JP2003152262A - 受動的な光学部材と能動的な光デバイスをアライメントする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 受動的な光学部材と能動的な光デバイスをア
ライメントする方法を提供する。 【解決手段】 複数の層から形成され、能動的な領域
（２）を備えるとともに前記能動的な領域（２）と同じ
層（７）である少なくとも１つの基準点（３）を備えた
能動的な光デバイス（１）を製造し、記能動的な領域の
領域にある前記能動的な光デバイスをマスキングしつつ
前記基準点の上面を露出するように前記能動的な光デバ
イスを選択的にエッチングし、前記基準点（３）の露出
された面を検出するとともに前記能動的な領域（２）の
正確な位置をそこから決定し、前記受動的な光学部材と
前記能動的な領域を前記正確な位置に基づいてアライメ
ントする。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明は、一般的には、光
ファイバあるいは受動的な光導波路のような受動的な光
学部材と半導体レーザのような能動的な光デバイスをア
ライメントする方法に関し、さらに詳しくは、三次元に
おける改善されたアライメントを実現できる方法に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】用語「受動的な光学部材」によって、光
ファイバ、基板上に製造される光カプラ、スプリッタ、
接合などのような受動的な光導波路あるいは他の受動的
な光デバイスを意図し、および、用語「能動的な光デバ
イス」によって、レーザダイオード、フォトダイオー
ド、電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）、あるいは、能動的
な半導体領域あるいは層を含む他の能動的な光デバイス
を意図している。 【０００３】受動的な光学部材と能動的な光デバイスを
効率的に接続するために、受動的な光学部材は、半導体
デバイスの能動的な領域（レーザ射出あるいは吸収部
分）に正確にアライメントされなければならない。半導
体デバイスは、通常、種々の導電層、半導体層および絶
縁層の基板への付着処理と、デバイスの所望の半導体構
造を作成するフォトリソグラフィによって製造される。
デバイスの能動的な領域は、デバイスの２以上の層によ
って形成され、通常、デバイスの前方ファセット（前
面）の中程に配置される。 【０００４】例えば、光ファイバと能動的な領域を正確
にアライメントするためには、従って、ｘとｙ方向（水
平面方向）だけではなく、ｚ方向（上下方向）にも光フ
ァイバをアライメントする必要がある。 【０００５】このアライメントを実施する１つの従来周
知の方法は、発光領域あるいは光吸収領域の位置決めの
ための精密なマーカとして働く半導体デバイスにおける
基準点(fiducials)を設けることである。基準点は、通
常、レーザを形成している能動的な領域を構成する同じ
層にエッチングされた円形パターンである。 【０００６】しかしながら、基準点は従ってデバイスの
本体内にあるので、正確なｘ−ｙアライメントのために
使われる撮像装置によって検出することは難しい。従っ
て、半導体面を完全には平面化しないやり方で基準点の
上に成長させられる層（例えば、P型層）を成長させる
ことが普通である。平面化を回避するために使われる成
長条件（例えば、高温化）は、増加したドーパント拡散
のように、デバイスの性能に他の効果も有しているよう
にみえるが、それらはまだ完全に解明されてはいない。 【０００７】P型層のより高い温度での成長は光ファイ
バの良好なｘ−ｙアライメントを達成できるが、ｚ方向
アライメントの問題が残る。これは、完成されたウェー
ハ上で１列のレーザチップをへき開してチップの面と比
較してそれらのチップにおける能動的な領域の深さを測
定することですでに解決されている。ウェーハ上のレー
ザチップの残りの部分に対する能動的な領域が、破壊さ
れたチップと同じであるという仮定がなされ、アライメ
ントされるべき特定のチップの面を検出して、当該面か
らの、能動的な領域があるはずの深さを決定することに
よって光ファイバのアライメントが行われる。このテク
ニックは適度にうまく働くが、ウェーハ上のチップの列
を破壊することが必要であり、時間がかかり、平面でな
い面の下方の深さの測定という不確実さが加わる。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】従って、この発明の目
的は、上述した従来周知の方法の不利益を克服し、ある
いは、少なくとも少なくするような光ファイバと半導体
レーザをアライメントする方法を提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】従って、第１の態様にお
いて、この発明は、複数の層により形成されるとともに
能動的な領域を備え、および、能動的な領域と同一層に
設けられた少なくとも１つの基準点を備えた能動的な光
デバイスを製造し、能動的な領域の領域における能動的
な光デバイスをマスクしつつこの基準点の上面を露出す
るように能動的な光デバイスを選択的にエッチングし、
基準点の露出された面を検出して能動的な領域の正確な
位置を決定し、この正確な位置に基づいて受動的な光学
部材と能動的な領域をアライメントするというステップ
を含む受動的な光学部材と能動的な光デバイスをアライ
メントする方法を提供するものである。 【００１０】この発明の第２の態様によれば、複数の層
により形成されるとともに能動的な領域を備え、能動的
な領域と同一層からなる少なくとも１つの基準点を備え
た能動的な光デバイスが提供され、この基準点の上面
が、その位置をｘ、ｙおよびｚ方向に決定することがで
きる検出可能なエレメントを形成するように露出され
る。 【００１１】この発明の第３の態様によれば、この発明
は、上述した能動的な光デバイスと、この能動的な光デ
バイスの能動的な領域に結合された面を備えた受動的な
光学部材を有する光学的なモジュールを提供する。 【００１２】能動的な光デバイスは、半導体レーザダイ
オードあるいはフォトダイオードあるいは他の能動的な
光デバイスであることができる。受動的な光学部材は、
光ファイバ、受動的な光導波路あるいは他の受動的な光
デバイスであることができる。 【００１３】 【発明の実施の形態】図１において、半導体レーザデバ
イス１は、能動的なレーザ発光領域２と少なくとも１つ
の基準点３を備えている。デバイス１は、必要ならば例
えば、フォトレジストおよびエッチングを使用して、層
をパターン化するフォトリソグラフィとともに、化学蒸
着のような標準のエピタキシアル成長技術を用いて製造
される。 【００１４】デバイス１は、付着された金属接触層５を
備えるＮ型のリン化インジウム（ＩｎＰ）基板層４によ
って形成される。基板層４は、ＩｎＰ結晶層を硫黄
（Ｓ）イオンでドーピングすることによって製造され
る。Ｎ型のＩｎＰバッファ層６が、次いで、従来周知の
ようにエピタキシアル成長技術を用いて基板層４上に付
着される。このバッファ層６は、デバイス内のＮ−Ｐ接
合のＮ側を提供するように使用される。能動的なレーザ
発光領域２と基準点３が次いで、バッファ層６にＩｎＧ
ａＡｓＰの能動的な層７を付着することによって形成さ
れる。まず、能動的なレーザ発光領域２と基準点３をマ
スクするように能動的な層７にフォトレジスト層（図示
せず）を塗布して、次いでフォトレジストによってマス
クされなかった能動的な層７の部分とバッファ層６の厚
さ方向の一部分をエッチング除去するようにエッチング
液を塗布することによって、能動的な層７とバッファ層
６の一部分は、選択的にエッチング除去される。エッチ
ング液とフォトレジスト層は、次いで、除去され、Ｐ型
のＩｎＰ層８が、能動的な層７とバッファ層６の残りの
部分に付着される。Ｐ型の層８は、エピタキシアル成長
技術を用いて基板層４の上に付着される。Ｐ型の層８の
機能は、デバイス内のＮ−Ｐ接合のＰ側を提供すること
である。 【００１５】Ｎ型のＩｎＰブロック層９が、次いで、Ｐ
型のＩｎＰ層８の一部分上に付着される。これは、少な
くとも能動的なレーザ発光領域２上のＰ型のＩｎＰ層８
をマスクし、次いで、エピタキシアル成長技術によって
Ｎ型のＩｎＰブロック層９を付着することによって行わ
れる。Ｎ型のＩｎＰブロック層９は、デバイスを通過す
る漏れ電流を減らすために使われる。マスクを除去した
後、他のＰ型のＩｎＰ層１０が、Ｎ型のＩｎＰブロック
層９と能動的なレーザ発光領域２上のＰ型のＩｎＰ層８
とに付着される。Ｐ型のＩｎＰ層１０は、エピタキシア
ル成長技術を用いて付着される。Ｐ型のＩｎＰ層１０
は、能動的な領域を絶縁するサイリスタとしてＮＰＮＰ
接合の一部分として使われる。さらに他のＰ型のＩｎＰ
層１１が、次いで、他のサイリスタとしてエピタキシア
ル成長技術を用いてＰ型のＩｎＰ層１０の上に付着され
る。 【００１６】接触ストライプ１２が、次いで、能動的な
レーザ発光領域２上にこれと重ね合わせられてＰ型の層
１１に付着される。接触ストライプ１２は、導電性を改
善する３成分層として形成される。能動的なレーザ発光
領域２に重ね合わせられる接触ストライプ１２の中央部
分は、次いで、マスクされ、酸化物絶縁層１３が、接触
ストライプ１２の側面とＰ型の層１１上に付着される。
酸化物絶縁層１３は、プラズマ堆積(plasma depositio
n)により付着される。酸化物絶縁層１３の機能は、金属
を半導体層から絶縁することにある。プラチナ／チタン
合金の層１４が、次いで、スパッタリングにより酸化物
絶縁層１３と接触ストライプ１２の中央部分（マスクは
最初に除去されている）の上に付着される。チタン成分
が、接着を改善するために使われており、プラチナ成分
が、金拡散のバリヤとなるために使われる。最後に、金
／チタン合金のような金属層１５が、金の十分な導電性
とチタンの接着性改善を利用するためにスパッタリング
によって層１４上に付着される。 【００１７】この段階で、基準点３は、多数のエピタキ
シアル層によって被覆されていることが明らかである。
従って、これらの層は、能動的な層７までの基準点を露
出するために除去されなければならない。これは、デバ
イスの他の領域をマスクするとともにＩｎＧａＡｓＰよ
りもＩｎＰを優先的にエッチングする等方性エッチング
液を用いて基準点の領域にあるデバイスをウェットエッ
チングすることにより実行される。このようなエッチン
グ液は、例えば、２０％〜５０％の、好ましくは、約３
６％の濃度を持つ塩酸（ＨＣｌ）によって得られるが、
除去される特定の層とエッチングのための時間に応じて
他の濃度および他のエッチング液を用いることができ
る。 【００１８】基準点３が露出されると、これは、能動的
なレーザ発光領域２がデバイス内に存在する精密な深さ
の測定と正確なＸ−Ｙ位置決めを可能にする測定点を与
える。従って、基準点からの距離である能動的なレーザ
発光領域２の厚さがわかると、光ファイバは、デバイス
１の側面と容易にアライメントできるので、能動的なレ
ーザ発光領域２とアライメントされる。 【００１９】図２において、半導体レーザデバイス１の
一部分が、シリコンベンチ１６に取り付けられている。
デバイス１は、光ファイバ１７がアライメントされるべ
き能動的なレーザ発光領域２を備えている。デバイス１
は、表面から露出している一つあるいはそれ以上の基準
点を備えているが、図２には示されていない。光ファイ
バ１７の端部１８は、３方向すべてに位置調節可能であ
る光ファイバ溝部材１９に取り付けられている。光ファ
イバ１７の端部２０は、溝部材１９からわずかに突き出
しているので、デバイス１が能動的なレーザ発光領域２
とアライメントさせられるとき、可能な限り側面に接近
して位置決めできる。 【００２０】アライメント機能を達成するために、撮像
装置（図示せず）が、Ｘ方向とＹ方向に関して一つある
いはそれ以上の基準点の精密な位置決めを行う。深さ判
断装置も、Ｚ方向における基準点の精密な位置決めを行
う。基準点に対する能動的なレーザ発光領域２の正確な
位置がわかっているときは、基準点の決定された位置か
ら知ることができ、従って、溝部材が次いで移動され、
端部ファセット２０が、能動的なレーザ発光領域２と正
確にアライメントされる。このようにして、光ファイバ
とアライメントされるべき能動的なレーザ発光領域２の
深さは、矢印２２で示されるように、正確に決定され
る。矢印２１で示されるチャンネル深さは、光ファイバ
のファセット２０によって接触される能動的な領域２を
取り巻いているデバイス上の寸法である。 【００２１】上述の実施形態において、レーザダイオー
ドは固定されており、光ファイバがそれに対してアライ
メントされているが、このアライメント処理は他のやり
方で実施されても良いことは明らかである（レーザを固
定の導波路あるいは光ファイバに対してアライメントさ
せる）。例えば、光ファイバ用のＶ溝によってシリコン
基板をアライメントするのに用いても良い。Ｖ溝は光フ
ァイバの「レールトラック」として働き、ｙ方向とｚ方
向に光ファイバの位置を固定するが、光ファイバからチ
ップまでの距離を変化するようにｘ方向に沿った光ファ
イバの移動を許す。これは、大量にではないが、光ファ
イバによって集められる光量を変化させる。光ファイバ
のｘ位置を固定する「ストップ」を備える設計を行って
も良い。 【００２２】チップ溶着処理中の高温から光ファイバを
保護するために、チップが基板に溶着された後に定位置
に実際に「接着される」。しかしながら、光ファイバの
位置はＶ溝によって固定されているので、Ｖ溝の精密な
位置（従って、光ファイバの位置）は、基準点によって
マークされる。 【００２３】溶着処理中にサブミクロンオーダの正確さ
でレーザチップを保持することができる「Ｐｒｅｃｉｓ
ｉｏｎ Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ（ＰＤＡ）」ツールによ
り、レーザは定位置に溶着される。レーザチップは、
「グリッパ」（非常に小型の一対のプライヤのようなも
の）によってその両側を保持される（従来周知のツール
が用いている上面からの真空ピックアップを使わな
い）。「グリッパ」は、上面の観察と基準点の観察を可
能にする。ＰＤＡツールは、シリコン基板上およびレー
ザチップ上の基準点の位置を測定し、それにより、レー
ザチップを位置決めする。チップ溶着処理が完了した
後、光ファイバは定位置に「接着される」。 【００２４】典型的に、多数の小さな基準点が、光学的
な顕微鏡と撮像ＣＣＤカメラの解像度の制限を克服する
ように水平方向（ＸＹ方向）をアライメントするために
使われる。多数の小さな基準点は、ソフトウェアによる
それぞれの基準点の測定された位置（これは、それぞれ
の基準点に対しておよそ数ミクロンに限定された解像度
となるであろう）の相関を取ることを可能にし、これか
らさらに高い精度を持った集合の絶対座標を推測するこ
とを可能にする。 【００２５】この限定は、大きな基準点について干渉計
的に実施される深さ（ｚ）座標の決定に適用しない（こ
れらの大きな基準点は、しばしば「ＰＤＡキープアウト
領域」と呼ばれ、これは、干渉計的な測定を無効にしな
いためにいかなる屑(debris)もこの領域外に保持されな
ければならないためである）。 【００２６】基準点は能動的な層７の正確な上下方向の
位置を与えるので、それぞれ個々のデバイスは、ウェー
ハ上のデバイスの完全な１列をへき開して破壊する必要
なく、あるいは、ウェーハ上のすべてのデバイスの能動
的な層の深さが破壊された列のそれと同一であると仮定
することもせずに正確に測定されることは明らかであろ
う。さらに、基準点をエッチングすることにより、それ
らはより視認可能になるので、撮像装置がこれまでより
もより明瞭にそれらの場所を確認できてそれらのＸ−Ｙ
位置を決定できるようになる。上述した実施形態の他の
利点は、（アライメントを実現するために結合された光
が光ファイバの他端において測定されるように）レーザ
ダイオードがパワーアップされる必要がないことであ
る。この方法は、従来のやり方であって、例えば、ＡＦ
Ｓは、ポンプレーザのためにこの方法を行っている。本
発明では、レーザに対する電気的な接続は必要ではな
く、従って、レーザがもはや発光できないような高温の
処理を可能にしている。 【００２７】本発明の方法は、また、光ファイバの位置
（あるいは他の受動的な導波路の位置）が固定されて変
化できないとき、レーザを精密にアライメントする非常
に効率的な方法である。上記方法は、光を発光しない
（逆に光を吸収する）、電界吸収型光変調器（ＥＡＭ）
として知られている光学的に能動的なデバイスとともに
使用することができる。上記方法は、このタイプのデバ
イスを正確にアライメントする非常に効率的な方法であ
る。 【００２８】この発明のたった１つの特定の実施形態が
このように説明されたが、当業者が、この発明の技術的
な範囲を逸脱することなく修正および改良を行えること
は明らかであろう。 【００２９】本発明の態様を以下に例示する。 【００３０】１．受動的な光学部材と能動的な光デバイ
スをアライメントする方法であって、複数の層から形成
され、能動的な領域（２）を備えるとともに前記能動的
な領域（２）と同じ層（７）である少なくとも１つの基
準点（３）を備えた能動的な光デバイス（１）を製造
し、記能動的な領域の領域にある前記能動的な光デバイ
スをマスキングしつつ前記基準点の上面を露出するよう
に前記能動的な光デバイスを選択的にエッチングし、前
記基準点（３）の露出された面を検出するとともに前記
能動的な領域（２）の正確な位置をそこから決定し、前
記受動的な光学部材と前記能動的な領域を前記正確な位
置に基づいてアライメントする方法。 【００３１】２．前記能動的な光デバイスを選択的にエ
ッチングするステップが、適当なマスキング層を用いて
チップ面をマスキングして少なくとも前記能動的な領域
がエッチングされることを妨げ、塩酸を用いて前記能動
的な光デバイスをエッチングするステップを含むように
した上記１に記載の受動的な光学部材と能動的な光デバ
イスをアライメントする方法。 【００３２】３．前記塩酸が、２０％〜５０％の濃度を
有する上記２に記載の受動的な光学部材と能動的な光デ
バイスをアライメントする方法。 【００３３】４．前記塩酸が、３６％の濃度を有する上
記３に記載の光ファイバを半導体レーザデバイスにアラ
イメントする方法。 【００３４】５．前記受動的な光学部材と前記能動的な
領域を前記正確な位置に基づいてアライメントするステ
ップが、前記受動的な光学部材が前記能動的な領域とア
ライメントするまで前記受動的な光学部材を移動するス
テップを含む上記１から４のいずれかに記載の受動的な
光学部材と能動的な光デバイスをアライメントする方
法。 【００３５】６．前記受動的な光学部材と前記能動的な
領域を前記正確な位置に基づいてアライメントするステ
ップが、前記能動的な領域が前記受動的な光学部材とア
ライメントするまで前記能動的な光デバイスを移動する
ステップを含む上記１から５のいずれかに記載の受動的
な光学部材と能動的な光デバイスをアライメントする方
法。 【００３６】７．前記能動的な光デバイスが、半導体レ
ーザダイオードである上記１から６のいずれかに記載の
受動的な光学部材と能動的な光デバイスをアライメント
する方法。 【００３７】８．前記能動的な光デバイスが、フォトダ
イオードである上記１から６のいずれかに記載の受動的
な光学部材と能動的な光デバイスをアライメントする方
法。 【００３８】９．前記受動的な光学部材が、光ファイバ
である上記１から８のいずれかに記載の受動的な光学部
材と能動的な光デバイスをアライメントする方法。 【００３９】１０．前記受動的な光学部材が、受動的な
光導波路である上記１から８のいずれかに記載の受動的
な光学部材と能動的な光デバイスをアライメントする方
法。 【００４０】１１．複数の層から形成され、能動的な領
域（２）を備えるとともに前記能動的な領域（２）と同
じ層（７）からなる少なくとも１つの基準点（３）を備
え、前記基準点（３）の上面が、検出可能なエレメント
を提供するように露出され、その位置がｘ、ｙおよびｚ
方向に判断可能であるようにした能動的な光デバイス
（１）。 【００４１】１２．半導体レーザダイオードである上記
１１に記載の能動的な光デバイス。 【００４２】１３．フォトダイオードである上記１１に
記載の能動的な光デバイス。 【００４３】１４．電界吸収型光変調器である上記１１
に記載の能動的な光デバイス。 【００４４】１５．上記１１から１４のいずれかに記載
の能動的な光デバイスと、前記能動的な光デバイスの前
記能動的な領域に結合された面を備えた受動的な光学部
材を有する光モジュール。 【００４５】１６．前記受動的な光学部材が、光ファイ
バである上記１５に記載の光モジュール。 【００４６】１７．前記受動的な光学部材が、受動的な
光導波路である上記１５に記載の光モジュール。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第１の実施形態による半導体レーザデ
バイスの構造の概略図である。 【図２】図１の半導体レーザデバイスを組み込んだ光モ
ジュールの概略図である。 【符号の説明】 １ 能動的な光デバイス ２ 能動的な領域 ３ 基準点 ７ 層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリスチーヌ・ミグノシ イギリス国 アイ・ピー５ ３ユー・エー サフォーク、イプスウィッチ、デマン ス・ガーデンズ スイート 17 (72)発明者 ケン・ケネディ イギリス国 アイ・ピー３ ０エヌ・イー サフォーク、イプスウィッチ、ナクト ン・ロード 13 (72)発明者 ハーバート・レイジ イギリス国 アイ・ピー１ ３ジェイ・ピ ー サフォーク、イプスウィッチ、フォン ネリュー・ロード 30 (72)発明者 セイリアン・サウスゲート イギリス国 サフォーク、イプスウィッ チ、ブルックフィールド・ロード 64 (72)発明者 アンドリア・リークス イギリス国 アイ・ピー１ ６ピー・エヌ サフォーク、イプスウィッチ、アルダー クロフト・クローズ 25 Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 BA11 BA24 BA31 CA34 DA04 DA06 DA12 5F073 AB28 FA07 FA16 FA23 5F088 BA16 JA03 JA14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】受動的な光学部材と能動的な光デバイスを
   アライメントする方法であって、 複数の層から形成され、能動的な領域を備えるとともに
   前記能動的な領域と同じ層である少なくとも１つの基準
   点を備えた能動的な光デバイスを製造し、前記能動的な
   領域の領域にある前記能動的な光デバイスをマスキング
   しつつ前記基準点の上面を露出するように前記能動的な
   光デバイスを選択的にエッチングし、 前記基準点の露出された面を検出するとともに前記能動
   的な領域の正確な位置をそこから決定し、 前記受動的な光学部材と前記能動的な領域を前記正確な
   位置に基づいてアライメントする方法。