CN103513345A

CN103513345A - 光模块以及光模块的制造方法

Info

Publication number: CN103513345A
Application number: CN201310242366.5A
Authority: CN
Inventors: 依田薰; 鸟海和宏
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2033-06-18
Also published as: CN103513345B; JP5925062B2; JP2014002260A; US20130336614A1; US9046666B2

Abstract

本发明的目的在于提供一种可以采用固定有光纤的辅助基板，来高精度地定位光纤与光学元件的光模块以及光模块的制造方法。光模块（1）以及其制造方法的特征在于，具有：包含支持层（31）、活性层（33）、配置在支持层与活性层之间的BOX层（32）以及高度调整层（34）的辅助基板（30）；光纤（20）；固定于硅基板（10）的光学元件（40）。辅助基板（30）具有由活性层与BOX层形成的固定用槽（36），光纤被固定在固定用槽内，辅助基板通过高度调整层来相对于硅基板定位，由此光纤与光学元件被光耦合。

Description

光模块以及光模块的制造方法

技术领域

本发明涉及一种光模块以及光模块的制造方法，特别地涉及一种采用了固定有光纤的辅助基板的光模块以及光模块的制造方法。

背景技术

已知在进行将光纤组装到基板的情况下，通过在由光刻蚀刻技术来形成到SOI基板上的V槽配置光纤，来高精度地定位SOI基板与光纤（例如，参照专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1特开2002-107580号公报（图1、图3）

发明内容

【发明所要解决的问题】

然而，对于V槽来说，由于在V槽形成时抗蚀层的开口精度差的情况下，V槽的深度发生变化，光纤与基板的位置关系发生偏差，因而，高精度地定位光纤与基板的位置关系有困难。

又，当一旦在形成于基板上的V槽内配置了光纤，其后，也会有无法为了对准而移动光纤的配置位置这样的不良状况。

因此，本发明的目的在于，提供一种用于解决上述的问题的光模块以及光模块的制造方法。

又，本发明的目的在于，提供一种可以采用固定有光纤的辅助基板，来高精度地定位光纤与光学元件的光模块以及光模块的制造方法。

用于解决问题的手段

本发明所涉及的光模块的特征在于，具有：硅基板；包含支持层，活性层，配置在支持层与活性层之间的BOX层以及高度调整层的辅助基板；光纤；固定在硅基板上的光学元件，辅助基板具有通过活性层与BOX层而形成的固定用槽，光纤固定在固定用槽中，辅助基板通过高度调整层来相对于硅基板被定位，由此光纤与所述光学元件被光耦合。

进一步地，在本发明所涉及的光模块中，优选辅助基板具有形成于高度调整层上的接合用Au层，硅基板具有用于与接合用Au层相接合的Au微凸块。

本发明所涉及的光模块的制造方法的特征在于，具有如下工序：采用具有支持层、活性层以及配置在支持层与活性层之间的BOX层的基材，通过由蚀刻来去除活性层的一部分，来形成具有由活性层与BOX层形成的固定用槽的辅助基板，在活性层上部淀积用于调整活性层的高度的高度调整层，将光纤固定到固定用槽，辅助基板通过高度调整层来相对于硅基板被定位，由此来使光纤与光学元件光耦合。

进一步地，在本发明所涉及的光模块的制造方法中，优选进一步地具有在高度调整层上淀积接合用Au层，以及在硅基板上形成用于与接合用Au层相接合的Au微凸块的工序。

发明的效果

根据本发明，由于将光纤固定到通过辅助基板的活性层与BOX层而形成的固定用槽中，因而，当将硅基板接合到辅助基板时，可以非常高精度地进行光纤的高度方向的对齐。

根据本发明，由于即使在辅助基板的活性层的厚度不均匀的情况下，也能够通过高度调整层来补偿活性层的厚度的不均匀性，因而，当将硅基板接合到辅助基板时，可以非常高精度地进行光纤的高度方向的对齐。

附图说明

图1是示出光模块1的外观的立体图。

图2是图1的AA′剖面的示意图。

图3是图1的BB′剖面的示意图。

图4是用于对辅助基板的制造精度进行说明的图。

图5是示出辅助基板的制造例的图。

图6是示出光模块1的制造过程的图（1）。

图7是示出光模块1的制造过程的图（2）。

图8是示出光模块1的制造过程的图（3）。

具体实施方式

参照以下附图，对本发明所涉及的光模块以及光模块的制造方法进行说明。但是，本发明的技术的范围不限定于这些实施方式，应当留意权利要求书的范围所记载发明及其等同发明所涉及的点。

图1是示出光模块1的外观的立体图，图2是图1的AA′剖面的示意图。

光模块1由硅基板10，光纤20，用于安装光纤20的辅助基板30，用于进行光的波长变换的PPLN（Periodicaly Poled Lithium Niobate：周期性极化铌酸锂）元件40，LD（激光、二极管）元件50，用于向LD元件50供给驱动电压和/或控制电压的柔性基板60等构成。

图1中，硅基板10上配置有：用于向进行PPLN元件40的温度控制的加热器（未图示）供给驱动电压和/或控制电压的第一电极11；用于接合LD元件50与柔性基板60的第二电极12。又，硅基板10上形成有空刀槽13，固定于辅助基板30的光纤20被构成为不与硅基板10接触。

例如，光模块1可以是将从LD元件50射出的波长1064nm的单模激光近红外光，在PPLN元件40中波长变换为532nm的绿色激光并射出的激光源。进一步地，在光模块1起到激光源作用的情况下，其被构成为从PPLN元件40射出的绿色激光通过固定于辅助基板30的光纤20来传播。

在光模块1中，为使从LD元件50射出且在PPLN元件40中被波长变换的光能够高效地射入到光纤20，PPLN元件40与光纤20被光耦合。又，如后面所述地，为了提高光耦合效率，PPLN元件40与光纤20以亚微米单位极高精度的对齐。另外，光耦合是指为使从一个光学元件输出的光能够直接射入到光纤，而相互地确定位置关系。

当装配光模块1时，在硅基板10上设有对准记号等的基准记号，作为通过安装装置（未图示）来将固定有光纤20的辅助基板30以及PPLN元件40安装到硅基板10上时的标记。

通过上述的方法，当将辅助基板30以及PPLN元件40安装到硅基板10上，能够非常高精度地进行在硅基板10的平面上（XY方向）的对齐。然而，高度方向（Z方向）上的对齐的精度则取决于硅基板10以及辅助基板30间的安装状态与硅基板10与PPLN元件40间的安装状态。

因此，在光模块1中，如后面所述地，能够使固定于辅助基板30的光纤20的基准位置（例如，光纤20的中心部O或光纤20与BOX层32的接触位置）到辅助基板30底面的距离始终为一定。通过这样的构成，在将辅助基板30安装到硅基板10上的情况下，可以正确地把握光纤20的基准位置相对硅基板10位于多高的位置。

图3是图1的BB′剖面的示意图。

图3中示出了通过树脂被固定到辅助基板30上的光纤20被安装在硅基板10上的状态。如上面所述地，当将硅基板10安装到辅助基板30上时，光纤20被设置为通过设在硅基板10上的空刀槽13来不与硅基板10接触。另外，空刀槽13的剖面形状为图3所示的矩形，但也可以为其它形状。

辅助基板30通过由SOI构成的支持层31、由SiO₂绝缘膜构成的BOX层32、活性层33、由SiO₂构成的高度调整层34、用于与硅基板10表面活性化结合的接合用Au层35、用于固定光纤20的固定槽36等构成。

硅基板10上形成有由Au构成的微凸块60，仅通过将辅助基板30的接合用Au层35安装到被表面活性化的微凸块60的表面上，辅助基板30表面活性化结合到微凸块60，从而固定到硅基板10。

微凸块60是将多个高度2μm且直径5μm的圆柱状的凸起以10～25μm间距左右均等地配置而形成的。另外，凸起的形状、高度、宽度、间距等是一个实例，并不限定于上面所述。微凸块60通过溅射或蒸镀来形成，所有凸起的高度被高精度地均匀化。

表面活性化是通过对微凸块60以及接合用Au层35的表面进行等离子体清洗处理来进行的。由于通过表面活性化，能够使表面能高的各原子相接触，因而，可以利用原子间的附着力来在常温下坚固地接合。本接合方法由于不需要特别的加热，因而，具有不容易发生由热膨胀系数差的残余应力引起的部件破坏，没有对部件的压力，且功能恶化少等的优点。

在图3的实例中，辅助基板30通过接合用Au层35以及微凸块60来被表面活性化接合，但辅助基板30与硅基板10的接合方法不限定于表面活性化接合，也能够采用其它接合方法。

又，如图2所示，通过形成于硅基板10上的第二Au微凸块61与PPLN元件40的第二接合用Au层（未图示），PPLN元件40被表面活性化接合到硅基板10。进一步地，通过形成于硅基板10上的第三Au微凸块62与LD元件50的第三接合用Au层（未图示），LD元件50被表面活性化接合到硅基板10。第二Au微凸块61以及第三Au微凸块62具有与上述的微凸块60一样的构成。

图4是用于对辅助基板的制造精度进行说明的图。图4（a）示出了在通过干式蚀刻法深加工通常的硅基板后的辅助基板100，图4（b）示出了用于光模块1的辅助基板30（参照图3）。

在将图4（a）所示的辅助基板100安装到硅基板10的情况下，最应该考虑的是，固定于辅助基板100的光纤20的基准位置（例如，中心部O）与辅助基板100底面的距离E1。

图5（a）是实际制造的辅助基板100的剖面照片。

如图5（a）所示，在通过干式蚀刻法来进行深加工的情况下，光纤固定槽106的上部由于加工而弯曲（参照弯曲部分的高度T5）。进一步地，弯曲的程度根据干式蚀刻的状况而变化，由于干式蚀刻率快，因而进行弯曲部分的高度T5的控制并不容易。因此，高精度地控制光纤20的上部与辅助基板100底面的高度T4是困难的。即，使固定于辅助基板100的光纤20的基准位置（例如，中心部O）与辅助基板100底面的距离E1始终为一定并不容易。

图5（b）是拍摄实际制造的辅助基板100的光纤固定槽106的内侧而得到的照片。图5（b）中作为105所示的地方是通过加工而产生凸起的地方。这样地，通过由干式蚀刻法进行的深掘加工，有产生图5（b）所示那样的凸起105的可能性，当产生凸起，由于由凸起而使得将光纤20固定到辅助基板100的位置偏离，因而，将对使固定于辅助基板100的光纤20的基准位置（例如，中心部O）与辅助基板100底面的距离E1始终保持一定造成妨碍。

与此相对地，在用于图4（b）所示的光模块1的辅助基板30中，可以高精度地使固定于辅助基板30的光纤20的基准位置（例如，中心部O）与辅助基板30底面的距离E2始终保持一定。相对于图4（a）以及图5所示的辅助基板100来说，图4（b）所示的辅助基板30可以进行高精度的加工是由于BOX层32以及高度调整层34的作用。

由于BOX层32作为蚀刻阻挡层发挥功能，因而支持层31不会由于蚀刻而被侵蚀。即，由于不会发生光纤20的上部与辅助基板30接触的位置由于蚀刻而变化这样的不良状况，因而，可以使光纤20的基准位置（例如，中心部O）与辅助基板30底面的距离高精度地始终为一定。

又，活性层33也存在因获得的SOI晶片的批次等而厚度变动的情况。当SOI晶片的厚度变动，光纤20的基准位置（例如，中心部O）与辅助基板30底面的距离变动。因此，在辅助基板30中，通过高度调整层34来补偿活性层33的厚度的变动。

如上面的那样，通过BOX层32以及高度调整层34的作用，在辅助基板30中，可以高精度地控制光纤20的上部与辅助基板30底面的高度T3。另外，在图4（b）中，为了与图4（a）相比较，虽然出于方便而不考虑Au层35，但由于Au层35也通过蒸镀来淀积，因而包含Au层35的情况也一样。

通过高精度地维持固定于辅助基板30的光纤20的基准位置（例如，中心部O）与辅助基板30底面的位置关系，能够将在将辅助基板30接合到硅基板10的情况下的光纤20的基准位置，与预先接合到硅基板10的PPLN元件40的基准位置（例如，激光射出位置）高精度地定位。即，由于微凸块60或第二Au微凸块61被设计为通过从上方施加负载来磨损掉规定量，因而使激光从PPLN元件40射出，测定通过光纤20传播的激光的光量，并且通过对辅助基板30施加负载并微调高度方向的位置，可以以亚微米单位来进行PPLN元件40与固定到辅助基板30的光纤20的光耦合。

这样地，通过BOX层32以及高度调整层34的作用，能够不受SOI晶片的厚度的变动的影响，容易地实现在表面活性化接合下的高精度对准。

图6～图8是用于对光模块1的制造过程进行说明的图。下面，采用图6～图8，在光模块1的制造过程中，主要对辅助基板30的制造过程进行说明。

开始，准备有作为基材的SOI晶片（参照图6（a）），该基材为在支持层31上淀积作为BOX层的SiO₂绝缘层32′，进一步地在其上形成有活性层33′的三层构造。此处，SiO₂绝缘层32′的厚度为2μm。

然后，根据活性层33′的厚度来淀积作为高度调整层34的高度调整用的SiO₂层34′。以0.2μm蚀刻淀积高度调整用的SiO₂层34′，以使活性层33′与高度调整层34的总计厚度为60μm（参照图6（b））。另外，高度调整用的SiO₂层34′的厚度优选在0.2μm～2.0μm的范围内。

然后，通过蒸镀法来在高度调整用的SiO₂层34′上淀积作为用于与硅基板10接合的接合用Au层35的Au层35′（参照图6（c））。

然后，通过光刻、切边来使Au层35′图案化，形成用于与硅基板10接合的接合用Au层35（参照图7（a））。

然后，形成用于形成光纤固定槽36的抗蚀层37（参照图7（b）），利用规定的掩膜，去除形成光纤固定槽36部分的抗蚀层37。

然后，通过氢氟酸来去除形成光纤固定槽36的部分的SiO₂层34′（参照图7（c））。

然后，通过干式光刻法来对形成光纤固定槽36的部分的SOI晶片33′进行蚀刻（参照图8（a））。蚀刻时，由于BOX层32作为用于阻止蚀刻进行的蚀刻阻挡层发挥功能，因而，防止支持层31由于蚀刻而弯曲。这样地，通过活性层33以及BOX层32来形成具有三个面的光纤固定槽36。

然后，通过规定的药剂来去除抗蚀层37，完成辅助基板30（参照图8（b））。将光纤20固定到完成的辅助基板30，将固定有光纤20的辅助基板30、PPLN元件40、LD元件50、以及柔性基板60安装到硅基板10，完成光模块1的制造。

另外，也可以从图8（b）的状态，进一步地通过氢氟酸湿式蚀刻来去除光纤固定槽36部分的BOX层32（参照图8（c））。另外，在这种情况下，没有淀积形成有接合用Au膜35部分的高度调整用层34的一部分也同样地被去除，形成高度调整用层34′′。在氢氟酸湿式蚀刻中，由于因SOI基板而对支持层31没有产生蚀刻的作用，因而，在光纤固定槽36部分没有发生随蚀刻进行而产生的弯曲。进一步地，由于随着光纤固定槽36部分的BOX层32的去除，BOX层32的表面的污物或凸起等也被移除，因而，进一步地，可以高精度地进行光纤20相对于辅助基板30的固定。

另外，也可以在通过蚀刻形成光纤固定槽36后，形成高度调整层34和接合用Au层35。

在上述中，对可能进行光纤20与PPLN元件40的高精度对齐的光模块1进行了说明。然而，本发明所涉及的光模块并不是限定于光模块1地来解释的，可以很好地应用于将光纤20与除PPLN元件40之外的其它光学元件定位的过程中。

【符号说明】

10硅基板

13空刀槽

20光纤

30辅助基板

31支持层

32BOX层

33活性层

34高度调整层

35接合用Au层

36光纤固定用槽

40PPLN元件

50LD元件

60柔性基板。

Claims

1.一种光模块，其特征在于，具有：

硅基板；

辅助基板，其包含支持层、活性层、配置在所述支持层与所述活性层之间的BOX层以及高度调整层；

光纤；以及

固定在所述硅基板上的光学元件，

所述辅助基板具有由所述活性层与所述BOX层形成的固定用槽，

所述光纤被固定于所述固定用槽，

所述辅助基板通过所述高度调整层来相对于所述硅基板被定位，以将所述光纤与所述光学元件光耦合。

2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，

所述辅助基板具有形成于所述高度调整层上的接合用Au层，

所述硅基板具有用于与所述接合用Au层相接合的Au微凸块。

3.一种具有基板、接合到所述基板上的辅助基板以及光学元件的光模块的制造方法，其特征在于，具有如下工序：

采用具有支持层、活性层以及配置在所述支持层与所述活性层之间的BOX层的基材，通过蚀刻来去除所述活性层的一部分，由此来形成具有由所述活性层与所述BOX层形成的固定用槽的辅助基板；

在所述活性层上部淀积用于调整所述活性层的高度的高度调整层；

将光纤固定到所述固定用槽；以及

所述辅助基板通过所述高度调整层相对于所述硅基板被定位，以使所述光纤与所述光学元件光耦合。

4.根据权利要求3所述的光模块的制造方法，其特征在于，进一步包括如下工序：

在所述高度调整层上淀积接合用Au层；以及

在所述硅基板上形成用于与所述接合用Au层相接合的Au微凸块。