JP2001281500A - Optical mounting board, its manufacturing method and optical module - Google Patents

Optical mounting board, its manufacturing method and optical module

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JP2001281500A
JP2001281500A JP2000094150A JP2000094150A JP2001281500A JP 2001281500 A JP2001281500 A JP 2001281500A JP 2000094150 A JP2000094150 A JP 2000094150A JP 2000094150 A JP2000094150 A JP 2000094150A JP 2001281500 A JP2001281500 A JP 2001281500A
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optical
substrate
groove
groove forming
layer
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JP2000094150A
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Shirou Sakujima
史朗 作島
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical mounting board and its manufacturing method with which the coupling efficiency of light on the board side is easily improved without applying complicated working treatment to a mounting optical device side and the influence on the characteristics of reflected light in the optical module is suppressed and integration of various optical devices is realized and to provide a highly functional optical module. SOLUTION: In an optical mounting board S1 wherein a plurality of grooves formed by anisotropic etching are provided on the main surface of the board consisting of single crystal material and the optical devices are disposed in these respective grooves, the principal surface of the board is provided with a plurality of groove-formed areas where crystal orientations parallel to the optical axis direction of the optical devices to be disposed are different.

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】本発明は例えば光ファイバ通
信や光インターコネクションといった光伝送に用いられ
る光モジュール、及びそれに用いられる光実装基板とそ
の製造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical module used for optical transmission such as optical fiber communication and optical interconnection, an optical mounting board used therefor, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来技術とその課題】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、それに従って、光モ
ジュールの小型化、集積化及び低コスト化が要望されて
いる。特に、光モジュールの組立コストを削減する目的
で、同一基板上に光ファイバや光半導体素子などの光部
品を実装する技術、いわゆる光ハイブリッド実装技術が
注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, large capacity and multifunctional optical communication systems have been demanded, and accordingly, miniaturization, integration and cost reduction of optical modules have been demanded. In particular, for the purpose of reducing the assembly cost of an optical module, a technique of mounting optical components such as an optical fiber and an optical semiconductor element on the same substrate, a so-called optical hybrid mounting technique, has attracted attention.

【0003】この技術によれば、シリコン基板にアルカ
リ水溶液などを用いた異方性エッチングにより高精度に
作製されたV溝((111)面や(111)面及び(1
00)面で形成)に、光ファイバなどの光学素子を搭載
するだけで、同一シリコン基板上の導体パターンに実装
された光半導体素子などを何ら駆動させることなく無調
心で組立を行うことが可能となる。
According to this technique, V grooves ((111) plane, (111) plane and (1
The optical semiconductor element mounted on the conductor pattern on the same silicon substrate can be assembled without any alignment by simply mounting an optical element such as an optical fiber on the (00) plane). It becomes possible.

【0004】こうした光モジュールの高機能化(高速化
・集積化)を実現するためには、光ファイバと光半導体
素子の結合効率を上げたり、光学素子間の反射を抑えた
りする目的で、レンズや光アイソレータなどの複数の光
学素子の実装が光実装基板に求められる。その際の光学
設計では、一般的には光学素子間での入射の角度を任意
にできるように設計する。例えば光半導体素子や光アイ
ソレータ間での反射を抑えるために、その角度を約8°
に設定したり、フィルタなどを用いる場合は約45°に
設定する。
[0004] In order to realize such an optical module with higher functions (higher speed and higher integration), a lens is used to increase the coupling efficiency between the optical fiber and the optical semiconductor element or to suppress the reflection between the optical elements. Mounting of a plurality of optical elements, such as optical devices and optical isolators, is required for optical mounting substrates. The optical design at that time is generally designed so that the angle of incidence between the optical elements can be arbitrarily set. For example, to suppress reflection between optical semiconductor elements and optical isolators, the angle should be about 8 °.
When using a filter or the like, the angle is set to about 45 °.

【0005】しかしながら、通常使用する(100)面
を主面とする単結晶のシリコン基板を利用した場合は、
異方性エッチングにより形成されたV溝は、結晶構造
上、決った方向にしか作製できない。そのため、実装基
板に搭載する光学素子を斜めにあらかじめ形成しておく
ことが知られている。
However, when a normally used single crystal silicon substrate having a (100) plane as a main surface is used,
The V-groove formed by anisotropic etching can be formed only in a fixed direction due to the crystal structure. Therefore, it is known that an optical element to be mounted on a mounting substrate is formed obliquely in advance.

【0006】図9に基板上に光ファイバと受光素子を配
設して成る光受信モジュールの一例を示す。光ファイバ
55から出射された光がチップキャリア56に搭載され
た面受光型の受光素子57に入射される際に、チップキ
ャリア56の面をあらかじめ所定角度(例えば、8°)
斜めに形成しておくことにより、受光素子57への光フ
ァイバ55での反射光の影響を抑制し、光モジュールJ
1として安定な特性を得ることができる(特開平10―
246846号公報等を参照)。
FIG. 9 shows an example of an optical receiving module in which an optical fiber and a light receiving element are arranged on a substrate. When the light emitted from the optical fiber 55 is incident on the light receiving element 57 of the surface light receiving type mounted on the chip carrier 56, the surface of the chip carrier 56 is previously set to a predetermined angle (for example, 8 °).
By forming the optical module J at an angle, the influence of light reflected by the optical fiber 55 on the light receiving element 57 is suppressed, and the optical module J
1, stable characteristics can be obtained.
246846).

【0007】図10に光アイソレータを備えた光モジュ
ールの一例を示す。この光モジュールJ2は、光ファイ
バ58から出射された光が、ボールレンズ59により集
光され、8°に斜め加工された光アイソレータ60を用
いることにより、この光アイソレータ60に対向させた
光ファイバ61に、もうひとつのボールレンズ62を介
して光を伝送させるようにしたものである。この光モジ
ュールJ2の場合も斜め加工を施すことにより入射光の
反射減衰量を抑制しているものである(特開平11−7
2748号公報等を参照)。
FIG. 10 shows an example of an optical module having an optical isolator. The optical module J2 uses an optical isolator 60 that is formed by condensing light emitted from an optical fiber 58 by a ball lens 59 and that is obliquely processed at 8 °. In addition, light is transmitted through another ball lens 62. Also in the case of the optical module J2, the return loss of the incident light is suppressed by performing the diagonal processing (Japanese Patent Laid-Open No. 11-7).
No. 2748).

【0008】しかしながら、このように個々の光学素子
をあらかじめ斜めに加工することは極めて煩雑で困難で
もあり、高精度なものを得ることはできない。それゆ
え、高機能な光モジュールを実現することは極めて困難
であった。
However, it is extremely complicated and difficult to process individual optical elements obliquely in advance as described above, and it is impossible to obtain a high-precision optical element. Therefore, it has been extremely difficult to realize a high-performance optical module.

【0009】そこで本発明では、実装する光学素子側に
煩雑な加工処理を施すことなく、簡便に基板側で光の結
合効率を向上させることができ、しかも光モジュールに
おける反射光の特性への影響を抑制することができ、種
々の光学素子を集積可能な光実装基板及びその製造方
法、並びに高機能化された光モジュールを提供すること
を目的とする。
Therefore, according to the present invention, it is possible to easily improve the light coupling efficiency on the substrate side without performing a complicated processing on the optical element side to be mounted, and furthermore, it has an influence on the characteristics of the reflected light in the optical module. It is an object of the present invention to provide an optical mounting substrate, a method of manufacturing the optical mounting substrate, and a highly functionalized optical module in which various optical elements can be integrated.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、本発明の光実装基板は、単結晶材料から成
る基板の主面に、異方性エッチングにより形成した複数
の溝を形成し、これら各溝に光学素子を配設するように
した光実装基板であって、前記基板の主面は、配設させ
る光学素子の光軸方向に平行な結晶方位が複数領域で異
なっていることを特徴とする。
According to the present invention, in order to achieve the above object, an optical mounting substrate according to the present invention comprises a plurality of grooves formed by anisotropic etching on a main surface of a substrate made of a single crystal material. An optical mounting substrate formed and provided with an optical element in each of the grooves, wherein the main surface of the substrate has different crystal orientations parallel to the optical axis direction of the optical element to be provided in a plurality of regions. It is characterized by being.

【0011】特に、基板の主面は、下部溝形成層と、該
下部溝形成層の一部を露出させた状態で(または、下部
溝形成層上に耐エッチング層を介して)積層させた上部
溝形成層とを備えているものとする。
In particular, the main surface of the substrate is laminated with a lower groove forming layer and a part of the lower groove forming layer exposed (or an etching resistant layer over the lower groove forming layer). And an upper groove forming layer.

【0012】また、基板の主面が単結晶シリコンから成
ることを特徴とする。この場合、また、基板の主面が
(100)面であり、且つ配設させる光学素子の光軸方
向が<110>方向に平行であることを特徴とする。
Further, the main surface of the substrate is made of single crystal silicon. In this case, the main surface of the substrate is the (100) plane, and the optical axis direction of the optical element to be provided is parallel to the <110> direction.

【0013】本発明の光実装基板の製造方法は、第1の
単結晶基板と、該第1の単結晶基板と同一の面方位を主
面とする第2の単結晶基板とを、間に耐エッチング層を
介在させて主面どうしを設定角度ずらした状態で接合す
る工程と、前記第1の単結晶基板に異方性エッチングで
溝を形成する工程と、前記第1の単結晶基板及び前記耐
エッチング層の一部を除去して前記第2の単結晶基板を
露出させる工程と、該第2の単結晶基板の露出面に異方
性エッチングで溝を形成する工程と、を含むことを特徴
とする。
According to the method of manufacturing an optical mounting substrate of the present invention, a first single-crystal substrate and a second single-crystal substrate having the same principal plane as the first single-crystal substrate are interposed between the first single-crystal substrate and the second single-crystal substrate. A step of joining the main surfaces with a set angle shifted with an etching-resistant layer interposed therebetween, a step of forming a groove in the first single-crystal substrate by anisotropic etching, Removing a part of the etching-resistant layer to expose the second single-crystal substrate; and forming a groove by anisotropic etching on an exposed surface of the second single-crystal substrate. It is characterized by.

【0014】本発明の光モジュールは、前記上部溝形成
層に形成された溝に光ファイバが配設され、前記下部溝
形成層に形成された溝に面発光型または面受光型の光半
導体装置が配設されていることを特徴とする。また、前
記下部溝形成層に形成された溝に光ファイバが配設さ
れ、前記上部溝形成層に形成された溝に端面発光型また
は端面受光型の光半導体装置が配設されていることを特
徴とする。
In the optical module of the present invention, an optical fiber is disposed in a groove formed in the upper groove forming layer, and a surface emitting or surface receiving type optical semiconductor device is disposed in the groove formed in the lower groove forming layer. Is provided. Further, it is preferable that an optical fiber is provided in a groove formed in the lower groove forming layer, and an edge-emitting or edge-receiving optical semiconductor device is provided in the groove formed in the upper groove forming layer. Features.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面に基づき詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0016】図1に、本発明に係る光実装基板S1を示
す。本発明は単結晶材料から成る基板の主面に、異方性
エッチングにより形成した複数の断面V字状をなすV溝
等の溝を形成し、これら各溝に光学素子を配設するよう
にしたものであって、基板の主面は、配設させる光学素
子の光軸方向に平行な結晶方位が異なる複数の領域で異
なるようにしたものである。
FIG. 1 shows an optical mounting board S1 according to the present invention. According to the present invention, a plurality of V-shaped cross-sectional grooves formed by anisotropic etching are formed on a main surface of a substrate made of a single crystal material, and an optical element is disposed in each of these grooves. The main surface of the substrate is different in a plurality of regions having different crystal orientations parallel to the optical axis direction of the optical element to be provided.

【0017】すなわち、光実装基板S1の主面は、例え
ば(100)面であり異方性エッチングが可能な単結晶
シリコンから成り、第1のシリコン層(上部溝形成層)
1が異方性エッチングの耐エッチング層である酸化シリ
コンや窒化シリコン等から成る絶縁層2を介して、上記
第1のシリコン層1と同じく(100)面を主面とする
第2のシリコン層(第2の溝形成層)3と接合させて成
る。なお、この場合の接合は熱や荷重を加えたり、接着
材を用いること等により行う。
That is, the main surface of the optical mounting substrate S1 is, for example, a (100) plane, which is made of single-crystal silicon which can be anisotropically etched, and has a first silicon layer (upper groove forming layer).
1 is a second silicon layer having a (100) plane as a main surface, similarly to the first silicon layer 1, via an insulating layer 2 made of silicon oxide, silicon nitride, or the like, which is an etching resistant layer for anisotropic etching. (Second groove forming layer) 3. The bonding in this case is performed by applying heat or a load, using an adhesive, or the like.

【0018】ここで、第1のシリコン層1の<110>
方向(配設させる光学素子の光軸と平行な結晶方位)4
に対して、第2のシリコン層3の<110>方向5は設
定角度(約8°程度)異なるようにしており、その結
果、単結晶シリコンの異方性エッチングにて形成される
第1のシリコン層1の溝6と、第2のシリコン層3の溝
7(の長さ方向)が異なった角度θでもって形成され
る。
Here, the <110> of the first silicon layer 1
Direction (crystal orientation parallel to the optical axis of the optical element to be disposed) 4
On the other hand, the <110> direction 5 of the second silicon layer 3 is different from the set angle (approximately 8 °). As a result, the first direction formed by anisotropic etching of single crystal silicon The groove 6 of the silicon layer 1 and the groove 7 (length direction) of the second silicon layer 3 are formed at different angles θ.

【0019】このように、絶縁層2を介して接着してい
る2つのシリコン層1,3の結晶方位<110>方向
4,5が異なっていることにより、それぞれの層に形成
される溝の角度θが異なるため、光実装基板としては角
度θの異なる溝を有する基板となる。
As described above, since the two silicon layers 1 and 3 bonded via the insulating layer 2 have different crystal orientation <110> directions 4 and 5, the grooves formed in the respective layers are not formed. Since the angle θ is different, the optical mounting substrate has a groove having a different angle θ.

【0020】このような構成とすることにより、光学素
子を溝に搭載するだけで組立てが完了するという光実装
基板の利点があるだけでなく、同一基板上で異なった傾
きの溝を形成することが可能となるため、そこに搭載す
る光学素子間の角度を任意に変えることが可能となり、
ひいてはその光実装基板を用いた光モジュールを設計す
る上での自由度が増す。
With such a configuration, not only is the advantage of the optical mounting substrate that the assembly is completed only by mounting the optical element in the groove, but also grooves having different inclinations are formed on the same substrate. It is possible to arbitrarily change the angle between the optical elements mounted thereon,
As a result, the degree of freedom in designing an optical module using the optical mounting substrate is increased.

【0021】また、絶縁層2の存在は、光実装基板S1
の製造時に第2のシリコン層3の主面を露出させる際、
絶縁層2を第1のシリコン層1を除去する際のストッパ
ー層として用いることにより、第2のシリコン層3の基
板表面からの厚みを維持することができるため、溝7を
精度良く作製することができる。ここで、絶縁層2がな
い場合には、第1のシリコン層1の除去工程において、
第2のシリコン層3まで除去されることとなり、基板表
面からの厚みが変化するので、溝を形成する際に厚みの
変化分だけ高さが下がってしまい、光モジュールとして
の特性を十分に満足させることができない。
The presence of the insulating layer 2 depends on the optical mounting substrate S1.
When exposing the main surface of the second silicon layer 3 during the manufacture of
By using the insulating layer 2 as a stopper layer when removing the first silicon layer 1, the thickness of the second silicon layer 3 from the substrate surface can be maintained. Can be. Here, when there is no insulating layer 2, in the step of removing the first silicon layer 1,
Since the second silicon layer 3 is removed and the thickness from the substrate surface changes, the height is reduced by the change in thickness when forming the groove, and the characteristics as an optical module are sufficiently satisfied. I can't let it.

【0022】さらに絶縁層2の存在は、図1には記載さ
れていない領域で絶縁層2上に電気配線を形成すること
により、別途、基板上に厚い絶縁層を形成すること無し
に、高周波特性に優れた光実装基板を提供することを可
能とする。
Further, the existence of the insulating layer 2 can be achieved by forming electric wiring on the insulating layer 2 in a region not shown in FIG. 1 without forming a thick insulating layer on a substrate separately. It is possible to provide an optical mounting substrate having excellent characteristics.

【0023】図2に示すように、本発明に係る光実装基
板S1及び光モジュールM1は、第1のシリコン層1に
形成された溝8に光ファイバ9が、第2のシリコン層3
に形成された溝10に面発光型または面受光型の光半導
体素子11が搭載されたチップキャリア12(光半導体
装置)がその溝10の形状により位置決めされて搭載さ
れ成る。
As shown in FIG. 2, the optical mounting substrate S1 and the optical module M1 according to the present invention have an optical fiber 9 in a groove 8 formed in the first silicon layer 1 and a second silicon layer 3 in the groove 8.
A chip carrier 12 (optical semiconductor device) having a surface-emitting or surface-receiving optical semiconductor element 11 mounted in a groove 10 formed therein is positioned and mounted according to the shape of the groove 10.

【0024】これにより、所望の光結合が実現される光
実装基板及び送信用光モジュールまたは受信用光モジュ
ールとすることができる。すなわち、光半導体素子への
光ファイバ端面での反射光の影響を極力抑制できること
が可能となり、光モジュールの安定化を図ることができ
る。
Thus, an optical mounting board and a transmitting optical module or a receiving optical module that achieve desired optical coupling can be obtained. That is, it is possible to minimize the influence of the reflected light at the optical fiber end face on the optical semiconductor element, and to stabilize the optical module.

【0025】図3に本発明に係る光実装基板S2及び光
モジュールM2を示す。第2のシリコン層3に形成され
た溝13に光ファイバ14が、第1のシリコン層1に形
成された溝15に端面発光型または端面受光型の光半導
体装置16が溝15により、それぞれ位置決めされて搭
載されることにより、所望の光結合が実現される光実装
基板及び送信用光モジュールまたは受信用光モジュール
とすることができる。
FIG. 3 shows an optical mounting board S2 and an optical module M2 according to the present invention. The optical fiber 14 is positioned in the groove 13 formed in the second silicon layer 3, and the edge emitting or edge receiving type optical semiconductor device 16 is positioned in the groove 15 formed in the first silicon layer 1 by the groove 15. By being mounted and mounted, an optical mounting board and a transmitting optical module or a receiving optical module that realize desired optical coupling can be obtained.

【0026】このような構成とすることにより、図2に
示す光実装基板S1及び光モジュールM1と同様の効果
を得ることができる。また、異方性エッチングにより溝
15の幅と深さを精密に制御することにより、光半導体
装置16をその溝に嵌め合わせるだけで、その実装を簡
便かつ正確に行うことができる。
With such a configuration, the same effects as those of the optical mounting board S1 and the optical module M1 shown in FIG. 2 can be obtained. Also, by precisely controlling the width and depth of the groove 15 by anisotropic etching, the mounting can be performed simply and accurately simply by fitting the optical semiconductor device 16 into the groove.

【0027】さらに、その深さを第1のシリコン層1の
厚みと等しくしておけば、異方性エッチングで形成する
際の溝15の深さ方向へのエッチング制御を考慮しなく
て済むようになり、より簡便に光実装基板が作製可能と
なる。
Furthermore, if the depth is made equal to the thickness of the first silicon layer 1, it is not necessary to consider the etching control in the depth direction of the groove 15 when forming by the anisotropic etching. Thus, the optical mounting substrate can be manufactured more easily.

【0028】図4に本発明に係る光実装基板S3に光ア
イソレータ22等を実装した光モジュールM3の実施形
態を示す。第1のシリコン層1に形成された1組の溝1
7,18が、第2のシリコン層3に形成された溝19を
両側から挟み込むような構造を持ち、2つの溝17,1
8に光ファイバ20,21が、溝19に光アイソレータ
22が溝19によりそれぞれ位置決めされて搭載され
る。
FIG. 4 shows an embodiment of the optical module M3 in which the optical isolator 22 and the like are mounted on the optical mounting board S3 according to the present invention. A set of grooves 1 formed in the first silicon layer 1
7 and 18 have a structure in which a groove 19 formed in the second silicon layer 3 is sandwiched from both sides, and two grooves 17 and 1 are provided.
The optical fibers 20 and 21 are mounted on the groove 8, and the optical isolator 22 is positioned on the groove 19 with the groove 19.

【0029】このような構成により、光アイソレータに
余計な斜めの加工を施すことなく、光モジュールに組み
込むことが可能となる。
With this configuration, it is possible to incorporate the optical isolator into the optical module without performing unnecessary slant processing.

【0030】図5に本発明に係る光実装基板S4に光ア
イソレータ32等を実装した光モジュールM4を示す。
第1のシリコン層1に形成された1組の溝23,24と
第2のシリコン層3に形成された1組の溝25,26
と、それにはさまれた溝27からなり、溝23,24に
は光ファイバ28,29が溝25,26にはボールレン
ズ30,31、溝27には光アイソレータ32が溝27
により、それぞれ位置決めされて搭載される。
FIG. 5 shows an optical module M4 in which the optical isolator 32 and the like are mounted on the optical mounting board S4 according to the present invention.
A pair of grooves 23 and 24 formed in the first silicon layer 1 and a pair of grooves 25 and 26 formed in the second silicon layer 3
And optical fibers 28 and 29 in grooves 23 and 24, ball lenses 30 and 31 in grooves 25 and 26, and an optical isolator 32 in groove 27.
, And are positioned and mounted.

【0031】このような構成によれば、図4の光モジュ
ールM3と同様の効果を得ることができるとともに、ボ
ールレンズを用いることにより、より結合効率の優れた
光モジュールとすることができる。
According to such a configuration, the same effect as that of the optical module M3 in FIG. 4 can be obtained, and an optical module having more excellent coupling efficiency can be obtained by using a ball lens.

【0032】なお、図2,3,4及び5について第1の
シリコン層1に形成された溝に対し、第2のシリコン層
3の形成された溝の傾きθは設計により、10°以下の
範囲で設定されることが一般的である。
The inclination .theta. Of the groove formed in the second silicon layer 3 with respect to the groove formed in the first silicon layer 1 in FIGS. It is common to set in a range.

【0033】図6に本発明に係る光実装基板S5に波長
フィルタ38等を実装した実施形態を示す。
FIG. 6 shows an embodiment in which the wavelength filter 38 and the like are mounted on the optical mounting substrate S5 according to the present invention.

【0034】第1のシリコン層1上に第2のシリコン層
3とは電気的に絶縁された状態で搭載された発光素子3
3及び受光素子34が搭載され、発光素子33から出射
された光が第2のシリコン層3上に形成された溝35に
搭載されたボールレンズ36にて集光され、さらに第2
のシリコン層3に形成された溝37に搭載されたフィル
タ38を透過させることにより、第1のシリコン層1に
形成された溝39に搭載された光ファイバ40に結合す
る。また、光ファイバ40から入射され光が溝37に搭
載されたフィルタ38を反射することにより、第2のシ
リコン層3上に形成された溝41に搭載されたボールレ
ンズ42により集光され、受光素子34に光結合され
る。
Light emitting element 3 mounted on first silicon layer 1 while being electrically insulated from second silicon layer 3
3 and a light receiving element 34 are mounted, and light emitted from the light emitting element 33 is collected by a ball lens 36 mounted in a groove 35 formed on the second silicon layer 3,
By transmitting the light through a filter 38 mounted in a groove 37 formed in the silicon layer 3, the light is coupled to an optical fiber 40 mounted in a groove 39 formed in the first silicon layer 1. Further, the light incident from the optical fiber 40 is reflected by the filter 38 mounted on the groove 37, so that the light is condensed by the ball lens 42 mounted on the groove 41 formed on the second silicon layer 3, and the light is received. Optically coupled to element 34.

【0035】ここで、図6において、発光素子33と受
光素子34との配置を入れ替えて、発光素子33から出
射された光が第2のシリコン層3上に形成された溝41
に搭載されたボールレンズ42にて集光され、さらに第
2のシリコン層3に形成された溝37に搭載されたフィ
ルタ38を反射することにより第1のシリコン層1に形
成された溝39に搭載された光ファイバ40に結合する
ようにしてもよい。また、光ファイバ40から入射した
光が溝37に搭載されたフィルタ38を透過することに
より、第2のシリコン基板上に形成された溝35に搭載
されたボールレンズ36により集光され、受光素子34
に光結合させるようにしてもよい。
Here, in FIG. 6, the arrangement of the light emitting element 33 and the light receiving element 34 is switched so that the light emitted from the light emitting element 33 is formed in the groove 41 formed on the second silicon layer 3.
The light is condensed by a ball lens 42 mounted on the second silicon layer 3, and further reflected by a filter 38 mounted on a groove 37 formed on the second silicon layer 3 to form a groove 39 formed on the first silicon layer 1. You may make it couple | bond with the optical fiber 40 mounted. The light incident from the optical fiber 40 passes through the filter 38 mounted on the groove 37, and is condensed by the ball lens 36 mounted on the groove 35 formed on the second silicon substrate. 34
May be optically coupled.

【0036】図6に示すような構成にすることにより、
光結合をさせたい光半導体装置(33,34)や光ファ
イバ40と、これらの光学素子と比較して大きな光学素
子であるボールレンズ36,42やフィルタ38を別々
のシリコン層に実装できるため、光路確保用の溝などを
基板側にあらかじめ作製しておく必要がなく、また光学
素子での反射光の影響を抑制する設計も可能となるた
め、単純な構造の光実装基板で高効率かつ高機能な光モ
ジュールを提供することが可能となる。
With the configuration shown in FIG. 6,
Since the optical semiconductor devices (33, 34) and the optical fiber 40 to be optically coupled and the ball lenses 36, 42 and the filter 38, which are optical elements larger than these optical elements, can be mounted on separate silicon layers, It is not necessary to prepare grooves for securing the optical path on the substrate side in advance, and it is possible to design to suppress the influence of the reflected light from the optical element. It is possible to provide a functional optical module.

【0037】なお、図6において、第1のシリコン層に
形成された溝に対し、第2のシリコン層に形成された溝
の角度θは約45°程度に設定される。
In FIG. 6, the angle θ of the groove formed in the second silicon layer with respect to the groove formed in the first silicon layer is set to about 45 °.

【0038】図7,8に本発明の光実装基板の製造方法
を模式的な平面図,断面図にて示す。まず、図7
(a),(b)に示すように、最もV溝が好適かつ迅速
に形成可能な(100)面を主面とする第1のシリコン
基板(第1の単結晶基板)43と、図7(c),(d)
に示すように、同じく(100)面を主面とする第2の
シリコン基板(第2の単結晶基板)44とを、片方また
は両方に形成した絶縁層47を介して接合する。その
際、第1のシリコン基板43の<110>方位45と第
2のシリコン基板44の<110>方位46を所望の角
度θに設定しずらして接合する。このときの接合は熱や
荷重の付加、接合界面に接着剤を介在させる等により行
う。
FIGS. 7 and 8 are schematic plan views and cross-sectional views illustrating a method of manufacturing an optical mounting substrate according to the present invention. First, FIG.
As shown in FIGS. 7A and 7B, a first silicon substrate (first single crystal substrate) 43 having a (100) plane as a main surface where a V-groove can be formed most suitably and quickly, and FIG. (C), (d)
As shown in (1), a second silicon substrate (second single crystal substrate) 44 also having a (100) plane as a main surface is bonded via an insulating layer 47 formed on one or both sides. At this time, the <110> direction 45 of the first silicon substrate 43 and the <110> direction 46 of the second silicon substrate 44 are set at a desired angle θ and bonded. The bonding at this time is performed by applying heat or a load, interposing an adhesive at the bonding interface, or the like.

【0039】次に、第1のシリコン基板43を所望の厚
みまで第2のシリコン基板44との接合面と反対の面か
ら研磨することにより調整し、ともに(100)面の面
方位をもちながら、図7(e),(f),(g),
(h)に示すように、<110>方位が異なる第1のシ
リコン層48と第2のシリコン層50が絶縁層47にて
接合された基板52を作製する。
Next, the first silicon substrate 43 is adjusted to a desired thickness by polishing it from the surface opposite to the bonding surface with the second silicon substrate 44, and the first silicon substrate 43 has the (100) plane orientation. 7 (e), (f), (g),
As shown in (h), a substrate 52 in which a first silicon layer 48 and a second silicon layer 50 having different <110> directions are joined by an insulating layer 47 is manufactured.

【0040】そして、図8(a1),(a2)に示すよ
うに、第1のシリコン層上に形成される溝を溝形成マス
クパターン53の形成後、図8(b1),(b2)に示
すように、KOH水溶液やTMAH水溶液などのアルカ
リ水溶液を用いた異方性エッチングにより第1のシリコ
ン層上に溝49を作製する。
Then, as shown in FIGS. 8 (a1) and 8 (a2), after the grooves formed on the first silicon layer are formed with the groove forming mask pattern 53, as shown in FIGS. 8 (b1) and 8 (b2). As shown, a groove 49 is formed on the first silicon layer by anisotropic etching using an alkaline aqueous solution such as a KOH aqueous solution or a TMAH aqueous solution.

【0041】次に、図8(c1),(c2)に示すよう
に、第1の溝形成マスクパターン53を除去後、第2の
シリコン層50を露出させる工程を経て、図8(d
1),(d2)に示すように、溝形成マスクパターン5
4の形成後、第2のシリコン層50に溝51を溝49と
同様の方法にて形成し、図8(e1),(e2)に示す
ように、第2の溝形成マスクパターン54を除去するこ
とにより光実装基板が製造される。
Next, as shown in FIGS. 8C1 and 8C2, after removing the first groove forming mask pattern 53, a step of exposing the second silicon layer 50 is performed.
1) and (d2), the groove forming mask pattern 5
After the formation of the groove 4, a groove 51 is formed in the second silicon layer 50 in the same manner as the groove 49, and as shown in FIGS. 8 (e1) and 8 (e2), the second groove forming mask pattern 54 is removed. By doing so, an optical mounting substrate is manufactured.

【0042】この工程においては、はじめに基板52を
作製することにより、以降の溝作製のプロセスがウエハ
プロセスとして取扱うことができるため、非常に作製が
容易となるという利点がある。また、絶縁層47の存在
は上述したように第2のシリコン層50を露出させる際
のストッパー層として利用でき、第2のシリコン層50
の基板表面からの厚みを維持でき、精度の良い溝51を
形成できる。
In this step, by preparing the substrate 52 first, since the subsequent groove forming process can be handled as a wafer process, there is an advantage that the manufacturing is very easy. Further, the existence of the insulating layer 47 can be used as a stopper layer for exposing the second silicon layer 50 as described above, and the second silicon layer 50
The thickness from the substrate surface can be maintained, and the groove 51 with high accuracy can be formed.

【0043】なお、実施の形態では基板の単結晶材料と
して単結晶シリコンを例にとり説明したが、これに限定
されるものではなく、異方性エッチングが可能な材料で
あれば各種の半導体や絶縁体を使用することが可能であ
り、その他の構成についても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。
Although the embodiment has been described by taking single-crystal silicon as an example of the single-crystal material of the substrate, the present invention is not limited to this. A body can be used, and other configurations can be appropriately modified and implemented without departing from the gist of the present invention.

【0044】[0044]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光実装基
板によれば、種々の光学素子を同一基板上に実装するこ
とにより光モジュールを実現する際に、光学素子に事前
の角度調整用の工夫、すなわち入射面の斜め加工などの
処理を必要とすることがなく、基板側で光の結合効率を
上げ、種々の光学素子を集積可能とするために角度の異
なる溝をもつ光実装基板を提供し、それにより高機能化
された光モジュールを提供することが可能となる。
As described above, according to the optical mounting substrate of the present invention, when an optical module is realized by mounting various optical elements on the same substrate, the optical elements are required to have an angle adjustment in advance. Optical mounting substrate with grooves with different angles to increase the light coupling efficiency on the substrate side and enable integration of various optical elements without the need for contrivance, that is, processing such as oblique processing of the incident surface is required. , Thereby providing a highly functionalized optical module.

【0045】本発明の光モジュールによれば、光素子へ
の反射の影響を極力抑制することができ、溝の幅と深さ
を精密に制御し、光学素子をその溝に嵌め合わせること
によって、精度のよい実装を実現することができる。さ
らに、溝の深さを上部溝形成層の厚みと等しくしておく
ことにより、異方性エッチングで形成する際の溝の深さ
方向へのエッチング制御を考慮しなくて済むようにな
り、精度のよい溝形成がより簡単に実現できる。
According to the optical module of the present invention, the influence of reflection on the optical element can be suppressed as much as possible, and the width and depth of the groove are precisely controlled, and the optical element is fitted into the groove. Accurate mounting can be realized. Furthermore, by making the depth of the groove equal to the thickness of the upper groove forming layer, it is not necessary to consider the control of etching in the depth direction of the groove when forming by anisotropic etching, and the accuracy can be reduced. Good groove formation can be realized more easily.

【0046】本発明の光実装基板の製造方法によれば、
溝作製プロセスがウエハプロセスとして取扱うことがで
きるため、非常に製造が容易となり、また耐エッチング
層の存在により下部溝形成層を露出させる際、耐エッチ
ング層が上部溝形成層を除去する際のストッパー層とし
ての役目を果たすこととなり、下部溝形成層の表面から
の厚みを維持することができるため、精度のよい溝加工
が可能となる。
According to the method for manufacturing an optical mounting substrate of the present invention,
Since the groove manufacturing process can be treated as a wafer process, the manufacturing is very easy, and the stopper when the etching resistant layer removes the upper groove forming layer when exposing the lower groove forming layer due to the presence of the etching resistant layer. Since the layer functions as a layer, and the thickness from the surface of the lower groove forming layer can be maintained, accurate groove processing can be performed.

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

【図1】本発明に係る光実装基板の実施形態を模式的に
説明するための図であり、(a)は斜視図、(b)は平
面図である。
FIG. 1 is a diagram for schematically explaining an embodiment of an optical mounting board according to the present invention, wherein (a) is a perspective view and (b) is a plan view.

【図2】本発明に係る光実装基板及び光モジュールの実
施形態を模式的に説明するための図であり、(a)は斜
視図、(b)は平面図である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams schematically illustrating an embodiment of an optical mounting board and an optical module according to the present invention, wherein FIG. 2A is a perspective view and FIG. 2B is a plan view.

【図3】本発明に係る光実装基板及び光モジュールの実
施形態を模式的に説明するための図であり、(a)は斜
視図、(b)は平面図である。
3A and 3B are diagrams schematically illustrating an embodiment of an optical mounting board and an optical module according to the present invention, wherein FIG. 3A is a perspective view and FIG. 3B is a plan view.

【図4】本発明に係る光実装基板及び光モジュールの実
施形態を模式的に説明するための図であり、(a)は斜
視図、(b)は平面図である。
FIGS. 4A and 4B are diagrams schematically illustrating an embodiment of an optical mounting board and an optical module according to the present invention, wherein FIG. 4A is a perspective view and FIG. 4B is a plan view.

【図5】本発明に係る光実装基板及び光モジュールの実
施形態を模式的に説明するための図であり、(a)は斜
視図、(b)は平面図である。
5A and 5B are diagrams schematically illustrating an embodiment of an optical mounting board and an optical module according to the present invention, wherein FIG. 5A is a perspective view and FIG. 5B is a plan view.

【図6】本発明に係る光実装基板及び光モジュールの実
施形態を模式的に説明するための図であり、(a)は斜
視図、(b)は平面図である。
6A and 6B are diagrams for schematically explaining an embodiment of an optical mounting board and an optical module according to the present invention, wherein FIG. 6A is a perspective view and FIG. 6B is a plan view.

【図7】本発明に係る光実装基板の製造方法の実施形態
を模式的に説明するための図であり、(a)は断面図、
(b)は(a)の平面図、(c)は断面図、(d)は
(c)の平面図、(e)は断面図、(f)は(e)の平
面図、(g)は断面図、(h)は(g)の平面図であ
る。
FIGS. 7A and 7B are diagrams schematically illustrating an embodiment of a method for manufacturing an optical mounting board according to the present invention, wherein FIG.
(B) is a plan view of (a), (c) is a cross-sectional view, (d) is a plan view of (c), (e) is a cross-sectional view, (f) is a plan view of (e), (g) Is a sectional view, and (h) is a plan view of (g).

【図8】本発明に係る光実装基板の製造方法の実施形態
を模式的に説明するための図であり、(a1)は端面
図、(a2)は(a1)の平面図、(b1)は端面図、
(b2)は(b1)の平面図、(c1)は端面図、(c
2)は(c1)の平面図、(d1)は端面図、(d2)
は(d1)の平面図、(e1)は端面図、(e2)は
(e1)の平面図である。
8A and 8B are diagrams for schematically explaining an embodiment of a method for manufacturing an optical mounting board according to the present invention, wherein FIG. 8A is an end view, FIG. 8A is a plan view of FIG. 8A, and FIG. Is an end view,
(B2) is a plan view of (b1), (c1) is an end view, (c)
2) is a plan view of (c1), (d1) is an end view, (d2)
Is a plan view of (d1), (e1) is an end view, and (e2) is a plan view of (e1).

【図9】従来の光モジュールの一例を模式的に説明する
ための平面図である。
FIG. 9 is a plan view schematically illustrating an example of a conventional optical module.

【図10】従来の光アイソレータを搭載した光モジュー
ルの一例を模式的に説明するための平面図である。
FIG. 10 is a plan view schematically illustrating an example of an optical module equipped with a conventional optical isolator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:第1のシリコン層(上部溝形成層) 2:絶縁層(耐エッチング層) 3:第2のシリコン層(下部溝形成層) 4:第1のシリコン層の<110>方位 5:第2のシリコン層の<110>方位 6、8、15、17,18、23、24、39、49:
第1のシリコン層に形成された溝 7、10、13、19、25,26,27、35、3
7、41、51:第2のシリコン層に形成された溝 9、14、20、21、28、29、40:光ファイバ 11:面発光型または面受光型の光半導体素子 12:チップキャリア 16:端面発光型または端面受光型の光半導体素子 22、32:光アイソレータ 30、31、36、42:ボールレンズ 38・・・フィルタ 43:第1のシリコン基板(第1の単結晶基板) 44:第2のシリコン基板(第2の単結晶基板) 52:基板 53:第1の溝形成マスクパターン 54:第2の溝形成マスクパターン S1〜S5:光実装基板 M1〜M5:光モジュール
1: first silicon layer (upper groove forming layer) 2: insulating layer (etching-resistant layer) 3: second silicon layer (lower groove forming layer) 4: <110> orientation of first silicon layer 5: first <110> orientation of the silicon layer of No. 6, 8, 15, 17, 18, 23, 24, 39, 49:
Grooves 7, 10, 13, 19, 25, 26, 27, 35, 3 formed in first silicon layer
7, 41, 51: grooves formed in the second silicon layer 9, 14, 20, 21, 28, 29, 40: optical fiber 11: surface-emitting or surface-receiving optical semiconductor element 12: chip carrier 16 : Edge-emitting or edge-receiving optical semiconductor element 22, 32: Optical isolator 30, 31, 36, 42: Ball lens 38... Filter 43: First silicon substrate (first single crystal substrate) 44: Second silicon substrate (second single crystal substrate) 52: Substrate 53: First groove forming mask pattern 54: Second groove forming mask pattern S1 to S5: Optical mounting substrate M1 to M5: Optical module

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単結晶材料から成る基板の主面に、異
方性エッチングにより形成した複数の溝を形成し、これ
ら各溝に光学素子を配設するようにした光実装基板であ
って、前記基板の主面は、配設させる光学素子の光軸方
向に平行な結晶方位が異なる複数の溝形成領域を備えて
いることを特徴とする光実装基板。
An optical mounting substrate comprising: a plurality of grooves formed by anisotropic etching on a main surface of a substrate made of a single crystal material; and an optical element disposed in each of the grooves. An optical mounting substrate, wherein a main surface of the substrate includes a plurality of groove forming regions having different crystal orientations parallel to an optical axis direction of an optical element to be provided.
【請求項2】 前記複数の溝形成領域は、下部溝形成
層と、該下部溝形成層の一部を露出させた状態で積層さ
せた上部溝形成層とを備えていることを特徴とする請求
項1に記載の光実装基板。
2. The method according to claim 1, wherein the plurality of groove forming regions include a lower groove forming layer and an upper groove forming layer laminated with a part of the lower groove forming layer exposed. The optical mounting substrate according to claim 1.
【請求項3】 前記基板の主面が単結晶シリコンから
成ることを特徴とする請求項1乃至2に記載の光実装基
板。
3. The optical mounting substrate according to claim 1, wherein a main surface of the substrate is made of single crystal silicon.
【請求項4】 前記基板の主面が(100)面であ
り、且つ配設させる光学素子の光軸方向が<110>方
向に平行であることを特徴とする請求項3に記載の光実
装基板。
4. The optical mounting according to claim 3, wherein the main surface of the substrate is a (100) plane, and an optical axis direction of an optical element to be disposed is parallel to a <110> direction. substrate.
【請求項5】 接合した2つの単結晶基板に複数の溝
を形成し、各溝に光学素子を配設するようにした光実装
基板の製造方法であって、第1の単結晶基板と、該第1
の単結晶基板と同一の面方位を主面とする第2の単結晶
基板とを、間に耐エッチング層を介在させて主面どうし
を設定角度ずらした状態で接合する工程と、前記第1の
単結晶基板に異方性エッチングで溝を形成する工程と、
前記第1の単結晶基板及び前記耐エッチング層の一部を
除去して前記第2の単結晶基板を露出させる工程と、該
第2の単結晶基板の露出面に異方性エッチングで溝を形
成する工程と、を含むことを特徴とする光実装基板の製
造方法。
5. A method for manufacturing an optical mounting substrate, wherein a plurality of grooves are formed in two bonded single-crystal substrates, and an optical element is provided in each of the grooves. The first
Bonding a single crystal substrate and a second single crystal substrate having the same plane orientation as a main surface thereof with an etching-resistant layer interposed therebetween with the main surfaces shifted from each other at a set angle; Forming a groove in the single crystal substrate by anisotropic etching,
Removing the first single-crystal substrate and part of the etching-resistant layer to expose the second single-crystal substrate; and forming a groove in the exposed surface of the second single-crystal substrate by anisotropic etching. Forming an optical mounting substrate.
【請求項6】 請求項2に記載の光実装基板におい
て、前記上部溝形成層に形成された溝に光ファイバが配
設され、前記下部溝形成層に形成された溝に前記光ファ
イバに光接続させる面発光型または面受光型の光半導体
装置が配設されていることを特徴とする光モジュール。
6. The optical mounting board according to claim 2, wherein an optical fiber is provided in a groove formed in said upper groove forming layer, and an optical fiber is provided in said groove formed in said lower groove forming layer. An optical module comprising a surface-emitting or surface-receiving optical semiconductor device to be connected.
【請求項7】 請求項2に記載の光実装基板におい
て、前記下部溝形成層に形成された溝に光ファイバが配
設され、前記上部溝形成層に形成された溝に前記光ファ
イバに光接続させる端面発光型または端面受光型の光半
導体装置が配設されていることを特徴とする光モジュー
ル。
7. The optical mounting board according to claim 2, wherein an optical fiber is provided in a groove formed in the lower groove forming layer, and an optical fiber is provided in the groove formed in the upper groove forming layer. An optical module comprising an edge-emitting or edge-receiving optical semiconductor device to be connected.
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