JP2003131088A - 光路変換体及びその製造方法並びにそれを用いた光モジュール - Google Patents
光路変換体及びその製造方法並びにそれを用いた光モジュールInfo
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- JP2003131088A JP2003131088A JP2001332133A JP2001332133A JP2003131088A JP 2003131088 A JP2003131088 A JP 2003131088A JP 2001332133 A JP2001332133 A JP 2001332133A JP 2001332133 A JP2001332133 A JP 2001332133A JP 2003131088 A JP2003131088 A JP 2003131088A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光反射面または素子配設面として平坦性の優
れた面を備えた光路変換体を容易にかつ迅速に提供で
き、さらに、面発光素子と光伝送体との光接続を高効率
にできる信頼性の高い光モジュールを提供すること。 【解決手段】 高低差のある低位置面１ａ及び高位置面
を形成した基板１の低位置面１ａに、面発光素子３、及
び面発光素子３の出射光Ｌ１を反射させる光路変換体２
をそれぞれ配設し、高位置面に形成され断面がＶ字状を
成す搭載用溝１ｂに、光路変換体２からの反射光Ｌ２を
先端４ａに入射させる光ファイバやその他の光導波路体
から成る光伝送体４を配設している光モジュールＭ１と
した。
れた面を備えた光路変換体を容易にかつ迅速に提供で
き、さらに、面発光素子と光伝送体との光接続を高効率
にできる信頼性の高い光モジュールを提供すること。 【解決手段】 高低差のある低位置面１ａ及び高位置面
を形成した基板１の低位置面１ａに、面発光素子３、及
び面発光素子３の出射光Ｌ１を反射させる光路変換体２
をそれぞれ配設し、高位置面に形成され断面がＶ字状を
成す搭載用溝１ｂに、光路変換体２からの反射光Ｌ２を
先端４ａに入射させる光ファイバやその他の光導波路体
から成る光伝送体４を配設している光モジュールＭ１と
した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信及び光情報
通信分野等において使用される光路変換体、及びその製
造方法、並びにそれを用いた光モジュールに関する。
通信分野等において使用される光路変換体、及びその製
造方法、並びにそれを用いた光モジュールに関する。
【０００２】
【発明の背景】表面実装型の光伝送モジュールにおい
て、動作電流や温度特性に優れた面発光レーザー（Ｖｅ
ｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉ
ｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ、以下、ＶＣＳＥＬともいう）
の出射光を、所定形状の基体の反射面により光路を変え
て、光ファイバ等の光素子に光学的接続を容易に行わせ
ることが可能である。また、基体の反射面となる面に受
光素子を搭載することで、ＶＣＳＥＬの出力監視が容易
になる。
て、動作電流や温度特性に優れた面発光レーザー（Ｖｅ
ｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉ
ｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ、以下、ＶＣＳＥＬともいう）
の出射光を、所定形状の基体の反射面により光路を変え
て、光ファイバ等の光素子に光学的接続を容易に行わせ
ることが可能である。また、基体の反射面となる面に受
光素子を搭載することで、ＶＣＳＥＬの出力監視が容易
になる。
【０００３】ところで、上述の光路変換体を、光伝送モ
ジュールの基板として好適に用いられる単結晶シリコン
で形成する場合、光路変換体の反射面は基板の異方性エ
ッチングで形成することにより、高精度に平坦な反斜面
を作製できる。
ジュールの基板として好適に用いられる単結晶シリコン
で形成する場合、光路変換体の反射面は基板の異方性エ
ッチングで形成することにより、高精度に平坦な反斜面
を作製できる。
【０００４】しかし、基板を異方性エッチングにより高
精度に平坦な反斜面を作製するには、不純物の少ない基
板を選択しなければならず、そのための製法が限定され
しかもコスト高となる。すなわち、例えばＦＺ（フロー
ティング・ゾーン）法によって製作された、コストの高
いシリコン基板が選ばれる。これは、例えばＣＺ（チョ
コラルスキー）法などの比較的安価な手法によって製作
されたシリコン基板は、製法プロセス上、不純物が混入
し、結晶中に欠陥を作りやすいためである。このような
欠陥は異方性エッチングの際に、エッチング面にピット
を形成し、平坦な反斜面が作製できない。
精度に平坦な反斜面を作製するには、不純物の少ない基
板を選択しなければならず、そのための製法が限定され
しかもコスト高となる。すなわち、例えばＦＺ（フロー
ティング・ゾーン）法によって製作された、コストの高
いシリコン基板が選ばれる。これは、例えばＣＺ（チョ
コラルスキー）法などの比較的安価な手法によって製作
されたシリコン基板は、製法プロセス上、不純物が混入
し、結晶中に欠陥を作りやすいためである。このような
欠陥は異方性エッチングの際に、エッチング面にピット
を形成し、平坦な反斜面が作製できない。
【０００５】また、上記ＦＺ法で製作されたシリコン基
板を用いた場合でも、高精度に平坦な反斜面を作製する
には、エッチング条件を最適化しなければならず、この
ような最適化は容易ではない。
板を用いた場合でも、高精度に平坦な反斜面を作製する
には、エッチング条件を最適化しなければならず、この
ような最適化は容易ではない。
【０００６】また、受光素子のような光半導体素子を上
記のような光路変換体を利用して搭載する場合、異方性
エッチングで形成された面に搭載することになり、この
面は基板表面に対し傾斜しているので、多数の光半導体
素子を精度良く搭載するのが困難であるという問題が生
じる。
記のような光路変換体を利用して搭載する場合、異方性
エッチングで形成された面に搭載することになり、この
面は基板表面に対し傾斜しているので、多数の光半導体
素子を精度良く搭載するのが困難であるという問題が生
じる。
【０００７】さらに、光路変換体の実装基板への搭載時
に、光路変換体を実装基板へ加圧・密着させることにな
るため、光路変換体のエッジ部で、受光素子に接続する
電極配線が断線する恐れがあるという問題があった。
に、光路変換体を実装基板へ加圧・密着させることにな
るため、光路変換体のエッジ部で、受光素子に接続する
電極配線が断線する恐れがあるという問題があった。
【０００８】そこで本発明では、上述の問題を解消し、
光反射面または素子配設面として平坦性の優れた面を備
えた光路変換体を容易にかつ迅速に提供でき、さらに、
面発光素子と光伝送体との光接続を高効率にできる、信
頼性の高い光モジュールを提供することを目的とする。
光反射面または素子配設面として平坦性の優れた面を備
えた光路変換体を容易にかつ迅速に提供でき、さらに、
面発光素子と光伝送体との光接続を高効率にできる、信
頼性の高い光モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光路変換体は、柱状をなす本体の上下面が
異方性エッチングで形成されているとともに、側面の非
エッチング部が入射光を所定方向へ光路変換させるため
の光反射面または光半導体素子を設ける素子配設面であ
ることを特徴とする。
に、本発明の光路変換体は、柱状をなす本体の上下面が
異方性エッチングで形成されているとともに、側面の非
エッチング部が入射光を所定方向へ光路変換させるため
の光反射面または光半導体素子を設ける素子配設面であ
ることを特徴とする。
【００１０】また特に、前記本体が単結晶シリコンから
成るとともに、前記上下面が（１１１）面またはその等
価な面であり、かつ前記光反射面または素子配設面が
（１００）面から［１１０］方向へ４．７°〜１４．７
°傾斜させた面またはその等価な面であることを特徴と
する。
成るとともに、前記上下面が（１１１）面またはその等
価な面であり、かつ前記光反射面または素子配設面が
（１００）面から［１１０］方向へ４．７°〜１４．７
°傾斜させた面またはその等価な面であることを特徴と
する。
【００１１】また特に、前記光反射面は入射光に対して
９０°の角度で光路変換させるように形成されているこ
とを特徴とする。
９０°の角度で光路変換させるように形成されているこ
とを特徴とする。
【００１２】また特に、前記素子配設面に受光素子が配
設されていることを特徴とする。
設されていることを特徴とする。
【００１３】また特に、前記本体の下面と素子配設面と
の間に、オーミックコンタクト用の不純物拡散領域が形
成されていることを特徴とする。
の間に、オーミックコンタクト用の不純物拡散領域が形
成されていることを特徴とする。
【００１４】また本発明の光路変換体の製造方法は、単
結晶ウエハの両主面に対し異方性エッチングを施すこと
により、前記両主面上に交互に位置するＶ溝を複数条に
形成するとともに、前記Ｖ溝の両側に形成され断面が平
行四辺形状で厚みが交互に異なる柱状部を形成する工程
と、厚みの小さい方の柱状部を除去することにより、厚
みの大きい方の柱状部を分離する工程とを含み、柱状を
なす本体の非エッチング面の一部を入射光を所定方向へ
光路変換させるための光反射面または光半導体素子を設
ける素子配設面としたことを特徴とする。
結晶ウエハの両主面に対し異方性エッチングを施すこと
により、前記両主面上に交互に位置するＶ溝を複数条に
形成するとともに、前記Ｖ溝の両側に形成され断面が平
行四辺形状で厚みが交互に異なる柱状部を形成する工程
と、厚みの小さい方の柱状部を除去することにより、厚
みの大きい方の柱状部を分離する工程とを含み、柱状を
なす本体の非エッチング面の一部を入射光を所定方向へ
光路変換させるための光反射面または光半導体素子を設
ける素子配設面としたことを特徴とする。
【００１５】また本発明の光モジュールは、高低差のあ
る低位置面及び高位置面を形成した基板の低位置面に面
発光素子及び該面発光素子の出射光を反射させる光路変
換体を配設するとともに、前記高位置面に前記光路変換
体からの反射光を入射させる光伝送体を配設したことを
特徴とする。
る低位置面及び高位置面を形成した基板の低位置面に面
発光素子及び該面発光素子の出射光を反射させる光路変
換体を配設するとともに、前記高位置面に前記光路変換
体からの反射光を入射させる光伝送体を配設したことを
特徴とする。
【００１６】また特に、前記光路変換体に受光素子を配
設し、該受光素子により、前記面発光素子の出射光を受
光させるとともに、該出射光の一部を反射させ前記光伝
送体へ入射させるようにしたことを特徴とする。
設し、該受光素子により、前記面発光素子の出射光を受
光させるとともに、該出射光の一部を反射させ前記光伝
送体へ入射させるようにしたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る実施形態の
例について模式的に示した図面に基づき詳細に説明す
る。
例について模式的に示した図面に基づき詳細に説明す
る。
【００１８】図１に本発明の光モジュールＭ１の断面図
を示す。
を示す。
【００１９】光モジュールＭ１は、高低差のある低位置
面１ａ及び高位置面を形成した基板１の低位置面１ａ
に、面発光素子３、及び面発光素子３の出射光Ｌ１を反
射させる光路変換体２をそれぞれ配設し、高位置面に形
成され光軸に直交する断面形状がＶ字状を成す搭載用溝
１ｂに、光路変換体２からの反射光Ｌ２を先端４ａに入
射させる光ファイバやその他の光導波路体から成る光伝
送体４を配設している。
面１ａ及び高位置面を形成した基板１の低位置面１ａ
に、面発光素子３、及び面発光素子３の出射光Ｌ１を反
射させる光路変換体２をそれぞれ配設し、高位置面に形
成され光軸に直交する断面形状がＶ字状を成す搭載用溝
１ｂに、光路変換体２からの反射光Ｌ２を先端４ａに入
射させる光ファイバやその他の光導波路体から成る光伝
送体４を配設している。
【００２０】ここで、光路変換体２は異方性エッチング
が可能な材料から成り柱状である。そして、この本体の
上下面２ａ，２ｂがアルカリ水溶液等を用いた異方性エ
ッチングで形成されている。また、側面の非エッチング
部である傾斜面２ｃが、面発光素子３からの入射光Ｌ１
を所定方向へ光路変換させるための光反射面または受光
素子等の光半導体素子を配設するための素子配設面とし
ている。
が可能な材料から成り柱状である。そして、この本体の
上下面２ａ，２ｂがアルカリ水溶液等を用いた異方性エ
ッチングで形成されている。また、側面の非エッチング
部である傾斜面２ｃが、面発光素子３からの入射光Ｌ１
を所定方向へ光路変換させるための光反射面または受光
素子等の光半導体素子を配設するための素子配設面とし
ている。
【００２１】この光路変換体２において、特に本体が単
結晶シリコンから成り、異方性エッチングを施す上下面
２ａ，２ｂが（１１１）面またはその等価な面であり、
かつ光反射面または素子配設面が、（１００）面から
［１１０］方向へ４．７°〜１４．７°（最適には９．
７°）傾斜させた面またはその等価な面であると、面発
光素子３からのほぼ垂直な出射光を、光路変換体２の傾
斜面２ｃでほぼ９０°角度で光路変換させて（略水平方
向へ）水平に配設された光伝送体４へ入射させることが
でき、効率よく光接続できる。このように、光反射面は
入射光に対して９０°の角度で光路変換させるように形
成されているとよい。
結晶シリコンから成り、異方性エッチングを施す上下面
２ａ，２ｂが（１１１）面またはその等価な面であり、
かつ光反射面または素子配設面が、（１００）面から
［１１０］方向へ４．７°〜１４．７°（最適には９．
７°）傾斜させた面またはその等価な面であると、面発
光素子３からのほぼ垂直な出射光を、光路変換体２の傾
斜面２ｃでほぼ９０°角度で光路変換させて（略水平方
向へ）水平に配設された光伝送体４へ入射させることが
でき、効率よく光接続できる。このように、光反射面は
入射光に対して９０°の角度で光路変換させるように形
成されているとよい。
【００２２】光路変換体２は、以下のようにして製造さ
れる。
れる。
【００２３】まず、図２に平面図、図３に図２のＡ−
Ａ’線断面図にて示すように、単結晶ウエハＷの両主面
１０，１３に対し、所定のフォトレジスト１１の形成面
を保護し、露出面に対しアルカリ水溶液等による異方性
エッチングを施すことにより、両主面１０，１３上に交
互に位置するＶ溝１２を所定方向に複数条に形成する。
これにより、Ｖ溝１２の両側に形成され断面が平行四辺
形状で厚みが交互に異なる柱状部１４，１５が形成され
る。
Ａ’線断面図にて示すように、単結晶ウエハＷの両主面
１０，１３に対し、所定のフォトレジスト１１の形成面
を保護し、露出面に対しアルカリ水溶液等による異方性
エッチングを施すことにより、両主面１０，１３上に交
互に位置するＶ溝１２を所定方向に複数条に形成する。
これにより、Ｖ溝１２の両側に形成され断面が平行四辺
形状で厚みが交互に異なる柱状部１４，１５が形成され
る。
【００２４】なお、光路変換体２の傾斜面２ｃは光反射
面または光半導体素子を高精度に配設するため、単結晶
ウエハの両主面１０、１３は、ＭＣＰ（メカノケミカル
ポリッシュ）により鏡面（算術平均粗さが１０ｎｍ以
下）に研磨されたものを用いる。
面または光半導体素子を高精度に配設するため、単結晶
ウエハの両主面１０、１３は、ＭＣＰ（メカノケミカル
ポリッシュ）により鏡面（算術平均粗さが１０ｎｍ以
下）に研磨されたものを用いる。
【００２５】次に、厚みの小さい方の柱状部１５の両側
に示したラインＤにおいてダイシングすることにより除
去し、厚みの大きい方の柱状部１４を分離する。なお、
図３において、θ１は４０°〜５０°、θ２は５９．４
°〜６９．４°となる。（←θ１は４５°に対して±５
°、θ２は６４．４°に対して±５°。光ファイバに光
を有効に入射させるために、光ファイバの開口比を考慮
して傾きの範囲を±５°とした。）このようにして得
た、柱状をなす本体の非エッチング面の一部を、入射光
を所定方向へ光路変換させるための光反射面、または光
半導体素子を設ける素子配設面とする。
に示したラインＤにおいてダイシングすることにより除
去し、厚みの大きい方の柱状部１４を分離する。なお、
図３において、θ１は４０°〜５０°、θ２は５９．４
°〜６９．４°となる。（←θ１は４５°に対して±５
°、θ２は６４．４°に対して±５°。光ファイバに光
を有効に入射させるために、光ファイバの開口比を考慮
して傾きの範囲を±５°とした。）このようにして得
た、柱状をなす本体の非エッチング面の一部を、入射光
を所定方向へ光路変換させるための光反射面、または光
半導体素子を設ける素子配設面とする。
【００２６】面発光素子３は、例えばＶＣＳＥＬを用い
るが、実装基板表面に対し法線方向に発光している形状
であれば適用可能である。
るが、実装基板表面に対し法線方向に発光している形状
であれば適用可能である。
【００２７】光伝送体４は、光ファイバのほかに各種形
状の光導波路体や基板１に直接形成した光導波路であっ
てもよい。
状の光導波路体や基板１に直接形成した光導波路であっ
てもよい。
【００２８】かくして、異方性エッチング技術を用いた
傾斜面を光反射用の斜面として用いず、鏡面研磨された
ウエハの両主面を光反射面または光半導体素子の素子配
設面とすることができ、平坦性の優れた光反射面または
素子配設面を備えた、優れた光路変換体を提供できる。
傾斜面を光反射用の斜面として用いず、鏡面研磨された
ウエハの両主面を光反射面または光半導体素子の素子配
設面とすることができ、平坦性の優れた光反射面または
素子配設面を備えた、優れた光路変換体を提供できる。
【００２９】また、光路変換体はウエハプロセスによる
一括作製が可能なため、非常に低コストに作製可能であ
る。
一括作製が可能なため、非常に低コストに作製可能であ
る。
【００３０】また、ウエハ面方位により入射光に対して
所定角度で光路変換させる光路変換体を提供できるた
め、任意の傾斜角を形成でき、面発光素子からの出射光
を効率的に入射光学系へ効率的に入射する光学系を提供
できる。
所定角度で光路変換させる光路変換体を提供できるた
め、任意の傾斜角を形成でき、面発光素子からの出射光
を効率的に入射光学系へ効率的に入射する光学系を提供
できる。
【００３１】さらに、光路変換体として単結晶シリコン
を用いることにより、光半導体素子をシリコン基板上に
直接形成したり、光半導体素子としてシリコンとは異な
る化合物半導体材料を用いる場合、別の化合物半導体基
板上に複数の光半導体素子を形成し、複数の光路変換体
が形成されたシリコン基板表面へ、一括して貼り合わせ
る接着が可能なため、実装コストを削減した優れた受光
素子付き光路変換体が実現される。
を用いることにより、光半導体素子をシリコン基板上に
直接形成したり、光半導体素子としてシリコンとは異な
る化合物半導体材料を用いる場合、別の化合物半導体基
板上に複数の光半導体素子を形成し、複数の光路変換体
が形成されたシリコン基板表面へ、一括して貼り合わせ
る接着が可能なため、実装コストを削減した優れた受光
素子付き光路変換体が実現される。
【００３２】次に、本発明に係る他の実施形態について
説明する。
説明する。
【００３３】図４に斜視図にて示すように、光路変換体
２の非エッチング面である傾斜面（素子配設面）２ｃ
に、フォトダイオード等の受光素子である光半導体素子
５を配設し、さらに、この光半導体素子５の電気信号線
路，電流供給線路である電極パターン７，８を形成して
いる。ここで、５ａは受光部、５ｂは電極パッドであ
り、電極パッド５ｂと電極パターン８とがボンディング
ワイヤ９で接続されている。
２の非エッチング面である傾斜面（素子配設面）２ｃ
に、フォトダイオード等の受光素子である光半導体素子
５を配設し、さらに、この光半導体素子５の電気信号線
路，電流供給線路である電極パターン７，８を形成して
いる。ここで、５ａは受光部、５ｂは電極パッドであ
り、電極パッド５ｂと電極パターン８とがボンディング
ワイヤ９で接続されている。
【００３４】また、接着部材６を用いる場合は、ＡｕＳ
ｉ系、ＡｕＳｕ系、ＰｂＳｎ系、Ｉｎ系の半田等を用い
ることにより、実装強度や信頼性に優れた実装が行え
る。但し、本文では、直接接合法と呼ばれる、半田や接
着剤の接着部材６を用いることなく、光半導体素子５の
表面の化学的性質を利用して接着できる。すなわち、ク
リーニングされた光半導体素子５の表面を光路変換体２
の表面に接触させ水素結合により接着します。さらにア
ニールを行うことで水分子が蒸発し、酸素を介したより
強固な結合へと変化し、信頼性を向上させることができ
る。
ｉ系、ＡｕＳｕ系、ＰｂＳｎ系、Ｉｎ系の半田等を用い
ることにより、実装強度や信頼性に優れた実装が行え
る。但し、本文では、直接接合法と呼ばれる、半田や接
着剤の接着部材６を用いることなく、光半導体素子５の
表面の化学的性質を利用して接着できる。すなわち、ク
リーニングされた光半導体素子５の表面を光路変換体２
の表面に接触させ水素結合により接着します。さらにア
ニールを行うことで水分子が蒸発し、酸素を介したより
強固な結合へと変化し、信頼性を向上させることができ
る。
【００３５】また、光路変換体２において、その本体の
下面２ｂと素子配設面２ｃとの間、すなわち、素子配設
面２ｃとエッチング面である下面２ｂとの境界部におい
て、オーミックコンタクト用の不純物拡散領域が形成さ
れている。
下面２ｂと素子配設面２ｃとの間、すなわち、素子配設
面２ｃとエッチング面である下面２ｂとの境界部におい
て、オーミックコンタクト用の不純物拡散領域が形成さ
れている。
【００３６】このようにして構成した光路変換体２を用
い、図５に断面図にて示すように、光モジュールＭ２
は、高低差のある低位置面及び高位置面を形成した基板
１の低位置面１ａに、面発光素子３及びこれからの出射
光を反射させる光路変換体２を配設するとともに、前記
高位置面に光路変換体２からの反射光を入射させる光伝
送体４を配設している。なお、光モジュールＭ２におい
て、光路変換体２に光半導体素子５を配設すること以外
の構成は、図１に示す光モジュールＭ１とほぼ同様であ
り、同一構成要素については同一符号を付し説明を省略
する。
い、図５に断面図にて示すように、光モジュールＭ２
は、高低差のある低位置面及び高位置面を形成した基板
１の低位置面１ａに、面発光素子３及びこれからの出射
光を反射させる光路変換体２を配設するとともに、前記
高位置面に光路変換体２からの反射光を入射させる光伝
送体４を配設している。なお、光モジュールＭ２におい
て、光路変換体２に光半導体素子５を配設すること以外
の構成は、図１に示す光モジュールＭ１とほぼ同様であ
り、同一構成要素については同一符号を付し説明を省略
する。
【００３７】かくして、光モジュールＭ２によれば、光
モジュールＭ１と同様な効果を奏する上に、素子配設面
と光路変換体の下面との間に所定以上（例えば１×１０
18ｃｍ-3以上）の不純物濃度が拡散されているため、金
属薄膜等で形成される受光素子の電気信号線路、電流供
給線路を２面に形成する必要が無くなり、電気配線が光
路変換体のエッジで断線することがない。
モジュールＭ１と同様な効果を奏する上に、素子配設面
と光路変換体の下面との間に所定以上（例えば１×１０
18ｃｍ-3以上）の不純物濃度が拡散されているため、金
属薄膜等で形成される受光素子の電気信号線路、電流供
給線路を２面に形成する必要が無くなり、電気配線が光
路変換体のエッジで断線することがない。
【００３８】
【実施例】次に、本発明の光モジュールをより具体化し
た実施例について説明する。 ＜実施例１＞図１に示す光モジュールＭ１において、単
結晶シリコンから成り高低差のある基板１の低位置面１
ａに光路変換体２及び面発光レーザー３が配設され、基
板１の高位置面に形成された断面Ｖ字形状の搭載溝１ｂ
に光ファイバ４が配設されたものとした。
た実施例について説明する。 ＜実施例１＞図１に示す光モジュールＭ１において、単
結晶シリコンから成り高低差のある基板１の低位置面１
ａに光路変換体２及び面発光レーザー３が配設され、基
板１の高位置面に形成された断面Ｖ字形状の搭載溝１ｂ
に光ファイバ４が配設されたものとした。
【００３９】ここで、基板１は特に材質がＣＺ法で作製
されたコストが安いことに特徴のあるシリコンを用い、
段差は異方性エッチングにより形成した。また、光ファ
イバ４の搭載溝１ｂは異方性エッチングにより形成し
た。また、面発光レーザー３はＧａＡｓ系材料を用い
た。
されたコストが安いことに特徴のあるシリコンを用い、
段差は異方性エッチングにより形成した。また、光ファ
イバ４の搭載溝１ｂは異方性エッチングにより形成し
た。また、面発光レーザー３はＧａＡｓ系材料を用い
た。
【００４０】また、光路変換体２は以下のようにして作
製した。
製した。
【００４１】まず、図２に示すように、ＭＣＰにより鏡
面に研磨された表裏面１０，１３が（１００）面から
９．７°傾いた面を有するウエハＷを用い、表裏面にお
いて、フォトリソグラフィー技術により、［１１０］方
向へ沿って直線状にフォトレジスト１１を等間隔に被着
形成し、このウエハＷの露出部を水酸化カリウム水溶液
に浸すことにより異方性エッチングを施した。これによ
り、（１１１）面及びそれに等価な面が斜面の断面Ｖ字
状の溝１２が形成された。
面に研磨された表裏面１０，１３が（１００）面から
９．７°傾いた面を有するウエハＷを用い、表裏面にお
いて、フォトリソグラフィー技術により、［１１０］方
向へ沿って直線状にフォトレジスト１１を等間隔に被着
形成し、このウエハＷの露出部を水酸化カリウム水溶液
に浸すことにより異方性エッチングを施した。これによ
り、（１１１）面及びそれに等価な面が斜面の断面Ｖ字
状の溝１２が形成された。
【００４２】図３に示すように、ウエハＷは（１００）
から前記［１１０］方向へ９．７°傾いているので、傾
斜角θ１は４５°、θ２は６４．４°となる。なお、θ
１は光路を９０°変換するために、θ１＝４５°に設定
する必要があり、この形成は異方性エッチングにより高
精度に形成した。
から前記［１１０］方向へ９．７°傾いているので、傾
斜角θ１は４５°、θ２は６４．４°となる。なお、θ
１は光路を９０°変換するために、θ１＝４５°に設定
する必要があり、この形成は異方性エッチングにより高
精度に形成した。
【００４３】また、４５°斜面を有する光路変換体用柱
状体１４を形成するように、表面１０と裏面１３でフォ
トレジスト１１の形成領域をずらした。
状体１４を形成するように、表面１０と裏面１３でフォ
トレジスト１１の形成領域をずらした。
【００４４】次に、フォトレジスト１１をリムーバーに
より除去し、その後、光路変換体用柱状体１４の上下面
１０，１３に光反射膜を形成するべく金属薄膜を形成し
た。ここで、金属薄膜の最上層には反射率の高いＡｕを
用いた。また、この最上層金属膜をウエハＷのシリコン
基体上に有効に形成させるために、最上層金属薄膜とシ
リコン基体の間に下地金属膜としてＣｒ層を用い、シリ
コン基体表面にシリコン酸化膜層を形成した。金属薄膜
の合計膜厚は約１μｍとした。
より除去し、その後、光路変換体用柱状体１４の上下面
１０，１３に光反射膜を形成するべく金属薄膜を形成し
た。ここで、金属薄膜の最上層には反射率の高いＡｕを
用いた。また、この最上層金属膜をウエハＷのシリコン
基体上に有効に形成させるために、最上層金属薄膜とシ
リコン基体の間に下地金属膜としてＣｒ層を用い、シリ
コン基体表面にシリコン酸化膜層を形成した。金属薄膜
の合計膜厚は約１μｍとした。
【００４５】そして、図３に示すラインＤに沿って、ダ
イシングにより切断を行い、個々の光路変換体となるよ
うに切り分けた。その際に、エッチング残部である小さ
い方の柱状部１５が完全に除去され、所定形状の光路変
換体が作製できた。
イシングにより切断を行い、個々の光路変換体となるよ
うに切り分けた。その際に、エッチング残部である小さ
い方の柱状部１５が完全に除去され、所定形状の光路変
換体が作製できた。
【００４６】次に、こうして作製された光路反射体２
は、図１に示すように、実装基板である基板１上の位置
合わせマーカー（不図示）を利用して、正確に位置決め
し実装固定した。この際の固定材にはＡｕＳｕ系の半田
を用いた。
は、図１に示すように、実装基板である基板１上の位置
合わせマーカー（不図示）を利用して、正確に位置決め
し実装固定した。この際の固定材にはＡｕＳｕ系の半田
を用いた。
【００４７】また、面発光レーザー３を加圧・密着さ
せ、実装基板１に形成された薄膜半田（不図示）を溶解
・冷却し、基板１上に実装固定し、次いで、光ファイバ
４を搭載用溝１ｂ上に搭載し、例えば樹脂、或いはガラ
ス板等の平板基板で押圧固定する等の方法で実装固定し
た。
せ、実装基板１に形成された薄膜半田（不図示）を溶解
・冷却し、基板１上に実装固定し、次いで、光ファイバ
４を搭載用溝１ｂ上に搭載し、例えば樹脂、或いはガラ
ス板等の平板基板で押圧固定する等の方法で実装固定し
た。
【００４８】かくして、光モジュールＭ１によれば、光
反斜面はミラー加工された｛１００｝面を利用するの
で、高精度に平坦化された反斜面を実現できる。また、
異方性エッチングにおいてエッチング面を高精度に平坦
化する必要がないことにより、ＦＺ法、ＣＺ法等の各種
の製法で作製したシリコン基板を用いることができ、ま
た、エッチング中に超音波揚動などを行う必要がなく、
エッチング条件の最適化が省けた。また、光路反射体は
シリコンウエハの両面からエッチングを行うことによ
り、断面が略平行四辺形で、光路変換体の上面が平坦に
なることから、光路変換体は従来のフリップチップボン
ディング技術による高精度の実装も可能となった。
反斜面はミラー加工された｛１００｝面を利用するの
で、高精度に平坦化された反斜面を実現できる。また、
異方性エッチングにおいてエッチング面を高精度に平坦
化する必要がないことにより、ＦＺ法、ＣＺ法等の各種
の製法で作製したシリコン基板を用いることができ、ま
た、エッチング中に超音波揚動などを行う必要がなく、
エッチング条件の最適化が省けた。また、光路反射体は
シリコンウエハの両面からエッチングを行うことによ
り、断面が略平行四辺形で、光路変換体の上面が平坦に
なることから、光路変換体は従来のフリップチップボン
ディング技術による高精度の実装も可能となった。
【００４９】＜実施例２＞次に、図４及び図５に示した
他の実施例について説明する。
他の実施例について説明する。
【００５０】光路変換体２の作製は実施例１と同様にし
て行った。
て行った。
【００５１】そして、図４に示すように、光路変換体２
の斜面２ｃに、光半導体素子５を以下のようにして配設
した。
の斜面２ｃに、光半導体素子５を以下のようにして配設
した。
【００５２】また、図５に示す光モジュールＭ２は、光
路変換体２に光半導体素子５を配設し、その配線等を施
した以外については、既に説明した光モジュールＭ１と
同様に構成した。
路変換体２に光半導体素子５を配設し、その配線等を施
した以外については、既に説明した光モジュールＭ１と
同様に構成した。
【００５３】この実施例では、光路変換体２の光反射面
である傾斜面２ｃと下面２ｂの境界部分にＢ（ボロン）
をイオン注入し、その不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3以
上とした。なおこの時、Ａｌなど半導体の不純物であれ
ばＢ以外でも良い。
である傾斜面２ｃと下面２ｂの境界部分にＢ（ボロン）
をイオン注入し、その不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3以
上とした。なおこの時、Ａｌなど半導体の不純物であれ
ばＢ以外でも良い。
【００５４】次いで、光半導体素子５用の電気信号線路
７、電流供給線路８を金属薄膜で形成した。この金属薄
膜は上層／下層で、Ａｕ／Ｃｒとし、その厚みは合計で
約１μｍとした。このとき、各線路の一端は、不純物拡
散領域２０，２１まで配置した。
７、電流供給線路８を金属薄膜で形成した。この金属薄
膜は上層／下層で、Ａｕ／Ｃｒとし、その厚みは合計で
約１μｍとした。このとき、各線路の一端は、不純物拡
散領域２０，２１まで配置した。
【００５５】そして、別の半導体基板、例えばｎ+型Ｇ
ａＡｓ基板上に厚み１．０μｍ、不純物濃度１×１０18
ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層、厚み４．０μｍ、不純物濃度
１×１０15ｃｍ-3のｉ型ＧａＡｓ層、厚み０．５μｍ、
不純物濃度１×１０15ｃｍ-3のｉ型ＧａＡｓ層を形成
し、最上層のｐ型ＧａＡｓ層の窓部からｐ型不純物のＺ
ｎを約０．５μｍ拡散し、メサエッチ後、ｐ、ｎ電極を
形成し、フォトダイオードである光半導体素子５を作製
した。
ａＡｓ基板上に厚み１．０μｍ、不純物濃度１×１０18
ｃｍ-3のｎ型ＧａＡｓ層、厚み４．０μｍ、不純物濃度
１×１０15ｃｍ-3のｉ型ＧａＡｓ層、厚み０．５μｍ、
不純物濃度１×１０15ｃｍ-3のｉ型ＧａＡｓ層を形成
し、最上層のｐ型ＧａＡｓ層の窓部からｐ型不純物のＺ
ｎを約０．５μｍ拡散し、メサエッチ後、ｐ、ｎ電極を
形成し、フォトダイオードである光半導体素子５を作製
した。
【００５６】その後、光ファイバへの反射する所望の光
強度を得るために、上記の光半導体素子５上へ高屈折材
料、低屈折材料を用いた誘電体多層膜を真空蒸着により
作製しても良い。ここで、光半導体素子５は、ＧａＡｓ
以外のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰなどの化合物半導体材料で
も、また、ＰＩＮ型フォトダイオード以外のアバランシ
ェ・フォト・ダイオードなど、フォトダイオードの機能
を有するものであれば良い。
強度を得るために、上記の光半導体素子５上へ高屈折材
料、低屈折材料を用いた誘電体多層膜を真空蒸着により
作製しても良い。ここで、光半導体素子５は、ＧａＡｓ
以外のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰなどの化合物半導体材料で
も、また、ＰＩＮ型フォトダイオード以外のアバランシ
ェ・フォト・ダイオードなど、フォトダイオードの機能
を有するものであれば良い。
【００５７】そして、光半導体素子５を形成したＧａＡ
ｓ基板表面とガラス基板をＷＡＸで固定した後、光半導
体素子形成領域を残し、ＧａＡｓ基板をエッチング除去
した。
ｓ基板表面とガラス基板をＷＡＸで固定した後、光半導
体素子形成領域を残し、ＧａＡｓ基板をエッチング除去
した。
【００５８】さらに、ガラス基板に固定された光半導体
素子を、シリコン基板表面の反射面に位置合わせし、水
素結合により接触させ、ＷＡＸを除去し、３００〜４０
０℃の熱処理を行い、光半導体素子５を水素結合だけで
なく、酸素を介したさらに強固に接着させた。同時に、
反射鏡素子の電気信号線路７、電流供給線路８と光路変
換体２の不純物拡散領域２１，２６もアニールされ、オ
ーミック接合された。
素子を、シリコン基板表面の反射面に位置合わせし、水
素結合により接触させ、ＷＡＸを除去し、３００〜４０
０℃の熱処理を行い、光半導体素子５を水素結合だけで
なく、酸素を介したさらに強固に接着させた。同時に、
反射鏡素子の電気信号線路７、電流供給線路８と光路変
換体２の不純物拡散領域２１，２６もアニールされ、オ
ーミック接合された。
【００５９】なお、ＡｕＳｉ系、ＡｕＳｕ系、ＰｂＳｎ
系、Ｉｎ系の半田等の接着部材６を用いても、実装強度
や信頼性に優れた実装が行えた。
系、Ｉｎ系の半田等の接着部材６を用いても、実装強度
や信頼性に優れた実装が行えた。
【００６０】このようにして得た受光素子付き光路変換
体２は、実装基板１上の位置合わせマーカー（不図示）
を用いて、正確に位置決めし実装した。その後、光半導
体素子が搭載された光路変換体と実装基板に対して３０
０〜４００℃の熱処理を行い、実装基板上の電気信号線
路、電流供給線路と反射鏡素子の不純物拡散領域をアニ
ールすることによりオーミック接合された。
体２は、実装基板１上の位置合わせマーカー（不図示）
を用いて、正確に位置決めし実装した。その後、光半導
体素子が搭載された光路変換体と実装基板に対して３０
０〜４００℃の熱処理を行い、実装基板上の電気信号線
路、電流供給線路と反射鏡素子の不純物拡散領域をアニ
ールすることによりオーミック接合された。
【００６１】かくして、光モジュールＭ２によれば、光
モジュールＭ１の作用・効果に加えて、以下のような効
果を奏する。受光素子は、ダイシング・カット前のシリ
コン基板表面に基板同士の貼り合わせで一括接着させる
ために、従来、個々の受光素子をエッチングされた斜面
に実装するのに比べて、実装時間の削減・高精度の実装
が実現できた。
モジュールＭ１の作用・効果に加えて、以下のような効
果を奏する。受光素子は、ダイシング・カット前のシリ
コン基板表面に基板同士の貼り合わせで一括接着させる
ために、従来、個々の受光素子をエッチングされた斜面
に実装するのに比べて、実装時間の削減・高精度の実装
が実現できた。
【００６２】さらに、受光素子を他の基板で作製した
が、シリコン基板表面に固相拡散やイオン注入などの技
術を用いて、シリコンのフォトダイオードを形成して
も、実装時間の削減・高精度の実装が実現できる。
が、シリコン基板表面に固相拡散やイオン注入などの技
術を用いて、シリコンのフォトダイオードを形成して
も、実装時間の削減・高精度の実装が実現できる。
【００６３】また、受光素子付き光路変換体の端部に存
在する高濃度の不純物領域を介して、実装基板と受光素
子付き光路変換体の電極が結合される。その結果、受光
素子付き光路変換体のエッジ部に電極が配線されていな
いことから断線することがなくなる。
在する高濃度の不純物領域を介して、実装基板と受光素
子付き光路変換体の電極が結合される。その結果、受光
素子付き光路変換体のエッジ部に電極が配線されていな
いことから断線することがなくなる。
【００６４】
【発明の効果】特に請求項１に記載の光路変換体によれ
ば、異方性エッチング技術を用いた傾斜面を光反射用の
斜面として用いず、鏡面研磨がしやすいウエハの両主面
を光反射面または光半導体素子の素子配設面とすること
ができ、平坦性の優れた光反射面または素子配設面を備
えた優れた光路変換体を提供できる。
ば、異方性エッチング技術を用いた傾斜面を光反射用の
斜面として用いず、鏡面研磨がしやすいウエハの両主面
を光反射面または光半導体素子の素子配設面とすること
ができ、平坦性の優れた光反射面または素子配設面を備
えた優れた光路変換体を提供できる。
【００６５】また、特に請求項６に記載の光路変換体の
製造方法によれば、ウエハプロセスによる一括作製が可
能なため、非常に低コストの光路変換体が作製可能であ
る。
製造方法によれば、ウエハプロセスによる一括作製が可
能なため、非常に低コストの光路変換体が作製可能であ
る。
【００６６】また、特に請求項２〜３に記載の光路変換
体によれば、ウエハ面方位により入射光に対して所定角
度で光路変換させるようにできるため、面発光素子から
の出射光を効率的に入射光学系へ効率的に光接続できる
光モジュールを提供できる。
体によれば、ウエハ面方位により入射光に対して所定角
度で光路変換させるようにできるため、面発光素子から
の出射光を効率的に入射光学系へ効率的に光接続できる
光モジュールを提供できる。
【００６７】また、特に請求項４に記載の光路変換体に
おいて、素子配設面に受光素子が配設させることによ
り、面発光素子の出射光を精度よくモニタすることがで
きるとともに、受光素子からの反射光を効率的に光伝送
体へ入射させることが可能な優れた光モジュールを提供
できる。
おいて、素子配設面に受光素子が配設させることによ
り、面発光素子の出射光を精度よくモニタすることがで
きるとともに、受光素子からの反射光を効率的に光伝送
体へ入射させることが可能な優れた光モジュールを提供
できる。
【００６８】さらに、特に請求項５に記載の光路変換体
によれば、光路変換体の下面と素子配設面との間に、オ
ーミックコンタクト用の不純物拡散領域が形成されてい
るので、金属薄膜で光半導体素子の電極パターンを光路
変換体の２面に形成する必要が無くなり、光路変換体の
エッジで金属薄膜の断線がない信頼性に優れた光モジュ
ールを提供できる。
によれば、光路変換体の下面と素子配設面との間に、オ
ーミックコンタクト用の不純物拡散領域が形成されてい
るので、金属薄膜で光半導体素子の電極パターンを光路
変換体の２面に形成する必要が無くなり、光路変換体の
エッジで金属薄膜の断線がない信頼性に優れた光モジュ
ールを提供できる。
【００６９】そして、特に請求項７に記載の光モジュー
ルによれば、光伝送体に面発光素子からの出射光を効率
よく光接続され、しかも信頼性の高い優れた光モジュー
ルを提供できる。
ルによれば、光伝送体に面発光素子からの出射光を効率
よく光接続され、しかも信頼性の高い優れた光モジュー
ルを提供できる。
【図１】本発明に係る光路変換体及び光モジュールを模
式的に説明する断面図である。
式的に説明する断面図である。
【図２】本発明に係る光路変換体の製造方法を模式的に
説明するための平面図である。
説明するための平面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】本発明に係る他の光路変換体を模式的に説明す
る斜視図である。
る斜視図である。
【図５】本発明に係る他の光モジュールを模式的に説明
する斜視図である。
する斜視図である。
１：基板
１ａ：基板１の低位置面
１ｂ：搭載用溝
２：光路変換体
２a、２b：光路変換体の上下面
２ｃ：光路変換体の傾斜面
３：面発光素子
４：光伝送体
４ａ：光伝送体の先端
５：光半導体素子（受光素子、フォトダイオード）
５ａ：受光部
５ｂ：電極パッド
６：接着部材（接着面）
７：電気信号線路
８：電流供給線路
９：ボンディングワイヤ
１０、１３：単結晶ウエハＷの両主面
１１：フォトレジスト
１２：Ｖ溝
１４，１５：光路変換体用柱状部
２０，２１：不純物拡散領域
Ｍ１，Ｍ２：光モジュール
Ｌ１：出射光
Ｌ２：反射光
Ｗ：単結晶ウエハ
θ１、θ２：エッチング面の傾斜角度
Claims (8)
- 【請求項１】 柱状をなす本体の上下面が異方性エッチ
ングで形成されているとともに、側面の非エッチング部
が入射光を所定方向へ光路変換させるための光反射面、
または光半導体素子を設ける素子配設面であることを特
徴とする光路変換体。 - 【請求項２】 前記本体が単結晶シリコンから成るとと
もに、前記上下面が（１１１）面またはその等価な面で
あり、かつ前記光反射面または素子配設面が（１００）
面から［１１０］方向へ４．７°〜１４．７°傾斜させ
た面またはその等価な面であることを特徴とする請求項
１に記載の光路変換体。 - 【請求項３】 前記光反射面は入射光に対して９０°の
角度で光路変換させるように形成されていることを特徴
とする請求項１または２に記載の光路変換体。 - 【請求項４】 前記素子配設面に受光素子が配設されて
いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の
光路変換体。 - 【請求項５】 前記本体の下面と素子配設面との間に、
オーミックコンタクト用の不純物拡散領域が形成されて
いることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の
光路変換体。 - 【請求項６】 単結晶ウエハの両主面に対し異方性エッ
チングを施すことにより、前記両主面上に交互に位置す
るＶ溝を複数条に形成するとともに、前記Ｖ溝の両側に
形成され断面が平行四辺形状で厚みが交互に異なる柱状
部を形成する工程と、厚みの小さい方の柱状部を除去す
ることにより、厚みの大きい方の柱状部を分離する工程
とを含み、柱状をなす本体の非エッチング面の一部を入
射光を所定方向へ光路変換させるための光反射面または
光半導体素子を設ける素子配設面とした光路変換体の製
造方法。 - 【請求項７】 高低差のある低位置面及び高位置面を形
成した基板の低位置面に面発光素子及び該面発光素子の
出射光を反射させる請求項１〜５のいずれかに記載の光
路変換体を配設するとともに、前記高位置面に前記光路
変換体からの反射光を入射させる光伝送体を配設したこ
とを特徴とする光モジュール。 - 【請求項８】 前記光路変換体に受光素子を配設し、該
受光素子により、前記面発光素子の出射光を受光させる
とともに、該出射光の一部を反射させ前記光伝送体へ入
射させるようにしたことを特徴とする請求項７に記載の
光モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001332133A JP3764671B2 (ja) | 2001-10-30 | 2001-10-30 | 光路変換体及びその製造方法並びにそれを用いた光モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001332133A JP3764671B2 (ja) | 2001-10-30 | 2001-10-30 | 光路変換体及びその製造方法並びにそれを用いた光モジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003131088A true JP2003131088A (ja) | 2003-05-08 |
| JP3764671B2 JP3764671B2 (ja) | 2006-04-12 |
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ID=19147599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001332133A Expired - Fee Related JP3764671B2 (ja) | 2001-10-30 | 2001-10-30 | 光路変換体及びその製造方法並びにそれを用いた光モジュール |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3764671B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7218804B2 (en) | 2004-08-07 | 2007-05-15 | Universität Mannheim | Method and device for establishing an optical connection between an optoelectronic component and an optical waveguide |
| JP2010164856A (ja) * | 2009-01-16 | 2010-07-29 | Ntt Electornics Corp | 光学モジュール |
| DE102010018248A1 (de) | 2010-04-23 | 2011-10-27 | Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg | Über optische Verbinder und deren Herstellung |
| DE102011018617A1 (de) | 2010-11-30 | 2012-05-31 | Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg | Über optische Verbinder und deren Herstellung |
| US8876408B2 (en) | 2010-04-23 | 2014-11-04 | Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg | Optical connectors and a method of production thereof |
-
2001
- 2001-10-30 JP JP2001332133A patent/JP3764671B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7218804B2 (en) | 2004-08-07 | 2007-05-15 | Universität Mannheim | Method and device for establishing an optical connection between an optoelectronic component and an optical waveguide |
| JP2010164856A (ja) * | 2009-01-16 | 2010-07-29 | Ntt Electornics Corp | 光学モジュール |
| DE102010018248A1 (de) | 2010-04-23 | 2011-10-27 | Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg | Über optische Verbinder und deren Herstellung |
| US8876408B2 (en) | 2010-04-23 | 2014-11-04 | Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg | Optical connectors and a method of production thereof |
| DE102011018617A1 (de) | 2010-11-30 | 2012-05-31 | Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg | Über optische Verbinder und deren Herstellung |
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|---|---|
| JP3764671B2 (ja) | 2006-04-12 |
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