JP2000352640A

JP2000352640A - 光部品実装用基板及びそれを用いた光モジュール

Info

Publication number: JP2000352640A
Application number: JP11164221A
Authority: JP
Inventors: Michiaki Hiraoka; 通明平岡; Shinichi Abe; 真一阿部
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2000-12-19

Abstract

(57)【要約】【課題】同一基板上に搭載する光素子と光導波体との
光結合を高効率かつ安定に行うことが可能で、しかも小
型化が可能で信頼性にも優れた光部品実装用基板及びそ
れを用いた光モジュールを提供すること。【解決手段】基板１の主面に光導波体Ｆを位置決め搭
載するＶ溝２が形成されている光部品実装用基板Ｓ１で
あって、Ｖ溝２の一端部２ａに光導波体Ｆの一端部Ｆａ
を当接させるオーバハング部５を形成したものとする。
また、この基板１上に設けた光ファイバと光素子とを高
精度に光結合させた光モジュールとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に発光素子
や受光素子である光素子，光ファイバや光導波路などの
光導波体等の光部品を配設するための光部品実装用基
板、及びそれを用いた光モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信システムの大容量化及び多
機能化が求められており、それに伴い光通信器等の光デ
バイスの小型化，高集積化，及び低コスト化が要望され
ている。

【０００３】特に、光デバイスの組み立てコストを削減
する目的で、同一基板上に光ファイバや半導体光素子等
の光部品を搭載する技術、いわゆる光ハイブリッド実装
技術やシリコンプラットフォーム等の技術が注目されて
いる。

【０００４】上記技術によれば、例えば基板に形成され
た導体パターンに光素子を実装し、同一の基板上に形成
されたＶ溝に円筒形部材である光ファイバ、光ファイバ
内蔵のフェルール、又はファイバスタブを実装するだけ
で、基板上で光素子と円筒形部材を無調心で位置合わせ
することが可能とされている。

【０００５】基板上に無調心で光部品の実装を可能にす
るには、例えば基板に形成した光素子搭載用の電極と光
ファイバ搭載用のＶ溝、またはこのＶ溝と光素子搭載用
の位置合わせマーカーが各々高精度に形成され、且つそ
れぞれにおける両者の位置関係が、サブミクロンオーダ
ーの精度で形成されていなければならない。

【０００６】このようなシリコンプラットフォームの製
作例について、図７に基づき説明する。図７（ａ）〜
（ｈ）は、それぞれ従来の光部品実装用基板の製作工程
の一例を説明する平面図である。

【０００７】まず、図７（ａ）に示すように、所定方位
を主面とする単結晶のシリコン基板７１上にシリコン酸
化膜やシリコン窒化膜等のシリコンエッチング液に対し
耐性を有する膜を被着形成し、Ｖ溝形成用のフォトマス
クを用い、フォトリソグラフィーにより上記膜をパター
ニングし、シリコン基板７１の露出面７１ａを有したＶ
溝形成用パターン７２を得る。

【０００８】次に、図７（ｂ）に示すように、Ｖ溝形成
用パターン７２をマスクとして、水酸化カリウム水溶液
や水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液等のエッチン
グ液により、図７（ａ）における露出面７１ａをエッチ
ングし、異方性エッチングによりＶ溝７３が形成され
る。

【０００９】次に、図７（ｃ）に示すように、図７
（ｂ）におけるＶ溝形成用パターン７２をいったん除去
した後に、Ｖ溝７３を含むシリコン基板７１の一主面全
体に、熱酸化法もしくはスパッタ法やプラズマＣＶＤ法
等により、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の絶縁膜
７４を形成する。

【００１０】次に、図７（ｄ）に示すように、後記する
電極や光素子実装用マーカーを形成するためのフォトマ
スクを用いることにより、電極形成領域７５や光素子実
装用マーカー形成領域７６を除く領域にフォトレジスト
パターン７７を形成する。

【００１１】次に、図７（ｅ）に示すように、シリコン
基板７１の一主面側の全面に電極材料となる金等の金属
膜７８を蒸着法等により被着形成する。

【００１２】次に、図７（ｆ）に示すように、リフトオ
フ法により図７（ｄ）における電極形成領域７５や光素
子実装用マーカー形成領域７６を除く領域のフォトレジ
ストパターン７７を除去し、後述する光素子搭載部を含
む電極パターン７９及び光素子実装用マーカー８０を形
成する。

【００１３】そして、図７（ｇ）に示すように、電極パ
ターン７９の光素子搭載部８１に半田を形成し、しかる
後に、図７（ｈ）に示すように、ダイシングにより突き
当て用矩形溝８２、及びシリコン基板８１の端面８１ａ
において切断を行うことにより、不図示の光素子を実装
するための光素子搭載部８１、及び不図示の光ファイバ
を実装するためのＶ溝８３を同一のシリコン基板７１に
形成した光部品実装用基板Ｊが完成される（例えば、特
開平１１−１０９１８４号公報を参照）。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法では以下に示すような問題点がある。

【００１５】Ｖ溝と直角に交わる突き当て用矩形溝の
形成方法が切削加工であるために、加工による溝位置の
精度が良好ではなく、高精度な突き当て面の形成が困難
である。

【００１６】また、そのような問題点をクリアしたとし
ても、形成される矩形溝の幅が広くなるので、光部品実
装用基板の切断に使用する切削ブレードとの共通使用が
できず、切断ブレードと溝入れブレードが別途必要にな
り、またブレードの交換を要するので、非常に手間がか
かる。

【００１７】幅の広いブレードを使用した切削加工で
は、光ファイバの突き当て部に上記チッピングのような
基板の欠落が大きいので、例えば半導体光素子を搭載す
るために形成する電極パターンを突き当て部に近づける
ことが困難である。これにより、光部品実装用基板の小
型化を図ることができない。

【００１８】突き当て用矩形溝の形成において、異方
性エッチングにより形成された斜面を除去するため、例
えば半導体光素子と光ファイバの結合部では斜面の幅が
１００μｍ程度あり、光ファイバの端面が１００μｍ程
度の広い範囲で基板による保持がないまま充填剤にて固
定されている。光部品実装用基板自体も幅の広い矩形溝
が光部品実装用基板を縦断して形成されているので、矩
形溝部分が強度的に弱く、パッケージ内への光部品実装
用基板の固定時、及び光モジュール完成後の温度変化に
より、光ファイバ端部の位置ずれが起こり易い。

【００１９】このように環境変化が生じた場合等による
充填剤やシリコン基板の熱変形に伴い、半導体光素子と
光ファイバ間で位置ずれが生じる問題がある。

【００２０】そこで、本発明の目的は、上述の諸問題を
解消するとともに、同一基板上に搭載する光素子と光導
波体との光結合を高効率かつ安定に行うことが可能で、
しかも小型化が可能で信頼性にも優れた光部品実装用基
板及びそれを用いた光モジュールを提供することにあ
る。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光部品実装用基板は、基板の主面に光導波
体を位置決め搭載するＶ溝が形成されている光部品実装
用基板であって、前記Ｖ溝の一端部に前記光導波体の一
端部が当接するオーバハング部を形成したことを特徴と
する。特に、Ｖ溝及びオーバハング部が基板の異方性エ
ッチングにより形成されていることを特徴とする。

【００２２】また、基板の主面に光導波体を位置決め搭
載するＶ溝が形成されている光部品実装用基板であっ
て、Ｖ溝の一端部に、該Ｖ溝を横切る当接用溝と、該当
接用溝に連なりＶ溝より幅狭の細溝とを形成し、該細溝
の幅方向に位置する当接用溝の壁面に光導波体の一端部
を当接させるようにしてもよい。そして特に、Ｖ溝及び
細溝を基板の異方性エッチングにより形成するととも
に、当接用溝がＵ＜（Ｗｃｏｓθ）／２（ただ
し、Ｕ：当接用溝の幅、Ｗ：Ｖ溝の幅、θ：Ｖ溝斜面の
傾斜角）を満足するように形成する。

【００２３】また、本発明の光モジュールは、上記各光
部品実装用基板に形成されたＶ溝に光導波体を搭載する
とともに、該光導波体とＶ溝の一端側に配設した光素子
とを光接続させたことを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係わる実施形態
について図面に基づき詳細に説明する。

【００２５】図１（ａ）に本発明に係る光部品実装用基
板Ｓ１の平面図を、図１（ｂ）に（ａ）のｂ−ｂ線断面
図を，図１（ｃ）にＶ溝２の一端部における拡大平面図
を示す。

【００２６】図１に示すように、光部品実装用基板Ｓ１
は、基板１の主面１ａに、光ファイバや光導波路体のよ
うな光導波体Ｆを位置決め搭載するＶ溝２が形成された
ものであり、Ｖ溝２の一端部２ａに光導波体Ｆの一端部
Ｆａを当接させるオーバハング部５と細溝６とが形成さ
れている。オーバハング部５は光導波体Ｆの光軸や細溝
６に対してほぼ対称位置に形成されており、光導波体Ｆ
を安定的に当接させることが可能である。なお、図中
３，４は、それぞれ光素子用の電極パターンであり、３
は例えば発光素子を搭載する電極パターン、４は発光素
子のモニター用受光素子を搭載する電極パターンであ
る。

【００２７】ここで、基板１は異方性エッチングが可能
なシリコン単結晶が最も好適に使用可能であるが、各種
のガラスやセラミックス等、その他の材料を適宜に選択
が可能である。また、Ｖ溝２に載置する光導波体Ｆは光
ファイバ以外の、屈折率の互いに異なるコア部とクラッ
ド部を有する光導波路とすることも可能である。

【００２８】以下に、上記Ｖ溝領域における作製方法の
一例について説明する。

【００２９】まず、基板１として、（１００）面等の所
定方位を主面とするシリコン単結晶基板を用意する。次
に、図２（ａ）に示すように、Ｖ溝２の先端、すなわち
光導波体Ｆの突き当て部とする領域に、Ｖ溝２より浅
く，細く，且つ短いＶ溝である細溝６を異方性エッチン
グにより形成する。これは、フォトリソグラフィーによ
るパターニング、及び水酸化カリウム水溶液や水酸化テ
トラメチルアンモニウム水溶液等によるシリコン単結晶
の異方性エッチングでもって、（１１１）面等の所定の
面方位が斜面として優先的に生じさせることによって形
成する。

【００３０】次に、図２（ｂ）に示すような、形成させ
るＶ溝２の一端部に切り込みを有するフォトマスクＭ
（Ｍａ：マクス部、Ｍｂ：非マスク部）を用い、このフ
ォトマスクＭの端部等に印された不図示の位置合わせマ
ーカーを、図１における基板１の主面１ａ上の端部等に
印された不図示の位置合わせマーカーに一致させるよう
に配置し、これにより細溝６の一端側をマスクする。そ
して、フォトリソグラフィーによるパターニング、及び
上記と同様なエッチング液による異方性エッチングでも
って、図２（ｃ）に示すように、一端部にオーバハング
部５と細溝６を有するＶ溝２が形成される。このオーバ
ハング部５，５はＶ溝２の谷線２ｂに対してほぼ対称位
置に形成され、細溝６の谷もこのＶ溝の谷線２ｂの延長
した部位に位置する。

【００３１】次に、フォトリソグラフィーによるパター
ニング後、電極材料となる金等の金属膜を蒸着法やスパ
ッタリング法等により被着形成し、リフトオフ法やエッ
チング法等により電極パターン３，４を形成する。

【００３２】そして、所定領域に半田を塗布し、Ｖ溝２
の基板端部側（不図示）の切削加工による切断を施して
光部品実装用基板Ｓ１が完成する。

【００３３】かくして、上記光部品実装用基板Ｓ１によ
れば、光導波体を搭載させるＶ溝と、光導波体を当接さ
せるオーバハング部を同一のエッチングプロセスにて高
精度に形成することができ、従来のＶ溝の一端部に形成
させる矩形溝の形成工程を不要とし、光部品実装用基板
の製作工程の簡略化が図れる。

【００３４】また、Ｖ溝の先端に形成した細溝の領域は
光導波体とこれに光接続させる光素子の光路逃げ用の溝
として有用できる上、この細溝の周囲に光素子の電極パ
ターンを形成することが可能であるので、従来の光部品
実装用基板より小型化が可能になる。

【００３５】また、高精度で安定したオーバハング部を
その突出長さを適当に調節することにより、光導波体と
光導波路との光接続状態の微調整を可能にし、これによ
り両者を高効率で光結合させることができる。

【００３６】さらに、従来の矩形溝を不要とすること
で、光導波体と光素子との光結合部もＶ溝で光ファイバ
が保持されているため、安定した接続構造が得られ、機
械強度、耐環境性にも優れ信頼性の高いものを提供でき
る。

【００３７】次に、本発明に係る光部品実装用基板の他
の実施形態について説明する。なお、上記光部品実装用
基板Ｓ１と同様な構成については同一符号を付し、その
説明を省略する。

【００３８】上記光部品実装用基板をさらに加工するこ
とにより、図１（ａ）〜（ｃ）と同様にあらわした図３
（ａ）〜（ｂ）に示す光部品実装用基板Ｓ２としてもよ
い。すなわち、上記光部品実装用基板Ｓ１を作製後に、
ＲＩＥ（Reactive Ion Etching) やＣＤＥ(Chemical Dr
y Etching)等を用いて、オーバハング部の先端部のみを
一部ドライエッチングで除去し、光導波体Ｆの先端Ｆａ
の当接面を平坦にするのである。

【００３９】これにより、Ｖ溝１２の一端部１２ａにお
いて、幅Ｄを有し、光導波体Ｆの当接部が平面状に形成
されたオーバハング部１５を有する光部品実装用基板Ｓ
２とすることができる。ここで、幅Ｄは光導波体Ｆを当
接させるための逃げとなるので、光導波体Ｆの外径以上
であればよい。なお、図中１６は光部品実装用基板Ｓ１
と同様にして形成した細溝である。この光部品実装用基
板Ｓ２によれば、光部品実装用基板Ｓ１と同様な効果を
奏する上に、光導波体Ｆをより安定的に保持固定するこ
とができる。

【００４０】さらに、他の実施形態について説明する。
光部品実装用基板は、図１（ａ）〜（ｃ）と同様にあら
わした図４（ａ）〜（ｂ）に示すような構成としてもよ
い。すなわち、光部品実装用基板Ｓ１を作製後に、オー
バハング部を除去するように、ダイシングソー等を用
い、Ｖ溝２２の一端部２２ａにおいて、Ｖ溝２２を横切
り、光導波体Ｆの光軸に対し直交する方向へ当接用溝７
とＶ溝２２より幅狭の細溝２６とを形成し、この細溝２
６の両端に位置する当接用溝７の壁面２５，２５に光導
波体Ｆの先端Ｆａを当接させるようにした光部品実装用
基板Ｓ３としてもよい。

【００４１】この光部品実装用基板Ｓ３によれば、当接
用溝７には、光導波体Ｆの光軸及び細溝２６に対して対
称位置に、光導波体Ｆの先端Ｆａを当接させる壁面２
５，２５が形成される。また、当接用溝７の幅Ｂは、長
さＢのオーバハング部を除去することになるので、Ｖ溝
２２の幅をＷ、異方性エッチングにより形成されるＶ溝
の水平面（基板面）に対する斜面の傾斜角度をθとすれ
ば、（Ｗｃｏｓθ）／２より小さく形成することがで
き、光導波体Ｆの突き出し長さが短くなり、光導波体Ｆ
を安定的に位置決め固定することが可能となる。

【００４２】これは、図６（ａ），（ｂ）により理解す
ることができる。すなわち、図６（ａ）に示すように、
オーバハング部がないＶ溝の一端部においては、光導波
体Ｆの先端ＦａとＶ溝の斜面の上端との長さＡは光導波
体Ｆの半径をｒとすればｒ／ｔａｎθとである。ここ
で、ｒ＝（Ｗｓｉｎθ）／２であるから、下記式（１）
の通りとなる。なお、基板１の異方性エッチングによ
り、図６（ａ）の傾斜角θと図６（ｂ）のオーバハング
部の先端角度θは等しくなる。

【００４３】Ａ＝Ｗｃｏｓθ／２・・・（１）一方、オーバハング部は長さＡの範囲内で形成されるこ
とになるので、例えば、図６（ｂ）のように、オーバハ
ング部の長さをＡの長さの半分のＢとすることができ、
この部分を溝加工することにより、幅Ｂを上記式（１）
よりも小さくすることができる。すなわち、当接用溝７
の幅をＵとすれば、Ｕ＜（Ｗｃｏｓθ）／２とな
る。

【００４４】かくして、光部品実装用基板Ｓ３によれ
ば、当接用溝分だけ光導波体を安定的に位置決め固定す
ることができ、光部品実装用基板や光モジュールの小型
化を図ることができる。さらに、当接用溝の溝幅を小さ
くできるので、チップ化（分断）するためのブレードを
共有することができ、溝加工及びチップ化の作業効率を
高めることが可能となる。

【００４５】次に、上記光部品実装用基板を用いて、光
モジュールを構成した実施形態について説明する。

【００４６】図５に示すように、例えば光部品実装用基
板Ｓ１のＶ溝２に光ファイバ８をその先端がＶ溝２の一
端部に形成されたオーバハング部に当接するように搭載
し、接着剤や半田を介して光ファイバ８をＶ溝２に固定
する。次に、電極パターン３，４上に半田のセルフアラ
イメントやビジュアルアライメント（マーカーを観察し
ながら位置決め固定を行う手法）により、発光素子９及
び受光素子１０を正確な位置に載置固定し、さらに、こ
れら素子の電極ともう一方の電極パターンとをワイヤボ
ンディングを介して接続する。このようにして、性能や
信頼性が高く小型化が図れる優れた光モジュールＨを提
供できる。

【００４７】なお、本実施形態は一例を示したものであ
って、例えば、基板等の材質，オーバハング部，当接用
溝，細溝等の形状などについて、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で適宜変更し実施が可能である。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の光部品実
装用基板及び光モジュールによれば、以下に示す顕著な
効果を奏することができる。

【００４９】・光導波体を搭載させるＶ溝と、光導波体
を当接させるオーバハング部を同一のエッチングプロセ
スにて高精度に形成することができ、従来のＶ溝の一端
部に形成させる矩形溝の形成工程を不要とし、光部品実
装用基板の製作工程の簡略化が図れる。

【００５０】・Ｖ溝の一端部に形成した細溝の領域は光
導波体と、これに光接続させる光素子の光路逃げ用の溝
として有用できる上、この細溝の周囲に光素子の電極パ
ターンを形成することが可能であるので、従来の光部品
実装用基板より小型化が可能になる。

【００５１】・高精度で安定したオーバハング部の突出
長さを適当に調節することにより、光導波体と光導波路
との光接続状態の微調整を可能にし、これにより両者を
高効率で光結合させることができる。

【００５２】・従来の矩形溝を不要とすることで、光導
波体と光素子との光結合部もＶ溝で光ファイバが保持さ
れているため、安定した接続構造が得られ、光部品実装
用基板単体はもとより、光モジュールとしても機械強
度、耐環境性にも優れ信頼性を向上させることができ
る。

【００５３】・Ｖ溝の一端部に、このＶ溝を横切る当接
用溝と、この当接用溝に連なる細溝とを形成し、当接用
溝の壁面に光導波体の一端部を当接させるようにした光
部品実装用基板においても、当接用溝の幅分だけ光導波
体を安定的に固定することができ、光部品実装用基板や
光モジュールの小型化や信頼性向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光部品実装用基板の一実施形態を
一部を省略して模式的に説明する図であり、（ａ）は平
面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）は
（ａ）におけるＶ溝の一端部における拡大図である。

【図２】本発明に係るＶ溝の作製工程を説明する図であ
り、（ａ）は細溝の平面図、（ｂ）Ｖ溝形成用フォトマ
スクの一部を示す平面図、（ｃ）はＶ溝の一部を示す平
面図である。

【図３】本発明に係る光部品実装用基板の他の実施形態
を一部を省略して模式的に説明する図であり、（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）は
（ａ）におけるＶ溝の一端部における拡大図である。

【図４】本発明に係る光部品実装用基板の他の実施形態
を一部を省略して模式的に説明する図であり、（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図、（ｃ）は
（ａ）におけるＶ溝の一端部における拡大図である。

【図５】本発明に係る光モジュールの斜視図である。

【図６】（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明に係るＶ溝
の一端部におけるオーバハング部の突出長さを模式的に
説明する説明する断面図である。

【図７】（ａ）〜（ｈ）はそれぞれ、従来の光部品実装
用基板の作製工程を模式的に説明する平面図である。

【符号の説明】

１：基板２：Ｖ溝２ａ：谷線３，４：電極パターン５，１５：オーバハング部６：細溝７：当接用溝２５：壁面Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３：光部品実装用基板Ｆ：光導波体Ｍ：光モジュール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の主面に光導波体を位置決め搭載す
るＶ溝が形成されている光部品実装用基板であって、前
記Ｖ溝の一端部に前記光導波体の一端部が当接するオー
バハング部を形成したことを特徴とする光部品実装用基
板。
【請求項２】前記Ｖ溝及びオーバハング部が前記基板
の異方性エッチングにより形成されていることを特徴と
する請求項１に記載の光部品実装用基板。
【請求項３】基板の主面に光導波体を位置決め搭載す
るＶ溝が形成されている光部品実装用基板であって、前
記Ｖ溝の一端部に、該Ｖ溝を横切る当接用溝と、該当接
用溝に連なり前記Ｖ溝より幅狭の細溝とを形成し、該細
溝の両端に位置する前記当接用溝の壁面に前記光導波体
の一端部を当接させるようにしたことを特徴とする光部
品実装用基板。
【請求項４】前記当接用溝が下記式を満足することを
特徴とする請求項３に記載の光部品実装用基板。Ｕ＜（Ｗｃｏｓθ）／２（ただし、Ｕ：当接用溝の幅、Ｗ：Ｖ溝の幅、θ：Ｖ溝
の斜面傾斜角）
【請求項５】請求項１乃至４に記載の光部品実装用基
板に形成されたＶ溝に光導波体を搭載させるとともに、
該光導波体と前記Ｖ溝の一端側に配設させた光素子とを
光接続させたことを特徴とする光モジュール。