特開 2015-96878 光受信モジュール及び光送信モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-96878(P2015-96878A)

(43)【公開日】2015年5月21日

(54)【発明の名称】光受信モジュール及び光送信モジュール

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20150424BHJP

   H01L 31/0232 20140101ALI20150424BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20150424BHJP

   H01S 5/40 20060101ALI20150424BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/42

   H01L31/02 D

   H01S5/022

   H01S5/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-236514(P2013-236514)

(22)【出願日】2013年11月15日

(71)【出願人】

【識別番号】301005371

【氏名又は名称】日本オクラロ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000154

【氏名又は名称】特許業務法人はるか国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】家村 光貴

(72)【発明者】

【氏名】笹田 道秀

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 博康

【テーマコード（参考）】

2H137

5F088

5F173

【Ｆターム（参考）】

2H137AB05

2H137AB06

2H137AB08

2H137AB11

2H137AC01

2H137AC05

2H137BA01

2H137BA31

2H137BB02

2H137BB12

2H137BB17

2H137BB25

2H137BB31

2H137BB33

2H137BC02

2H137BC07

2H137BC08

2H137BC14

2H137BC51

2H137BC53

2H137CA28C

2H137CA34

2H137CA66

2H137CA67

2H137CA72

2H137CC01

2H137CC03

2H137DA07

2H137FA06

2H137GA08

2H137HA00

2H137HA01

5F088AA01

5F088BA20

5F088BB01

5F088GA05

5F088JA12

5F088JA14

5F088LA01

5F173MA02

5F173MB03

5F173MC15

5F173MC17

5F173ME44

5F173ME85

5F173MF12

5F173MF23

5F173MF27

5F173MF28

5F173MF39

(57)【要約】      （修正有）

【課題】複数のチャネルを有する光受信モジュール又は光送信モジュールにおいて、それぞれ受光部又は発光部に対するレンズアレイの位置調整を光の利用効率の低下を抑えて行うことができる光受信モジュール又は光送信モジュールを提供する。
【解決手段】光受信モジュールは、複数の集光レンズが、互いの光軸を平行にして、一つの平面を形成するように一方向に並べられたレンズアレイ１４０と、集光レンズから出射される光を受光する複数の受光素子を有する受光素子アレイ１５０と、を備え、受光素子アレイ１５０は、集光レンズからの光が入射され、透過する半導体基板と、半導体基板を透過した光を受光し、電気信号に変換する受光部と、を有し、複数の集光レンズの光軸が、それぞれ対応する受光部の中心からのずれは、一方向へのずれよりも、一つの平面内で一方向に垂直な方向のずれの方が大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の集光レンズが、互いの光軸を平行にして、一つの平面を形成するように一方向に並べられたレンズアレイと、
前記集光レンズから出射される光を受光する複数の受光素子を有する受光素子アレイと、を備え、
前記受光素子アレイは、
前記集光レンズからの光が入射され、透過する半導体基板と、
前記半導体基板を透過した光を受光し、電気信号に変換する受光部と、を有し、
前記複数の集光レンズの光軸が、それぞれ対応する前記受光部の中心からのずれは、前記一方向へのずれよりも、前記一つの平面内で前記一方向に垂直な方向のずれの方が大きい、ことを特徴とする光受信モジュール。

【請求項2】

請求項１に記載の光受信モジュールであって、
前記集光レンズから集光される光の焦点は、前記受光部よりも前記集光レンズ側に位置している、ことを特徴とする光受信モジュール。

【請求項3】

請求項２に記載の光受信モジュールであって、
前記半導体基板の前記入射側に、前記集光レンズからの光を更に前記受光部に向けて集光するレンズ面が形成されており、
前記レンズ面で集光される光の焦点は、前記半導体基板内である、ことを特徴とする光受信モジュール。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光受信モジュールであって、
入射した光を相互に波長が異なる複数の光に分波し、前記複数の集光レンズに出射させる光分波回路をさらに備える、ことを特徴とする光受信モジュール。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光受信モジュールであって、
前記レンズアレイ及び前記受光素子アレイが配置される板と、
前記板と前記レンズアレイとの間に配置される支持基板と、を更に備え、
前記レンズアレイの前記一方向に垂直な方向のずれは、前記板から離れる方向のずれである、ことを特徴とする光受信モジュール。

【請求項6】

請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光受信モジュールであって、
前記一方向のずれは、０〜１０μｍの範囲であり、
前記一方向に垂直な方向のずれは、８〜２５μｍの範囲である、ことを特徴とする光受信モジュール。

【請求項7】

複数の集光レンズが、互いの光軸を平行にして、一つの平面を形成するように一方向に並べられたレンズアレイと、
前記集光レンズに入射させる光を出射する複数の発光素子からなる発光素子アレイと、を備え、
前記複数の集光レンズの光軸が、それぞれ対応する前記発光素子の中心からのずれは、前記一方向へのずれよりも、前記一つの平面内で前記一方向に垂直な方向のずれの方が大きい、ことを特徴とする光送信モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光受信モジュール及び光送信モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、光通信などに用いられる光受信モジュール及び光送信モジュールは、受光部や発光部の他、光ファイバからの光を受光部に導くための、又は送信部からの光を光ファイバに光を導くための各種レンズを備えている。特許文献１には、このような光受信モジュール及び光送信モジュールのうち、光受信モジュールである半導体受光装置の構成が開示されている。

【0003】

また、光受信モジュール及び光送信モジュールにおいては、光反射減衰量（ＯＲＬ：Optical Return Loss）と呼ばれる反射戻り光による損失があり、この損失の抑制に関し、特許文献２は、集光レンズに対して受光部面を光線に対して斜めに配置することについて開示し、特許文献３及び４は、集光レンズに対して受光部の軸をずらす配置について開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５−２２４１０１号公報

【特許文献2】特開平１０−２６８１６４号公報

【特許文献3】実公昭６２−００６７０７号公報

【特許文献4】特開２０１３−２００５５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

複数のチャネルを備えた光受信モジュール及び光送信モジュールにおいては、それぞれ光の分波回路及び合波回路を有し、１本の光ファイバからの光を分波又は複数の波長領域の光を１本の光ファイバに入射させるように合波している。このため、分波回路と受光部との間、又は合波回路と発光部との間には、チャネルの数に対応する集光レンズを有するレンズアレイを備えている。このようなレンズアレイは、一体として形成され、又は１つずつ形成されたものを一体化させて用いられることが多い。一方で、このようなレンズアレイの集光レンズには、それぞれ軸ずれ及び角度ずれが発生しやすいことから、これらを高い光利用効率の状態で配置することは難しい。また、それぞれのチャネルにおいて上述の光反射減衰量を抑えたいという要請もある。

【0006】

このような軸ずれ及び角度ずれの調整が不十分である場合には、所望の強度で光を伝送することができずに、信号の伝達に不具合を生じる恐れがあり、特に、光受信モジュールにおいては、分波されたチャネルとは異なるチャネルの受光部に受光させてしまう光クロストークを発生させてしまう恐れもある。

【0007】

本発明は、上述の事情に鑑みてされたものであり、複数のチャネルを有する光受信モジュール又は光送信モジュールにおいて、より伝送効率の高い光受信モジュール又は光送信モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の光受信モジュールは、複数の集光レンズが、互いの光軸を平行にして、一つの平面を形成するように一方向に並べられたレンズアレイと、前記集光レンズから出射される光を受光する複数の受光素子を有する受光素子アレイと、を備え、前記受光素子アレイは、前記集光レンズからの光が入射され、透過する半導体基板と、前記半導体基板を透過した光を受光し、電気信号に変換する受光部と、を有し、前記複数の集光レンズの光軸が、それぞれ対応する前記受光部の中心からのずれは、前記一方向へのずれよりも、前記一つの平面内で前記一方向に垂直な方向のずれの方が大きい、ことを特徴とする光受信モジュールである。

【0009】

また、本発明の光受信モジュールにおいて、前記集光レンズから集光される光の焦点は、前記受光部よりも前記集光レンズ側に位置していてもよい。また、この場合には、前記レンズ面で集光される光の焦点は、前記半導体基板内であってもよく、更にこの場合には、前記半導体基板の前記入射側に、前記集光レンズからの光を更に前記受光部に向けて集光するレンズ面が形成されていることとしてもよい。

【0010】

また、本発明の光受信モジュールは、入射した光を相互に波長が異なる複数の光に分波し、前記複数の集光レンズに出射させる光分波回路をさらに備えていてもよい。

【0011】

また、本発明の光受信モジュールは、前記レンズアレイ及び前記受光素子アレイが配置される板と、前記板と前記レンズアレイとの間に配置される支持基板と、を更に備え、前記レンズアレイの前記一方向に垂直な方向のずれは、前記板から離れる方向のずれであってもよい。

【0012】

また、本発明の光受信モジュールは、前記一方向のずれは、０〜１０μｍの範囲であり、前記一方向に垂直な方向のずれは、８〜２５μｍの範囲である、こととしてもよい。

【0013】

本発明の光送信モジュールは、複数の集光レンズが、互いの光軸を平行にして、一つの平面を形成するように一方向に並べられたレンズアレイと、前記集光レンズに入射させる光を出射する複数の発光素子からなる発光素子アレイと、を備え、前記複数の集光レンズの光軸が、それぞれ対応する前記発光素子の中心からのずれは、前記一方向へのずれよりも、前記一つの平面内で前記一方向に垂直な方向のずれの方が大きい、ことを特徴とする光送信モジュールである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、複数のチャネルを有する光受信モジュール又は光送信モジュールにおいて、より伝送効率の高い光受信モジュール又は光送信モジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の光受信モジュールの一構成例を概略的に表す図である。

【図2】図１の光受信モジュールの光分波回路、レンズアレイ及び受光素子アレイの部分についての概略的に示す平面図である。

【図3】受光素子アレイの受光素子について説明するための図である。

【図4】図１で示された集光レンズと受光素子との距離Ｌに対する、受光部での受光する光のスポット径Ｒとの関係を説明するためのグラフである。

【図5A】図４の距離Ｌの範囲Ａに対応する焦点Ｆの位置を概略的に示す図である。

【図5B】図４の距離Ｌの範囲Ｂに対応する焦点Ｆの位置を概略的に示す図である。

【図5C】図４の距離Ｌの範囲Ｃに対応する焦点Ｆの位置を概略的に示す図である。

【図5D】図４の距離Ｌの範囲Ｄに対応する焦点Ｆの位置を概略的に示す図である。

【図5E】図４の距離Ｌの範囲Ｅに対応する焦点Ｆの位置を概略的に示す図である。

【図6A】図４の距離Ｌの範囲Ａに対応し、集光レンズの中心軸と受光部の中心軸とのオフセットに対する、受光効率及び反射戻り光の損失についてそれぞれ示すグラフである。

【図6B】図４の距離Ｌの範囲Ｂに対応し、集光レンズの中心軸と受光部の中心軸とのオフセットに対する、受光効率及び反射戻り光の損失についてそれぞれ示すグラフである。

【図6C】図４の距離Ｌの範囲Ｃに対応し、集光レンズの中心軸と受光部の中心軸とのオフセットに対する、受光効率及び反射戻り光の損失についてそれぞれ示すグラフである。

【図6D】図４の距離Ｌの範囲Ｄに対応し、集光レンズの中心軸と受光部の中心軸とのオフセットに対する、受光効率及び反射戻り光の損失についてそれぞれ示すグラフである。

【図6E】図４の距離Ｌの範囲Ｅに対応し、集光レンズの中心軸と受光部の中心軸とのオフセットに対する、受光効率及び反射戻り光の損失についてそれぞれ示すグラフである。

【図7】上述の実施形態の第１変形例について示す図である。

【図8】上述の実施形態の第１変形例について示す図である。

【図9】上述の実施形態の第１変形例について示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の受光モジュールの実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の光受信モジュールの一構成例を概略的に表す図である。この図に示される光受信モジュール１００は、例えば、光通信などに用いられる光受信モジュールである。光受信モジュール１００は、箱状の筐体１０１を備えており、筐体１０１の内部には支持基板１０３が配置されている。支持基板１０３には、４チャネルの光に分波する光分波回路１７０と、分波された光がそれぞれ入射されるレンズアレイ１４０と、受光した光を電気信号に変換する受光素子アレイ１５０と、受光素子アレイ１５０からボンディングワイヤ１０４を介して受信した電気信号を処理する回路基板１０２と、が取り付けられている。また、筐体１０１の内部にはコリメートレンズ１０８が配置されている。光ファイバ１０９から筐体１０１の内部に入射する光は、コリメートレンズ１０８によって平行光に変換され、光分波回路１７０、レンズアレイ１４０を経て、受光素子アレイ１５０により受光される。

【0017】

図２は、図１の光受信モジュール１００の光分波回路１７０、レンズアレイ１４０及び受光素子アレイ１５０の部分についての概略的に示す平面図である。コリメートレンズ１０８によって平行光に変換された光は、光分波回路１７０に入射する。入射する信号光は、例えば４つの波長領域にそれぞれ信号が重畳されており、光分波回路１７０に入射した光は、これらの４つの波長領域の光に分波され、レンズアレイ１４０の４チャネル分の集光レンズ４０のそれぞれに出射される。ここで光分波回路１７０は、この図に示されるようなハーフミラー７０を用いた空間光学型光分波回路であってもよいし、ＰＬＣ（Planar Lightwave Circuit）型光分波回路その他の分波回路であってもよい。

【0018】

レンズアレイ１４０の４つの集光レンズ４０は、互いの光軸を平行にして、一つの平面１４２を形成するように一方向に並べられている。４チャネル分の集光レンズ４０は、光分波回路１７０からの光を受光素子アレイ１５０に含まれる４チャネル分のそれぞれの受光素子５０に向けて集光させる。なお、本実施形態においては、図１及び２に示されるように、この集光レンズ４０が並ぶ一方向をＸ軸とし、平面１４２内でＸ軸に垂直な軸をＹ軸とし、支持基板１０３から離れる方向をプラスＹ方向としている。また、平面１４２に垂直な軸をＺ軸とし、受光素子アレイ１５０に向う方向をプラスＺ方向とている。なお、本実施形態においてはレンズアレイ１４０は一体的に形成されるものとしているが、一つの集光レンズ４０がそれぞれ別個に形成されたものを一体的にした所謂ハイブリッドレンズアレイその他複数の集光レンズが互いの光軸を平行にして一方向に並べられたものであればよい。

【0019】

図３は、受光素子アレイ１５０の受光素子５０について説明するための図である。受光素子５０は、裏面入射型のフォトダイオードであり、半導体基板５３の一方の面に受光部５１が形成されており、受光部５１において入射光を電気信号に変換する。本実施形態では、入射される光の波長が１．３μｍ帯もしくは１．５５μｍ帯であり、半導体基板５３は当該波長に対して十分な透過特性を有するＩｎＰ基板とするが、これ以外の波長帯及び基板材料であってもよい。半導体基板５３の他方の面には、レンズアレイ１４０に向かって突出した球面状の受光素子レンズ５５が形成されている。例えば、受光素子レンズ５５は、半導体基板５３を選択的にエッチングすることによって形成される。これに限られず、例えば、半導体基板５３上にレンズを別途形成してもよい。レンズアレイ１４０からの光は、受光素子レンズ５５から半導体基板５３の内側へ入射し、受光素子レンズ５５によって受光部５１に向けて更に集光される。しかしながら、受光素子５０は、受光素子レンズ５５を有さないものであってもよいし、半導体基板５３の裏面に別途レンズを設けたものであってもよい。

【0020】

なお、本明細書において「受光素子レンズ５５がレンズアレイ１４０からの光を受光部５１に向けて集光する」とは、受光素子レンズ５５から受光部５１までの間の光の方向が、レンズアレイ１４０から受光素子レンズ５５までの間の光の方向よりも集光レンズ４０の中心軸の方向に近づいていればよく（但し、当該中心軸上の光を除く。）、受光部５１上に焦点Ｆが位置する場合に限定されない。

【0021】

また、ここでは「焦点」という表現で光の集光具合を説明したが、光線が最も集光するポイントである「ビームウェスト」もほぼ同義であり、「焦点の位置」ではなく「ビームウェストの位置」として考えても、本願発明の思想は変わらない。図１に戻り、レンズアレイ１４０は、支持基板１０３に対して台座１０５を介して接着剤等の固定剤１０６により固定されるが、受光部５１における光反射減衰量を抑えるため、受光部５１の中心よりも上方、つまりプラスＹ方向に集光レンズ４０の中心をずらして配置している。この配置によって、集光レンズの出射光線は、受光部に対して斜めに入射し、受光部面での反射は、受光部への入射光線とは異なる方向に反射する。これにより光分波回路１７０から出射された光は、受光素子アレイ１５０のそれぞれの受光素子５０に入射するが、受光部５１の中心軸とずらしているため、受光部５１の表面における光反射減衰量を抑えることができる。ここで、例えば図２においてＸ方向にレンズアレイ１４０を移動させて、各集光レンズ４０の中心をずらすことによっても、光反射減衰量を抑えることができる。しかしながら、Ｘ方向にずらした場合には、ミラーまたは光フィルタ７０の端面等で反射が発生し、反射光が他チャンネルの受光部５１で受光されてしまう等の光クロストークの原因となる恐れがある。したがって、本実施形態においては、受光部５１の中心軸からのＹ方向のずれがＸ方向のずれよりも大きくなるように、集光レンズ４０を配置し、光反射減衰量を抑えている。これにより、光クロストークの発生による信号の劣化を抑えると共に、光反射による減衰量を抑えることができる。

【0022】

ところで、受光部５１上に焦点Ｆが位置する場合が、受光トレランスが最も広い状態である。ただし、受光面が照射される光が点に近い状態であるため、空間電荷効果により高周波特性が低下する恐れがある。空間電荷効果とは、受光部５１の空乏層内部で局所的に高密度に電荷（電子正孔対）が発生することにより、外部バイアス電圧によって空乏層内部に与えられる本来の電界とは逆向きの内部電界が発生し、本来の電界強度を打ち消してしまうため、高周波特性が低下する現象である。

【0023】

図４は、図１で示された集光レンズ４０と受光素子５０との距離Ｌに対する、受光部５１での受光する光のスポット径Ｒとの関係を説明するためのグラフである。図５Ａ〜５Ｅは、図４の距離Ｌの範囲Ａ〜Ｅにそれぞれ対応する焦点Ｆの位置を概略的に示す図である。図６Ａ〜６Ｅは、図４の距離Ｌの範囲Ａ〜Ｅにそれぞれ対応し、集光レンズ４０の中心軸と受光部５１の中心軸とのオフセットに対する、受光効率及び反射戻り光の損失についてそれぞれ示すグラフである。ここで「反射戻り光の損失」とは、入射光に対する反射戻り光の比を対数で表したものであり、この値が大きい方が、光反射減衰量を低下させることができる値である。なお、図４において、距離Ｌは、受光素子レンズ５５の表面に焦点Ｆがある場合を基準（０）としており、また、受光可能なスポット径Ｒは、受光部５１の半径を１とした場合に、例えばビームウェストのスポット径おおよそ０．１８〜１．００の範囲であり、グラフにおいて最小値ＭＩＮ〜最大値ＭＡＸで示されている。ここで、最小値ＭＩＮは、この値に限られず、空間電荷効果の問題を回避するように定められる。

【0024】

具体的な例として、所望の範囲の最大値ＭＡＸのスポット径Ｒは、例えば、一般的な２５Ｇｂ／ｓのフォトダイオードの有効受光半径を８．０μｍとすると、この有効受光半径と同程度となる。また、所望の範囲の最小値ＭＩＮのスポット径Ｒは、例えば、空間電荷効果の問題が発生しないように定められ、フォトダイオードの性能にもよるが、おおよそ２〜３μｍ程度となる。

【0025】

図４における距離Ｌの範囲Ｂは、受光部５１でのスポット径Ｒが所望の範囲の最小値ＭＩＮを下回る場合を示している。この場合、図５Ｂに示されるように、焦点Ｆは受光部５１表面に位置するか、若しくはその近傍に位置している。受光部５１表面でのスポット径Ｒが所望の範囲の最小値ＭＩＮを下回る場合、上述したように空間電荷効果により高周波特性が低下する恐れがある。

【0026】

図４における距離Ｌの範囲Ａは、図５Ａに示されるように、焦点Ｆが受光部５１の集光レンズ４０側とは反対側に位置する場合である。この場合にはスポット径Ｒは、最小値ＭＩＮ以上となるが、受光素子レンズ５５の面積を広く使用する必要があるため、場合によっては受光素子レンズ５５より広い範囲に光が照射される恐れがある。また、受光素子レンズ５５の範囲に収まる場合であっても、特にエッチング等により形成した受光素子レンズ５５は、中心から離れるほど理想的な曲面から外れやすく、受光素子レンズ５５の外側を使用することは結果として受光部５１に照射されない光を増加させる恐れがある。したがって、受光素子レンズ５５の広い範囲を利用することとなる距離Ｌの範囲Ａは使用しない方がよいと考えられる。

【0027】

図４における距離Ｌの位置Ｄは、図５Ｄに示されるように、焦点Ｆが受光素子レンズ５５の表面上に位置ものであるが、この場合、受光素子レンズ５５の表面で反射して、受光感度が劣化する恐れがあり、使用しない方がよいと考えられる。また、図６Ｄに示されるように、図６Ａ〜６Ｃのグラフと比較して、受光効率が良好な範囲は狭く、反射戻り光の影響を低減させるために、集光レンズ４０の中心軸を受光部の中心からオフセットしたとしても、受光効率の低下に繋がってしまう。

【0028】

図４における距離Ｌの範囲Ｅは、図５Ｅに示されるように、焦点Ｆは集光レンズ４０と受光素子５０との間に位置している。この場合、集光レンズ４０からの光は、集光レンズ４０と受光素子レンズ５５の間で焦点Ｆを結んだ後、次第に広がっていく状態で受光素子レンズ５５に入射する。受光素子レンズ５５から半導体基板５３の内側に入射した光は、入射前よりも広がり率が抑えられて受光部５１に至る。したがって、受光素子５０に入射する光は、受光素子レンズ５５により集光し切れずに、受光部５１から外れる光が多くなる確率が高くなる。また、図６Ｅに示されるように、受光部の中心に対する集光レンズ４０の中心軸のオフセットがない場合であっても受光効率が低く、距離Ｌの範囲Ｅについても使用には適さないものと考えられる。

【0029】

図４における距離Ｌの範囲Ｃは、図５Ｃに示されるように、焦点Ｆは半導体基板５３の内側に位置している。この場合、集光レンズ４０からの光は、次第に狭まっていく状態で受光素子レンズ５５に入射する。受光素子レンズ５５に入射した光は、半導体基板５３内で焦点Ｆを結んだ後、次第に広がりながら受光部５１に至る。スポット径Ｒは、最小値ＭＩＮから最大値ＭＡＸの範囲であり、図６Ｃを参照すると、比較的大きいオフセットに対しても高い受光効率を維持しており、また、反射戻り光の影響は小さいオフセット範囲に限られている。したがってオフセットの許容範囲が広いため、反射戻り光の影響を回避しつつ、高い受光効率を得ることができる。

【0030】

以上述べたように、焦点Ｆが半導体基板５３の内側である図４の距離Ｌを範囲Ｃとすることにより、高い受光光率の範囲が広く、反射戻り光の影響を受けない範囲で光軸のオフセットを定めることができる。更に、図１で示したようにＸ方向よりもＹ方向に大きく集光レンズ４０の中心軸をずらした際にも、高い受光光率を維持しつつ、光反射減衰量を抑えることができる。また、オフセット量の許容範囲が広いため、搭載位置にばらつきが生じた場合であっても、受光効率の高い範囲に収めることができる。したがって、より伝送効率の高い光受信モジュールとすることができる。

【0031】

焦点Ｆが半導体基板５３の内側に位置する距離Ｌの範囲Ｃは、レンズアレイ１４０と受光素子アレイ１５０の距離Ｌ、及び半導体基板５３の厚み（受光素子レンズ５５と受光部５１との距離）、集光レンズ４０及び受光素子レンズ５５の光学パラメータにより決定される。

【0032】

図１で説明したように、レンズアレイ１４０を支持基板１０３に固定する際には台座１０５を介して固定剤１０６が用いられるが、固定剤１０６の厚さは、受光部５１におけるトレランス範囲、集光レンズ４０の製造公差、固定剤１０６の製造公差を加味して決定する必要がある。図５Ｃに示されるように、焦点Ｆが半導体基板５３の内側の位置となるように距離Ｌを図４の範囲Ｃとして定めることにより、トレランス範囲を大きくすることができるため、オフセット量の許容範囲も広くなる。固定剤１０６として接着剤を使用する場合には、Ｙ方向のうち、支持基板１０３から離れる方向に移動させつつ位置決めを行うと、接着剤の量を少なくすることができ、また、固定剤１０６の厚さを小さくすることができる。したがって、受光部５１の中心軸からの集光レンズ４０の中心軸のずれはＹ軸に関して言うとプラスＹ方向であることが望ましい。また、発明者らの研究によれば、Ｙ方向のずれは、８〜２５μｍであれば３５ｄＢ以上の光反射減衰量と０．８５以上の受光効率が確保可能であり、また接着剤厚が少なくて済むため、接着剤の温度による膨張収縮量や長期信頼性による変動量が１μmと無視できるレベルで集光レンズを固定できるという結果となった。なおこの場合にはＸ方向のずれは、０〜１０μｍの範囲であれば、ほとんど結合効率が低下することなく実装することができる。本事例は、結合効率０．８５、反射減衰量３５ｄＢ以上を確保できる範囲を規定したが、本光受信モジュールの適用する光通信システムによっては、必要な結合効率と反射減衰量の規格が異なるため、Ｘ方向、Ｙ方向のずれに対する許容範囲を変えてもよい。なお、台座１０５とレンズアレイ１４０との間の固定剤１０６は、スペーサ等であっても構わないが、製造時に微調整を行いつつ固定できる例えばＵＶ硬化性の接着剤等が好ましい。また台座１０５は高さ調整のためであるため、台座１０５を用いないこととしてもよいし、支持基板１０３において予め高さが調整された形状としておいてもよい。

【0033】

また、図２に示されるように、レンズアレイ１４０と受光素子アレイ１５０とが設けられるため、例えば距離Ｚ１及びＺ２が異なる等これらが互いに平行となるように配置できなかった場合には、一方の端の受光素子５０では受光効率が高くても、他方の端の受光素子５０では受光効率が低くなるおそれがある。しかしながら、上述のように距離Ｌを図４の範囲Ｃとしているため、オフセット量の許容範囲が広く、配置の誤差があったとしても、高い受光効率で信号を受信できる。

【0034】

図７は、上述の実施形態の第１変形例について示す図である。上述の実施形態と異なる点は、オフセットが、受光部５１の中心軸より、集光レンズ４０の中心軸がマイナスＹ方向つまり支持基板１０３側にずれている点であり、その他の点は同様である。このように構成した場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0035】

図８は、上述の実施形態の第２変形例について示す図である。この例では光分波回路１７０を出射した信号光は、ミラー２１０に反射して支持基板１０３方向に向けられた後、レンズアレイ１４０に入射し、受光素子アレイ１５０で受光される。この場合にも、レンズアレイ１４０は、それぞれの集光レンズ４０の光軸を平行にして、一つの平面１４２を形成するように一方向に並べられて形成されており、集光レンズ４０が並ぶ方向であるＸ軸、平面１４２内でＸ軸と垂直な方向であるＹ軸、平面１４２に垂直なＺ軸は、図８の通りに定められる。従って、上述の実施形態と同様に、受光素子５０の中心から集光レンズ４０の中心軸のずれは、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向のずれの方が大きくなるように定められることにより、光クロストークの発生による信号の劣化を抑えると共に、光反射による減衰量を抑えることができる。また、集光レンズ４０と受光素子５０との距離Ｌを、受光素子５０の半導体基板の内側に焦点Ｆが配置されるように定められることにより、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向に大きく集光レンズ４０の中心軸をずらした際にも、高い受光光率を維持しつつ、光反射減衰量を抑えることができる。また、オフセット量の許容範囲が広いため、搭載位置にばらつきが生じた場合であっても、受光効率の高い範囲に収めることができる。したがって、より伝送効率の高い光受信モジュールとすることができる。

【0036】

図９は、上述の実施形態の第３変形例について示す図である。上述の実施形態では光受信モジュールとしていたが、本発明を光送信モジュールに適用した例について示す。この図に示される光送信モジュール３００は、箱状の筐体３０１を備えており、筐体３０１の内部には支持基板３０３が配置されている。支持基板３０３には、電気信号を処理する回路基板３０２と、電気信号を光に変換して発光する発光素子を４チャネル有する発光素子アレイ３５０と、４チャネルの光を合波する光合波回路３７０と、が取り付けられている。また、筐体３０１の内部にはコリメートレンズ３０６が配置されている。発光素子アレイ３５０で発光した光は、レンズアレイ３４０、光合波回路３７０を経て、コリメートレンズ３０６によって平行光に変換され、光ファイバ１０９により筐体３０１の外部へ出射される。

【0037】

この場合においても、レンズアレイ３４０は、それぞれの集光レンズの光軸を平行にして、一つの平面３４２を形成するように一方向に並べられて形成されており、集光レンズが並ぶ方向であるＸ軸、当該平面３４２内でＸ軸と垂直な方向であるＹ軸、当該平面３４２に垂直なＺ軸は、図９の通りに定められる。従って、発光素子アレイ３５０の発光素子の中心からレンズアレイ３４０の集光レンズの中心軸のずれは、Ｘ軸方向よりもＹ軸方向のずれの方が大きくなるようにずらすことにより、光クロストークの発生による信号の劣化を抑えると共に、光反射による減衰量を抑えることができ、より伝送効率の高い光送信モジュールとすることができる。

【0038】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が当業者にとって可能であるのはもちろんである。例えば、受光素子アレイ１５０は、同一の半導体基板上に複数の受光部５１が集積されたものであっても、複数の受光素子５０が同一のサブマウントに搭載されたものであっても構わない。

【0039】

また、受光素子５０が半導体基板上に受光部５１が形成された裏面入射型のフォトダイオードではなく、入射する光が十分に透過できる半導体基板にフォトダイオードが搭載され、フォトダイオードが搭載されていない面側にレンズ面が配置されても構わない。

【符号の説明】

【0040】

４０ 集光レンズ、５０ 受光素子、５１ 受光部、５３ 半導体基板、５５ 受光素子レンズ、７０ ハーフミラー、１００ 光受信モジュール、１０１ 筐体、１０２ 回路基板、１０３ 支持基板、１０４ ボンディングワイヤ、１０５ 台座、１０６ 固定剤、１０８ コリメートレンズ、１０９ 光ファイバ、１４０ レンズアレイ、１４２ 平面、１５０ 受光素子アレイ、１７０ 光分波回路、２１０ ミラー、３００ 光送信モジュール、３０１ 筐体、３０２ 回路基板、３０３ 支持基板、３０６ コリメートレンズ、３４０ レンズアレイ、３４２ 平面、３５０ 発光素子アレイ、３７０ 光合波回路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図5E】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図7】

【図8】

【図9】