since the distance A between the apex 22a of the substantially V-shaped region and the end of the core 13 is about 1 mm, the exit of the light emitting element 16 and the entrance of the light receiving element 15 are about 9 mm from the apex 22a.
It is located at the rear, and is vertically separated from the optical axis O by about 1.9 mm. Approximately 10 μ at each rear end of the core layers 19a and 19b
m openings are formed, and each of the openings is connected to the emission port and the incident port of the light emitting element 16 and the light receiving element 15 of about 1 mm square. Thereby, an optical signal can be transmitted between the core 13 of the optical fiber 12, the light emitting element 16, and the light receiving element 15 via the optical waveguides (19a, 19b).

【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。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a plan view showing the optical module of this embodiment. The optical module 11B has two elliptical regions (19a, 19b) having a major axis length R of about 10 mm and a minor axis length r of about 0.6 mm, and one end of the optical fiber 1B.
It is assumed that the second core 13 faces the opening. Further, the optical axes O of the emitted light are inclined in opposite directions by 10 degrees, the intersections of the core layers 19a and 19b are apexes 22b, and one edge of the core layers 19a and 19b is a boundary surface. The letter-shaped region 27 is formed.

【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)
Using the formulas (4) and (7) in the first embodiment, a region where the light flux connecting the respective focal points in both the core layers 19a and 19b can be totally reflected by each reflecting surface in the elliptical region is used. By calculation, the following equation (9) is obtained. 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。
The apex 22b of the substantially V-shaped region 27 is the intersection of the elliptical regions, and this intersection is about 1 mm away from the exit of the optical fiber 12. This position is expressed by equation (9).
Since it is within the range, the light incident on the substantially V-shaped region 27 is totally reflected at this position.

【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。
The shape of the substantially V-shaped region 27 is such that the angle of the apex 22b is approximately 20 degrees, and the reflecting surface, which is the boundary surface of the substantially V-shaped region 27, gradually bends in an arc along both elliptic arcs, and the light emitting element 16 is formed. G between the exit of the light and the entrance of the light receiving element 15
Is set to about 3.5 mm in the direction perpendicular to the optical axis O. The displacement between each focus position and the elliptical end in the elliptical region is about 10 μm, and therefore, the emission port of the light emitting element 16 and the incident port of the light receiving element 15 are arranged at the elliptical end and at the focal position. , There is virtually no difference. Further, at the rear end positions of the two elliptical regions (19a, 19b), similarly to the first embodiment, the emission port of the light emitting element 16 and the incidence port of the light receiving element 15 are arranged. Light emitting element 16
The light receiving element 15 is formed to have a size of about 1 mm square, and the emission port and the incidence port are configured to have a size of about 10 μm.

【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。
With the above arrangement, the elliptical regions (19a, 1a
The light emitted from the optical fiber 12 in which the end of the core 13 is located at each one of the focal points of 9 b) is apex 2 of the substantially V-shaped region 27.
It is divided into two directions by 2a, is totally reflected by an elliptic arc-shaped reflecting surface and is converged, and is condensed on the focal point on the rear end side of the elliptical regions (19a, 19b). The reflection surface of the substantially V-shaped region 27 is formed only on one side surface of the optical waveguide, but each arrangement angle of the light emitting element 16 and the light receiving element 15 is taken into consideration so that the light does not go to the other side surface. There is. Thus, it is not necessary to form the side clad layer on the other side surface, and the shape of the optical waveguide is simpler than that of the first embodiment.

【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。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIGS. 4A to 4F and FIGS. 5A and 5B are cross-sectional views showing stepwise the manufacturing process of the optical module of this embodiment. Each drawing is drawn in a state viewed from the opposite direction to FIG.

【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。
In this embodiment, similar to the first embodiment, the V-shaped groove 21 is formed on the silicon substrate 14 by chemical etching (FIGS. 4 (a) and 4 (b)), and the component terminals and wirings are formed. The pattern 17 is formed by a copper plating pattern having a thickness of about 4 μm (FIG. 4 (c)). Furthermore, on the entire silicon substrate 14,
An ultraviolet curable epoxy resin 35 having a refractive index of about 1.50 is applied to a thickness of about 30 μm, and the dried and cured portion is used as the lower clad layer 26 (FIG. 4 (d)). The lower clad layer 26 is cured by exposing the mounting portions of the light emitting element 16 and the light receiving element 15 and the portion other than the installation position of the optical fiber 12 using an ultraviolet mask. The uncured portion during this exposure is developed after the core layer is formed.

【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))。
Next, a wall 25 made of synthetic resin and having a height of about 30 μm from the lower clad layer 26 is formed as a platform on the peripheral portion of the ultraviolet curable epoxy resin 35 including the hardened lower clad layer 26. A solution 40 containing a liquid epoxy oligomer whose components are adjusted so that the refractive index after curing is 1.535 and a photopolymerization initiator is filled in this platform. After injecting the solution 40,
An ultraviolet mask is placed on the platform, and ultraviolet rays are radiated from the ultraviolet mask to cure the liquid epoxy oligomer according to the pattern of the ultraviolet mask (Fig. 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。
The ultraviolet mask has the mounting areas of the light emitting element 16 and the light receiving element 15, the installation area of the optical fiber 12, and the substantially V-shaped side cladding layer 20 similar to the first or second embodiment. It has a pattern that shields a part. Except for the part shielded by the UV mask, it is cured by irradiation with UV light. The shielded mounting areas of the light emitting element 16 and the light receiving element 15 and the like are removed by developing the oligomer with an isopropanol solution, and the substantially V in the first or second embodiment is removed.
The core layer 40a excluding the character-shaped side cladding layer is obtained.
Further, the uncured portion of the ultraviolet curable epoxy resin of the lower clad layer 26 below the core layer 40a is developed and removed with an isopropanol solution to form the pattern of the lower clad layer 26 (FIG. 4 (f)). Here, the pattern of the optical waveguides (19a, 19b) is the same as that of the first embodiment.

【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))。
Next, on the core layer 40a, the refractive index is 1.
Fifty UV curable epoxy resins are formed to a thickness of about 30 μm. Further, the optical fiber 1 is shielded with an ultraviolet mask.
2 and the portions other than the mounting portions of the light emitting element 16 and the light receiving element 15 are irradiated with ultraviolet rays to cure the ultraviolet curable epoxy resin, and the uncured portions are developed and removed to form the upper clad layer 28. (FIG. 5 (a)). Then, as in the first embodiment, the light receiving element 15 (light emitting element 16) is mounted on the wiring pattern 17 (18) and the optical fiber 12 is installed (FIG. 5B).

【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。
As described above, in the present embodiment, since the optical waveguide is formed by exposing and etching the UV-curable epoxy resin having high chemical stability, the environment resistance of the optical module is improved. The effect is obtained.

【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。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the optical module of this embodiment, and (a) to (e) show each step step by step. Each drawing is drawn in a state viewed from the opposite direction to FIG.

【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))。
In this embodiment, similar to the first embodiment, the groove 21 having a substantially V-shaped plan is formed on the silicon substrate 14 by chemical etching, and the component terminal and the wiring pattern 17 (16) are formed. It is formed with a copper plating pattern having a thickness of about 4 μm. Further, an ultraviolet curable epoxy resin 35 having a refractive index of 1.50 is formed on the silicon substrate 14 to a thickness of 30 μm.
The lower clad layer 26 is formed by applying the coating to a thickness of about m (FIG. 6 (a)). The lower clad layer 26 has a first
Optical waveguides (19a, 19b) having a shape similar to that of the embodiment
The area is exposed using an ultraviolet mask to cure the ultraviolet curable epoxy resin 35, and the uncured oligomer is removed by developing with an isopropanol solution (FIG. 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。
Thereafter, a polyimide film 41 having a refractive index of 1.535 is formed on the lower clad layer 26 to have a thickness of about 10 μm to form a core layer (FIG. 6 (c)), and further on the polyimide film 41. Then, an ultraviolet curable epoxy resin is formed to a thickness of about 30 μm to form the upper clad layer 28 (FIG. 6 (d)).
Then, ultraviolet rays are applied to the regions of the optical waveguides (19a, 19b) on the upper clad layer 28 using an ultraviolet ray mask to cure the ultraviolet ray curable epoxy resin. This ultraviolet mask shields the mounting area of the light emitting element 16 and the light receiving element 15, the installation area of the optical fiber 12, and the portion forming the substantially V-shaped side clad layer in the first and second embodiments. Have a pattern.

【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。
Further, the uncured oligomer is developed with an isopropanol solution to remove the uncured portion of the UV-curable epoxy resin of the upper clad layer 28, and the upper clad layer 28 is patterned with the UV mask to form the pattern of the core layer (41). Form the same as. After the pattern is formed, the exposed portion of the polyimide film 41 of the core layer between the upper clad layer 28 and the lower clad layer 26 is dissolved and removed by alkali etching using the patterned upper clad layer 28 as an etching resist. To do.

【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。
Then, as in the third embodiment, a UV-curable epoxy resin having a refractive index of 1.50 is filled in the platform formed on the silicon substrate 14 at the height of the upper clad layer 28 to form a light emitting device. The mounting area of 16 and the light receiving element 15 and the installation area of the optical fiber 12 are shielded by an ultraviolet mask and exposed to ultraviolet rays to cure the ultraviolet curable epoxy resin. Further, the uncured portion is developed and dissolved and removed to form the side clad layer 20 (FIG. 1) of the core layers 19a and 19b, and the light emitting element 16 and the light receiving element 15 are formed in the same manner as in the first embodiment. After mounting on the component terminals 16 and 17, the optical fiber 12 is arranged.

【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。
As described above, in the present embodiment, the core layers 19a and 19b are made of polyimide, and the upper and lower clad layers 26 and 28 are respectively formed and then alkali-etched to obtain the optical waveguide. , 19b, the inclination of the side surfaces can be made closer to an ideal vertical surface. As a result, it is possible to obtain the effect of reducing the loss when the light is totally reflected by the reflecting surface.

【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。
As described above, the optical modules in the first to fourth embodiments have the reflecting surface which is an elongated elliptical boundary surface having a ratio r / R of the short axis r and the long axis R of 25, for example. . Therefore, the light emitted from the light emitting element 16 and the light receiving element 15 spreads at an angle of, for example, about 9.7 degrees, but this light flux is totally reflected by the reflecting surface which is the boundary surface of the elliptical region, and passes through the slab optical waveguide. Optical transmission can be smoothly performed among the light receiving element 15, the light emitting element 16, and the optical fiber 12.
Therefore, although it is not necessary to insert a plane lens for converging light into the optical system, the light reflection at the boundary surface of the core layer can be made good, and the side surface of the core layer is distorted and dust mixed in the core layer is generated. The effect of can be reduced.

【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。
Although the present invention has been described based on the preferred embodiments thereof, the optical module and the method of manufacturing the same of the present invention are not limited to the configurations of the above embodiments, and the embodiments described above are not limited thereto. An optical module in which various modifications and changes are made from the configuration of the example and a manufacturing method thereof are also included in the scope of the present invention.

【0060】[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。
As described above, according to the optical module and the method of manufacturing the same of the present invention, it is possible to improve the light reflection in the optical waveguide while eliminating the need for the insertion processing of the flat lens for converging the light, and to achieve the core layer. It is possible to reduce the influence of the side surface distortion and dust mixed in the core layer.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of an optical module according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のII-IIによる断面図。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.

【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。
FIG. 3 is a plan view showing the configuration of an optical module according to a second embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the optical module of the third embodiment, wherein (a) to (f) show each step step by step.

【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。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the optical module of the third embodiment, wherein (a) and (b) show each step step by step.

【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。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the optical module of the fourth embodiment, wherein (a) to (e) show each step step by step.

【図7】従来の光モジュールを示す側面断面図。FIG. 7 is a side sectional view showing a conventional optical module.

【図8】従来の光モジュールを示す平面図。FIG. 8 is a plan view showing a conventional optical module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 11A, 11B: Optical module 12: Single-mode optical fiber 13: Core 14: Silicon substrate 15: Light receiving element (optical element) 16: Light emitting element (optical element) 17, 18: Wiring pattern 19a, 19b: optical waveguide 20: Side clad layer 23: Ball grid array 24: Photo-modifying material 26: Lower clad layer 27: Almost V-shaped area 28: Upper clad layer

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 Front page continuation (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02B 6/122 G02B 6/13 G02B 6/30 H01S 5/022

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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
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。
1. An optical waveguide having a lower clad layer, a core layer and an upper clad layer, which are sequentially formed on a substrate, and a side clad layer , wherein the side clad layer is more refracted than the core layer. Low rate
Of a material, the boundary surface between the side cladding layer of the core layer, the boundary
An ellipse having a short axis r and a long axis R when viewed in the direction parallel to the plane
Forming at least part of the ratio of the minor axis to the major axis r / R
Means that the light flux in the core layer can be totally reflected at the boundary surface.
The field angle is smaller than the value expressed in radians, and the optical fiber or the light entrance of the light receiving element and the optical fiber or
The light emission ports of the light emitting element are respectively arranged at or near the two focal positions of the ellipse , and the light transmission from the light incidence port to the light emission port is performed through the core layer.
An optical module characterized by transmitting .
【請求項2】 請求項1に記載の光モジュールであっ2. The optical module according to claim 1,
て、hand, 前記コア層は、前記側部クラッド層との間に2つの楕円The core layer has two ellipses between it and the side cladding layer.
形から成る境界面を、双方の楕円形の長軸がV字状に交The boundary surface consisting of a shape intersects the major axis of both ellipses in a V shape.
差すると共に、双方の楕円形の各一方の焦点位置又はそAnd the focus position of one of the two ellipses or its
の近傍が重なるように備え、Prepare so that the vicinity of 前記双方の楕円の焦点位置の近傍の夫々に、光ファイAn optical fiber is placed near each of the focal points of both ellipses.
バ、受光素子、又は、発光素子を配置したことを特徴とA light receiving element or a light emitting element is arranged.
する光モジュール。Optical module to do.
【請求項3】 前記焦点位置に配置される光ファイバ、3. An optical fiber arranged at the focal position,
受光素子、又は、発光素子の光軸が、前記双方の長軸にThe optical axis of the light-receiving element or the light-emitting element is aligned with the long axes of the both.
挟まれた方向を向き、Face the sandwiched direction, 前記コア層の側部クラッド層との境界面は、少なくともThe boundary surface of the core layer with the side cladding layer is at least
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Shape the ellipse in the inner region sandwiched by both major axes
成する、請求項2に記載の光モジュール。The optical module according to claim 2, which is formed.
【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
配置することを特徴とする光モジュールの製造方法。
4. A manufacturing method for manufacturing an optical module having an optical waveguide, wherein a lower clad layer is formed on a substrate , and a core layer and a refractive index from the core layer are formed on the lower clad layer.
Low side cladding layer and the side cladding of the core layer.
The boundary surface with the dead layer is viewed in the direction parallel to the boundary surface, and the minor axis
an elliptical shape having r and a major axis R, said minor axis and major axis
The ratio r / R is such that the luminous flux can be totally reflected at the edge.
An ellipse that is smaller than the field angle expressed in radians
And the optical fiber or the light receiving element at the two focal points of the ellipse.
The light entrance of the child and the light exit of the optical fiber or the light emitting element.
A method for manufacturing an optical module, comprising:
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