JP2004515063A - 凸部をもつ光学集積回路素子及びその製造方法と、この光学集積回路素子を用いて製造した光通信用送受信装置モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】光通信用送受信装置モジュールの組立の際、光学集積回路素子と光ファイバの位置整列が容易で、且つ位置整列時間が短く、光学集積回路素子の角部が破損する現象を防止する光学集積回路素子及びその製造方法を提供することにある。又、この光学集積回路素子を用いて製造した光通信用送受信装置モジュールを提供することにある。
【解決手段】半導体基板３０１と、前記半導体基板３０１の上面に形成されテーパ状の側面をもつ凸部３１０と、前記凸部の側壁面３０６に形成された保護膜３０９と、前記凸部３１０の上面に形成された第１電極３０７と、前記半導体基板３０１の上面に形成された第２電極３０８と、から構成され、前記凸部３１０は第１電流遮断層３０３、第２電流遮断層３０４、及びクラッド層３０５からなる多層膜であることを特徴とする光学集積回路素子３００。
【選択図】図３
【解決手段】半導体基板３０１と、前記半導体基板３０１の上面に形成されテーパ状の側面をもつ凸部３１０と、前記凸部の側壁面３０６に形成された保護膜３０９と、前記凸部３１０の上面に形成された第１電極３０７と、前記半導体基板３０１の上面に形成された第２電極３０８と、から構成され、前記凸部３１０は第１電流遮断層３０３、第２電流遮断層３０４、及びクラッド層３０５からなる多層膜であることを特徴とする光学集積回路素子３００。
【選択図】図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用送受信装置及びこれに用いられる光学集積回路素子に係るもので、特に光通信用送受信装置モジュールの組立の際、光学集積回路素子と光ファイバの位置整列（位置合せ）が容易で、且つ位置整列時間が短く、光学集積回路素子の角部が破損する現象を防止する光学集積回路素子及びその製造方法を提供する。又、この光学集積回路素子を用いて製造した光通信用送受信装置のモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気信号を光信号に、或いは光信号を電気信号に変える光通信用送受信装置モジュールの光源（レーザーダイオードチップ及びフォトダイオードチップのような光学集積回路素子）と光ファイバを整列させるには能動整列方式（ａｃｔｉｖｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）と手動整列方式（ｐａｓｓｉｖｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）の２方法が用いられる。
【０００３】
前記能動整列方式はレーザーダイオードと光ファイバを整列する際において、多くの時間が所要されることにより量産性が低下し、能動整列のために多くの部品が所要されて、低価格化が難しくなるという短所がある。
【０００４】
従って、レーザーダイオードに電流を流さずに、レーザーダイオードと光ファイバを直接結合させる方法の手動整列方式が多く用いられている。
【０００５】
図１（ａ）は従来技術による光学集積回路素子と光ファイバの手動整列方法を説明するための光通信用送受信装置モジュールの簡単な分解斜視図である。
【０００６】
図示したように、光通信用送受信装置モジュールは、光学集積回路素子及び光ファイバなどを搭載するための搭載装置１００と、前記搭載装置１００の一側上部には長いＶ字形グルーブ１０１上に設置された光ファイバ１１０と、前記光ファイバ１１０の一側に設置された光学集積回路素子（ここではレーザーダイオード）１２０とから構成される。このとき、前記レーザーダイオードチップ１２０の発光部の活性層１２１が前記光ファイバの中央に位置するように、前記レーザーダイオードチップ１２０を前記搭載装置１００の上面に位置整列して付するべきである。
【０００７】
正確な位置整列のため、搭載装置１００の上面には回転調節マーク１０３及び光軸合わせマーク１０５が形成され、前記レーザーダイオード１２０には位置調節マーク１２３が形成される。図１（ａ）は、赤外線カメラを用いて図１（ａ）に示した多様なマークの位置が整列されたかどうかを確認する方法で、光ファイバ１１０とレーザーダイオードチップ１２０の活性層１２１を整合させる方法を示す図である。
【０００８】
図１（ｂ）は、従来技術による光学集積回路素子と光ファイバの位置整列方法の他の例を説明するための、他の光通信用送受信装置モジュールの分解斜視図である。
【０００９】
図示したように、搭載装置１５０の一側上面にはＶ字形グルーブ１５１が形成され、前記Ｖ字形グルーブ１５１の上部に光ファイバ１６０が設置される。又、前記Ｖ字形グルーブ１５１の一側には光学集積回路素子１７０を搭載するための凹部１５２が形成される。前記光学集積回路素子１７０の表面には前記凹部１５２に対応する凸部１７１が形成される。前記光学集積回路素子１７０の凸部１７１を前記搭載装置１５０の凹部１５２に嵌合することにより、光ファイバ１６０と前記光学集積回路素子１７０の活性層１７２を整合させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、上記のような従来の位置整列方法は以下のような問題点があった。
【００１１】
図１（ａ）に示した方法は、光学集積回路素子と光ファイバを整列させる際において部品の数を減らし得るという効果はあるが、精密な分解能を要する高価なフリップチップボンダー（ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ ｂｏｎｄｅｒ）を用いなければならないため、装備の設置費用が高いという短所があり、又、工程時間の面では能動整列方式よりも長く有利でない。又、図１（ｂ）に示した方法は図２（ｂ）に示したような問題がある。図２（ａ）及び図２（ｂ）は図１（ｂ）の光学集積回路素子１７０を搭載装置１５０に搭載した後にＩＩａ−ＩＩａに従い切断した縦断面図である。
【００１２】
即ち、図２（ａ）は従来の光学集積回路素子１７０の上面に形成した凸部１７１の理想的な形状を示し、その側面１７２ａが垂直のプロファイルをもつように形成される。図２（ｂ）は実際の製造工程で製造された光学集積回路素子１７０の凸部１７１を示し、その側面１７２ｂが逆テーパ形状をもつ。
【００１３】
一般に、図２（ａ）、図２（ｂ）に示したように、搭載装置１５０の凹部の大きさＬ１が光学集積回路素子１７０の凸部１７１の大きさＬ２よりも大きく形成される。そこで、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、前記凸部１７１を搭載装置１５０の凹部１５２に挿入した後、光軸整列のために凹部１５２の一側壁１５２ａ，１５２ｂと前記凸部１７１の一側壁１７１ａ，１７１ｂが互いに接触するように前記光学集積回路素子１５０を水平方向に移動させる。このとき、図２（ａ）のように垂直の側壁プロファイルをもつ凸部１７１の場合、凹部１５２に挿入される過程において凸部１７１を挿入するときに凸部１７１の端部Ａが搭載装置１５０の上面にぶつかって破損するという問題点があった。
【００１４】
又、図２（ｂ）のように逆テーパ状の側壁プロファイルをもつ凸部１７１の場合、凸部１７１の端部Ｂが搭載装置の凹部１５０の側壁にぶつかって破損する現象が発生して、光学集積回路素子の不良の原因となるという問題点があった。又、前記逆テーパ状の側壁プロファイルのため光学ファイバと光学集積回路素子との整列の整合性が低下する原因となる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、光通信用送受信装置モジュールの組立の際、光学集積回路素子と光ファイバの位置整列が容易であり、位置整列時間が短く、且つ光学集積回路素子の端部が破損する現象を防止し得る光学集積回路素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１６】
又、本発明の他の目的は、このような光学集積回路素子を用いた光通信用送受信装置モジュールを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため本発明による光学集積回路素子は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に形成されテーパ状の側面をもつ凸部と、前記凸部の側壁面に形成された保護膜と、前記凸部の上面に形成された第１電極と、前記半導体基板の上面に形成された第２電極と、から構成され、前記凸部は第１電流遮断層、第２電流遮断層、及びクラッド層からなる多層膜であることを特徴とする。
【００１８】
又、本発明による光学集積回路素子の前記凸部の側壁面の傾斜度は半導体基板表面に垂直な軸から１０−７０°だけ傾いたことを特徴とする。
【００１９】
又、本発明による光学集積回路素子の前記保護膜は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする。
【００２０】
又、このような本発明を達成するため本発明による光学集積回路素子の製造方法は、半導体基板の上面にＭＯＣＶＤ法を用いて活性層を選択的に成長させる工程と、前記活性層の両側の前記半導体基板の上面にＭＯＣＶＤ法を用いて第１電流遮断層を選択的に成長させる工程と、前記第１電流遮断層の上面に第２電流遮断層を選択的に成長させる工程と、前記第２電流遮断層の上面及び前記活性層の上部にクラッド層を成長させる工程と、前記活性層上部の前記クラッド層上面に食刻マスクを形成する工程と、前記食刻マスクにより覆われない部分の前記クラッド層、前記第２電流遮断層及び第１電流遮断層を順次食刻して半導体基板の上面を露出させる工程と、前記食刻マスクを除去する工程と、前記クラッド層、第２電流遮断層、及び第１電流遮断層の側壁に保護膜を形成する工程と、前記保護膜の上面に第１電極を形成し、前記半導体基板の上面に第２電極を形成する工程と、を含む。
【００２１】
又、本発明による光学集積回路素子の製造方法において前記食刻する工程は、化学的食刻法によることを特徴とする。
【００２２】
又、本発明による光学集積回路素子の製造方法において前記化学的食刻法の食刻溶液はＨＣｌ：Ｐ３ＯＨ、或いはＨＣｌ：ＣＨ３ＣＯＯＨであることを特徴とする。
【００２３】
又、本発明による光学集積回路素子の製造方法において前記保護膜は、シリコン酸化膜或いはシリコン窒化膜であることを特徴とする。
【００２４】
又、本発明による光通信用送受信装置モジュールは、半導体基板と、前記半導体基板の上面に形成されテーパ状の側面をもつ凸部と、前記凸部の側壁面に形成された保護膜と、前記凸部の上面に形成された第１電極と、前記半導体基板の上面に形成された第２電極とを含んで構成され、前記凸部は、第１電流遮断層、第２電流遮断層、及びクラッド層からなる多層膜であることを特徴とする光学集積回路素子と、上面中央部に逆テーパ状の側壁プロファイルをもつ凹部が形成された搭載装置と、前記搭載装置内に一部分が埋設され、他の一部分は前記凹部の底面に延長形成された第３電極と、前記搭載装置の縁部の上面に形成された第４電極と、を含み、前記搭載装置の凹部の底面に形成された第３電極と前記光学集積回路素子の第１電極とが接触し、前記光学集積回路素子の第２電極と前記第４電極とが接触し、前記保護膜と前記凹部の一側側壁とが接するように構成することにより、光ファイバと光学集積回路素子が自動に手動整列されることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳しく説明する。
【００２６】
図３は本発明による光学集積回路素子の断面図である。本発明で実施例をもって例示した光学集積回路素子３００は光通信用レーザーダイオードチップである。
【００２７】
図示したように、本発明による光学集積回路素子３００は、ベース基板３０１のｐ型又はｎ型のＩｎＰ半導体基板３０１と、前記ベース基板３０１の上面中央部に形成された活性層３０２と、前記活性層３０２の両側の前記ベース基板３０１の上面に形成された第１電流遮断層３０３と、前記第１電流遮断層３０３の上面に形成された第２電流遮断層３０４と、前記第２電流遮断層３０４の上面及び前記活性層３０２の上面に形成されたクラッド層３０５と、から構成される。前記半導体基板３０１の上面に順次積層された第１電流遮断層３０３、第２電流遮断層３０４、及び前記クラッド層３０５は全て下方よりも上方の幅が狭くなるように形成され、前記第１電流遮断層３０３、第２電流遮断層３０４、及びクラッド層３０５の側面は全て傾斜をなしている。前記第１電流遮断層３０３と第２電流遮断層３０４と前記クラッド層３０５の側面、即ち、傾斜面を図面符号３０６で表示する。以下、説明の便のために前記第１電流遮断層３０３、第２電流遮断層３０４及び前記クラッド層３０５からなる多層膜を凸部３１０と定義する。前記凸部３１０はテーパ状の側壁プロファイルをもつ。前記凸部３１０の側面の傾斜角度は前記半導体基板３０１の表面に垂直な軸を基準に１０−７０°程度が好ましい。
【００２８】
前記クラッド層３０５の上面には第１電極３０７が形成され、前記半導体基板３０１の縁部の上面には第２電極３０８が形成される。又、前記第１電極３０７と第２電極３０８との間の前記傾斜面３０６の上面には保護膜３０９が形成される。前記保護膜３０９は又前記クラッド層３０５の上面の一部にまで延長され、半導体基板３０１の上面の一部を覆っている。
【００２９】
前記図３に示した本発明の光学集積回路素子は第１電極及び第２電極が全て半導体基板の上方に形成される。後で光通信用送受信装置モジュールの組立の際、ワイヤボンディング工程を省略できるという効果がある。
【００３０】
一方、前記図３による光学集積回路素子を用いて製造した本発明による光通信用送受信装置モジュールの断面図を図４に示す。
【００３１】
図４は搭載装置（ＳｉＯＢ：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅｎｃｈ）の上面に図３の光学集積回路素子３００を搭載した状態を示し、図３と図４で同じ符号は同じ構成要素を示す。
【００３２】
図示したように、光通信用送受信モジュールは上面中央部に凹部４０１をもつ搭載装置４００と、前記凹部４０１に搭載された光学集積回路素子３００から構成される。前記凹部４０１の大きさＡ１は前記凸部３１０の大きさＡ２よりも約１ミクロンメートル程度大きく形成される。又、前記凹部４０１の側壁プロファイルは逆テーパ状に形成される。
【００３３】
又、前記搭載装置４００には前記光学集積回路素子の第１電極３０７と電気的に連結された第３電極４０２が埋設され、前記第３電極４０２は前記凹部４０１の上面にまで延長形成される。
【００３４】
前記光学集積回路素子３００の第１電極３０７は前記凹部４０１の上面に形成された前記第３電極４０２と接触される。
【００３５】
又、前記搭載装置４００の上面縁部には光学集積回路素子３００の第２電極３０８と連結するための第４電極４０３が形成され、前記第２電極３０７と第４電極４０３と接触される。
【００３６】
又、前記搭載装置４００の凹部４０１の一側壁４０１ａは前記光学集積回路素子３００の一側傾斜面３０６の上面に形成された保護膜３０９と物理的に接触するように構成される。
【００３７】
前記図４のような構造のモジュールを製造する方法は、図４に示した搭載装置４００の凹部４０１の中央部に前記光学集積回路素子３００の凸部３１０が位置するように位置整列をした後、前記凸部３１０が前記凹部４０１内に挿入されるように前記光学集積回路素子３００を上方から力を加えて押す。次に、前記光学集積回路素子３００を側方向に押して前記凸部３１０の側面、即ち、傾斜面３０６に形成された保護膜３０９が前記凹部４０１の側壁４０１ａに物理的に当接するようにして、光ファイバ（図示せず）と前記光学集積回路素子３００の位置が自動的に整列されるようになる。
【００３８】
図４に示したように、本発明による光学集積回路素子３００と光通信用送受信装置モジュールを製造するための搭載装置４００は、それぞれ電極を直接接触させることにより電気的に連結され、導電性ワイヤを形成する工程が必要でなく、モジュールの製造工程が簡単で、迅速且つ経済的であるという長所がある。
【００３９】
又、図４に示したように、本発明による光通信用送受信装置モジュールは、光学集積回路素子３００の凸部３１０を単純に搭載装置４００の凹部４０１に嵌合することにより、光ファイバと光学集積回路素子３００の位置整列が自動になされるという長所がある。又、前記凸部３１０及び凹部４０１はそれぞれテーパ状の側壁と逆テーパ状の側壁を有するので、光学集積回路素子３００を搭載装置４００に嵌合するとき、光学集積回路素子３００の角部分が破損される憂いがない。又、光学集積回路素子３００の凸部３１０の傾斜面３０６を覆っている保護膜３０９は光学集積回路素子３００が前記搭載装置４００に挿入されるとき、前記光学集積回路素子３００が物理的に損傷を受けることを防止するだけでなく、凸部３１０が凹部４０１内にスムーズに安着されるように挿入を円滑にする役割をする。又、前記保護膜３０９は光学集積回路素子３００と前記搭載装置４００が電極の他の不必要な他の部分が互いに接触することを防止することにより、光通信用送受信モジュールの電気的な信頼性を高める役割をする。
【００４０】
以下、本発明による光学集積回路素子の製造方法を、図５を用いて説明する。
【００４１】
先ず、図５（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ半導体基板５０１の上面に一般的によく知られたＭＯＣＶＤ法を用いて、活性層５０２、第１電流遮断層５０３及び第２電流遮断層５０４を製造する。
【００４２】
次いで、図５（ｂ）に示すように、前記第２電流遮断層５０４及び前記活性層５０２の上部にクラッド層５０５を成長させる。
【００４３】
次いで、図５（ｃ）に示すように、前記クラッド層５０５上面に食刻マスク層５０６を形成する。前記食刻マスク層５０６はシリコン酸化膜或いはシリコン窒化膜を前記クラッド層の上面に形成した後、フォトリソグラフィ工程と食刻工程を用いて前記酸化膜またはシリコン窒化膜をパターニングして形成する。
【００４４】
前記食刻マスク層５０６は活性層の上部に位置するように形成し、その大きさは活性層の中心から両側にそれぞれ７５ミクロンメートルになるように形成するのが好ましい。
【００４５】
次いで、図５（ｄ）に示すように、前記半導体基板５０１の上面が露出されるまで化学的食刻法を用いて前記クラッド層５０５、第２電流遮断層５０４、及び第１電流遮断層５０３を順次食刻することにより、半導体基板５０１上にクラッド層５０５、第２電流遮断層５０４、及び第１電流遮断層５０３の多層からなる梯形の凸部５１０を形成する。このとき、食刻溶液はＨＣｌ：Ｐ３ＯＨまたはＨＣｌ：ＣＨ３ＣＯＯＨである。前記食刻工程は化学的食刻法であるため、アンダーカット現象が発生して、凸部５１０の側面は傾斜面をなす。
【００４６】
次いで、図５（ｅ）に示すように、前記図５（ｄ）の構造の全面にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜５０７を蒸着する。
【００４７】
次いで、図５（ｆ）に示すように、前記シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜５０７をパターニングして前記半導体基板５０１の上面及び前記クラッド層５０５の上面を露出させると共に保護膜５０７ａを形成する。
【００４８】
次いで、図５（ｇ）に示すように、前記クラッド層５０５の上面に第１電極５０８を形成し、前記半導体基板５０１の上面に第２電極５０９を形成して本発明による光学集積回路素子の製造を完了する。
【００４９】
前記本発明の実施例ではレーザーダイオードチップを例に挙げて説明したが、フォトダイオードチップに対しても前記レーザーダイオードチップの製造方法と同一な製造工程を通じて光ファイバと容易に整列させることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、光通信用送受信装置モジュールの光学集積回路素子と光ファイバを整列させる際において、整列の際に位置調節が容易になるように凹部の形成されたレーザーダイオードチップを用いることにより、光学集積回路素子と光ファイバの手動整列を迅速且つ簡便に行い得るという効果がある。
【００５１】
又、精密な分解能を要する高価なフリップチップボンダーが必要でなく、数千個の光学集積回路素子を同時にダイボンディングすることが可能であり、前記光学集積回路素子と光ファイバとの整列時間を画期的に短縮することにより、光通信用送受信装置モジュールの値段を非常に低くすることができるという効果がある。
【００５２】
光学集積回路素子の凸部の角に保護膜を形成することにより、搭載装置の凹部に前記集積回路素子を装着するとき、光学集積回路素子の凹部の破損を防止して製品の不良発生を減らし得るという効果がある。
【００５３】
又、前記保護膜を形成することにより、光学集積回路素子を光通信用送受信モジュールに組立てる際、搭載装置の凹部に前記光学集積回路素子の凸部がスムーズに安着されるようにして、モジュールの組立が簡便且つ容易であるという効果がある。
【００５４】
又、本発明は、光学集積回路の全ての電極を半導体基板の上方に形成することにより、光通信装置用モジュールの搭載装置に装着の際、ワイヤボンディング工程が不必要であるため、光通信装置モジュールの組立費用が節減され、組立が容易になってその組立時間が短縮されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
光通信用送受信装置モジュールの分解斜視図で、従来技術による光学集積回路素子（レーザーダイオードチップ）と光ファイバを手動整列させる方法を説明するための図である。
【図２】
従来技術による光学集積回路素子（レーザーダイオードチップ）が光ファイバに手動整列されるように搭載装置に搭載されたことを示す光通信用送受信装置モジュールの断面図である。
【図３】
本発明による光学集積回路素子の断面図である。
【図４】
本発明による光学集積回路素子を光ファイバに手動整列されるように搭載装置に搭載したことを示す光通信用送受信装置モジュールの断面図である。
【図５】
本発明の一実施例による光学集積回路素子の製造方法を示し、光学集積回路素子の工程順序に従う断面図である。
【符号の説明】
１００：搭載装置
１０１：Ｖ字形グルーブ
１０３：回転調節マーク
１０５：光軸合わせマーク
１１０：光ファイバ
１２０：レーザーダイオードチップ
１２１：活性層
１２３：位置調節マーク
１５０：搭載装置
１５１：Ｖ字形グルーブ
１５２：凹部
１５２ａ、１５２ｂ：凹部の側壁
１６０：光ファイバ
１７０：光学集積回路素子
１７１：凸部
１７１ａ、１７１ｂ：凸部の側面
３００：光学集積回路素子
３０１：半導体基板
３０２：活性層
３０３：第１電流遮断層
３０４：第２電流遮断層
３０５：クラッド層
３０６：凸部の側壁（傾斜面）
３０７：第１電極
３０８：第２電極
３０９：保護膜
３１０：凸部
４００：搭載装置
４０１：凹部
４０２：第３電極
４０３：第４電極
５０１：半導体基板
５０２：活性層
５０３：第１電流遮断層
５０４：第２電流遮断層
５０５：クラッド層
５０６：食刻マスク層
５０７：シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜
５０７ａ：保護膜
５０８：第１電極
５０９：第２電極
５１０：凸部
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用送受信装置及びこれに用いられる光学集積回路素子に係るもので、特に光通信用送受信装置モジュールの組立の際、光学集積回路素子と光ファイバの位置整列（位置合せ）が容易で、且つ位置整列時間が短く、光学集積回路素子の角部が破損する現象を防止する光学集積回路素子及びその製造方法を提供する。又、この光学集積回路素子を用いて製造した光通信用送受信装置のモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気信号を光信号に、或いは光信号を電気信号に変える光通信用送受信装置モジュールの光源（レーザーダイオードチップ及びフォトダイオードチップのような光学集積回路素子）と光ファイバを整列させるには能動整列方式（ａｃｔｉｖｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）と手動整列方式（ｐａｓｓｉｖｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）の２方法が用いられる。
【０００３】
前記能動整列方式はレーザーダイオードと光ファイバを整列する際において、多くの時間が所要されることにより量産性が低下し、能動整列のために多くの部品が所要されて、低価格化が難しくなるという短所がある。
【０００４】
従って、レーザーダイオードに電流を流さずに、レーザーダイオードと光ファイバを直接結合させる方法の手動整列方式が多く用いられている。
【０００５】
図１（ａ）は従来技術による光学集積回路素子と光ファイバの手動整列方法を説明するための光通信用送受信装置モジュールの簡単な分解斜視図である。
【０００６】
図示したように、光通信用送受信装置モジュールは、光学集積回路素子及び光ファイバなどを搭載するための搭載装置１００と、前記搭載装置１００の一側上部には長いＶ字形グルーブ１０１上に設置された光ファイバ１１０と、前記光ファイバ１１０の一側に設置された光学集積回路素子（ここではレーザーダイオード）１２０とから構成される。このとき、前記レーザーダイオードチップ１２０の発光部の活性層１２１が前記光ファイバの中央に位置するように、前記レーザーダイオードチップ１２０を前記搭載装置１００の上面に位置整列して付するべきである。
【０００７】
正確な位置整列のため、搭載装置１００の上面には回転調節マーク１０３及び光軸合わせマーク１０５が形成され、前記レーザーダイオード１２０には位置調節マーク１２３が形成される。図１（ａ）は、赤外線カメラを用いて図１（ａ）に示した多様なマークの位置が整列されたかどうかを確認する方法で、光ファイバ１１０とレーザーダイオードチップ１２０の活性層１２１を整合させる方法を示す図である。
【０００８】
図１（ｂ）は、従来技術による光学集積回路素子と光ファイバの位置整列方法の他の例を説明するための、他の光通信用送受信装置モジュールの分解斜視図である。
【０００９】
図示したように、搭載装置１５０の一側上面にはＶ字形グルーブ１５１が形成され、前記Ｖ字形グルーブ１５１の上部に光ファイバ１６０が設置される。又、前記Ｖ字形グルーブ１５１の一側には光学集積回路素子１７０を搭載するための凹部１５２が形成される。前記光学集積回路素子１７０の表面には前記凹部１５２に対応する凸部１７１が形成される。前記光学集積回路素子１７０の凸部１７１を前記搭載装置１５０の凹部１５２に嵌合することにより、光ファイバ１６０と前記光学集積回路素子１７０の活性層１７２を整合させることができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、上記のような従来の位置整列方法は以下のような問題点があった。
【００１１】
図１（ａ）に示した方法は、光学集積回路素子と光ファイバを整列させる際において部品の数を減らし得るという効果はあるが、精密な分解能を要する高価なフリップチップボンダー（ｆｌｉｐ ｃｈｉｐ ｂｏｎｄｅｒ）を用いなければならないため、装備の設置費用が高いという短所があり、又、工程時間の面では能動整列方式よりも長く有利でない。又、図１（ｂ）に示した方法は図２（ｂ）に示したような問題がある。図２（ａ）及び図２（ｂ）は図１（ｂ）の光学集積回路素子１７０を搭載装置１５０に搭載した後にＩＩａ−ＩＩａに従い切断した縦断面図である。
【００１２】
即ち、図２（ａ）は従来の光学集積回路素子１７０の上面に形成した凸部１７１の理想的な形状を示し、その側面１７２ａが垂直のプロファイルをもつように形成される。図２（ｂ）は実際の製造工程で製造された光学集積回路素子１７０の凸部１７１を示し、その側面１７２ｂが逆テーパ形状をもつ。
【００１３】
一般に、図２（ａ）、図２（ｂ）に示したように、搭載装置１５０の凹部の大きさＬ１が光学集積回路素子１７０の凸部１７１の大きさＬ２よりも大きく形成される。そこで、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したように、前記凸部１７１を搭載装置１５０の凹部１５２に挿入した後、光軸整列のために凹部１５２の一側壁１５２ａ，１５２ｂと前記凸部１７１の一側壁１７１ａ，１７１ｂが互いに接触するように前記光学集積回路素子１５０を水平方向に移動させる。このとき、図２（ａ）のように垂直の側壁プロファイルをもつ凸部１７１の場合、凹部１５２に挿入される過程において凸部１７１を挿入するときに凸部１７１の端部Ａが搭載装置１５０の上面にぶつかって破損するという問題点があった。
【００１４】
又、図２（ｂ）のように逆テーパ状の側壁プロファイルをもつ凸部１７１の場合、凸部１７１の端部Ｂが搭載装置の凹部１５０の側壁にぶつかって破損する現象が発生して、光学集積回路素子の不良の原因となるという問題点があった。又、前記逆テーパ状の側壁プロファイルのため光学ファイバと光学集積回路素子との整列の整合性が低下する原因となる。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、光通信用送受信装置モジュールの組立の際、光学集積回路素子と光ファイバの位置整列が容易であり、位置整列時間が短く、且つ光学集積回路素子の端部が破損する現象を防止し得る光学集積回路素子及びその製造方法を提供することにある。
【００１６】
又、本発明の他の目的は、このような光学集積回路素子を用いた光通信用送受信装置モジュールを提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため本発明による光学集積回路素子は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に形成されテーパ状の側面をもつ凸部と、前記凸部の側壁面に形成された保護膜と、前記凸部の上面に形成された第１電極と、前記半導体基板の上面に形成された第２電極と、から構成され、前記凸部は第１電流遮断層、第２電流遮断層、及びクラッド層からなる多層膜であることを特徴とする。
【００１８】
又、本発明による光学集積回路素子の前記凸部の側壁面の傾斜度は半導体基板表面に垂直な軸から１０−７０°だけ傾いたことを特徴とする。
【００１９】
又、本発明による光学集積回路素子の前記保護膜は、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする。
【００２０】
又、このような本発明を達成するため本発明による光学集積回路素子の製造方法は、半導体基板の上面にＭＯＣＶＤ法を用いて活性層を選択的に成長させる工程と、前記活性層の両側の前記半導体基板の上面にＭＯＣＶＤ法を用いて第１電流遮断層を選択的に成長させる工程と、前記第１電流遮断層の上面に第２電流遮断層を選択的に成長させる工程と、前記第２電流遮断層の上面及び前記活性層の上部にクラッド層を成長させる工程と、前記活性層上部の前記クラッド層上面に食刻マスクを形成する工程と、前記食刻マスクにより覆われない部分の前記クラッド層、前記第２電流遮断層及び第１電流遮断層を順次食刻して半導体基板の上面を露出させる工程と、前記食刻マスクを除去する工程と、前記クラッド層、第２電流遮断層、及び第１電流遮断層の側壁に保護膜を形成する工程と、前記保護膜の上面に第１電極を形成し、前記半導体基板の上面に第２電極を形成する工程と、を含む。
【００２１】
又、本発明による光学集積回路素子の製造方法において前記食刻する工程は、化学的食刻法によることを特徴とする。
【００２２】
又、本発明による光学集積回路素子の製造方法において前記化学的食刻法の食刻溶液はＨＣｌ：Ｐ３ＯＨ、或いはＨＣｌ：ＣＨ３ＣＯＯＨであることを特徴とする。
【００２３】
又、本発明による光学集積回路素子の製造方法において前記保護膜は、シリコン酸化膜或いはシリコン窒化膜であることを特徴とする。
【００２４】
又、本発明による光通信用送受信装置モジュールは、半導体基板と、前記半導体基板の上面に形成されテーパ状の側面をもつ凸部と、前記凸部の側壁面に形成された保護膜と、前記凸部の上面に形成された第１電極と、前記半導体基板の上面に形成された第２電極とを含んで構成され、前記凸部は、第１電流遮断層、第２電流遮断層、及びクラッド層からなる多層膜であることを特徴とする光学集積回路素子と、上面中央部に逆テーパ状の側壁プロファイルをもつ凹部が形成された搭載装置と、前記搭載装置内に一部分が埋設され、他の一部分は前記凹部の底面に延長形成された第３電極と、前記搭載装置の縁部の上面に形成された第４電極と、を含み、前記搭載装置の凹部の底面に形成された第３電極と前記光学集積回路素子の第１電極とが接触し、前記光学集積回路素子の第２電極と前記第４電極とが接触し、前記保護膜と前記凹部の一側側壁とが接するように構成することにより、光ファイバと光学集積回路素子が自動に手動整列されることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳しく説明する。
【００２６】
図３は本発明による光学集積回路素子の断面図である。本発明で実施例をもって例示した光学集積回路素子３００は光通信用レーザーダイオードチップである。
【００２７】
図示したように、本発明による光学集積回路素子３００は、ベース基板３０１のｐ型又はｎ型のＩｎＰ半導体基板３０１と、前記ベース基板３０１の上面中央部に形成された活性層３０２と、前記活性層３０２の両側の前記ベース基板３０１の上面に形成された第１電流遮断層３０３と、前記第１電流遮断層３０３の上面に形成された第２電流遮断層３０４と、前記第２電流遮断層３０４の上面及び前記活性層３０２の上面に形成されたクラッド層３０５と、から構成される。前記半導体基板３０１の上面に順次積層された第１電流遮断層３０３、第２電流遮断層３０４、及び前記クラッド層３０５は全て下方よりも上方の幅が狭くなるように形成され、前記第１電流遮断層３０３、第２電流遮断層３０４、及びクラッド層３０５の側面は全て傾斜をなしている。前記第１電流遮断層３０３と第２電流遮断層３０４と前記クラッド層３０５の側面、即ち、傾斜面を図面符号３０６で表示する。以下、説明の便のために前記第１電流遮断層３０３、第２電流遮断層３０４及び前記クラッド層３０５からなる多層膜を凸部３１０と定義する。前記凸部３１０はテーパ状の側壁プロファイルをもつ。前記凸部３１０の側面の傾斜角度は前記半導体基板３０１の表面に垂直な軸を基準に１０−７０°程度が好ましい。
【００２８】
前記クラッド層３０５の上面には第１電極３０７が形成され、前記半導体基板３０１の縁部の上面には第２電極３０８が形成される。又、前記第１電極３０７と第２電極３０８との間の前記傾斜面３０６の上面には保護膜３０９が形成される。前記保護膜３０９は又前記クラッド層３０５の上面の一部にまで延長され、半導体基板３０１の上面の一部を覆っている。
【００２９】
前記図３に示した本発明の光学集積回路素子は第１電極及び第２電極が全て半導体基板の上方に形成される。後で光通信用送受信装置モジュールの組立の際、ワイヤボンディング工程を省略できるという効果がある。
【００３０】
一方、前記図３による光学集積回路素子を用いて製造した本発明による光通信用送受信装置モジュールの断面図を図４に示す。
【００３１】
図４は搭載装置（ＳｉＯＢ：Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅｎｃｈ）の上面に図３の光学集積回路素子３００を搭載した状態を示し、図３と図４で同じ符号は同じ構成要素を示す。
【００３２】
図示したように、光通信用送受信モジュールは上面中央部に凹部４０１をもつ搭載装置４００と、前記凹部４０１に搭載された光学集積回路素子３００から構成される。前記凹部４０１の大きさＡ１は前記凸部３１０の大きさＡ２よりも約１ミクロンメートル程度大きく形成される。又、前記凹部４０１の側壁プロファイルは逆テーパ状に形成される。
【００３３】
又、前記搭載装置４００には前記光学集積回路素子の第１電極３０７と電気的に連結された第３電極４０２が埋設され、前記第３電極４０２は前記凹部４０１の上面にまで延長形成される。
【００３４】
前記光学集積回路素子３００の第１電極３０７は前記凹部４０１の上面に形成された前記第３電極４０２と接触される。
【００３５】
又、前記搭載装置４００の上面縁部には光学集積回路素子３００の第２電極３０８と連結するための第４電極４０３が形成され、前記第２電極３０７と第４電極４０３と接触される。
【００３６】
又、前記搭載装置４００の凹部４０１の一側壁４０１ａは前記光学集積回路素子３００の一側傾斜面３０６の上面に形成された保護膜３０９と物理的に接触するように構成される。
【００３７】
前記図４のような構造のモジュールを製造する方法は、図４に示した搭載装置４００の凹部４０１の中央部に前記光学集積回路素子３００の凸部３１０が位置するように位置整列をした後、前記凸部３１０が前記凹部４０１内に挿入されるように前記光学集積回路素子３００を上方から力を加えて押す。次に、前記光学集積回路素子３００を側方向に押して前記凸部３１０の側面、即ち、傾斜面３０６に形成された保護膜３０９が前記凹部４０１の側壁４０１ａに物理的に当接するようにして、光ファイバ（図示せず）と前記光学集積回路素子３００の位置が自動的に整列されるようになる。
【００３８】
図４に示したように、本発明による光学集積回路素子３００と光通信用送受信装置モジュールを製造するための搭載装置４００は、それぞれ電極を直接接触させることにより電気的に連結され、導電性ワイヤを形成する工程が必要でなく、モジュールの製造工程が簡単で、迅速且つ経済的であるという長所がある。
【００３９】
又、図４に示したように、本発明による光通信用送受信装置モジュールは、光学集積回路素子３００の凸部３１０を単純に搭載装置４００の凹部４０１に嵌合することにより、光ファイバと光学集積回路素子３００の位置整列が自動になされるという長所がある。又、前記凸部３１０及び凹部４０１はそれぞれテーパ状の側壁と逆テーパ状の側壁を有するので、光学集積回路素子３００を搭載装置４００に嵌合するとき、光学集積回路素子３００の角部分が破損される憂いがない。又、光学集積回路素子３００の凸部３１０の傾斜面３０６を覆っている保護膜３０９は光学集積回路素子３００が前記搭載装置４００に挿入されるとき、前記光学集積回路素子３００が物理的に損傷を受けることを防止するだけでなく、凸部３１０が凹部４０１内にスムーズに安着されるように挿入を円滑にする役割をする。又、前記保護膜３０９は光学集積回路素子３００と前記搭載装置４００が電極の他の不必要な他の部分が互いに接触することを防止することにより、光通信用送受信モジュールの電気的な信頼性を高める役割をする。
【００４０】
以下、本発明による光学集積回路素子の製造方法を、図５を用いて説明する。
【００４１】
先ず、図５（ａ）に示すように、ｎ−ＩｎＰ半導体基板５０１の上面に一般的によく知られたＭＯＣＶＤ法を用いて、活性層５０２、第１電流遮断層５０３及び第２電流遮断層５０４を製造する。
【００４２】
次いで、図５（ｂ）に示すように、前記第２電流遮断層５０４及び前記活性層５０２の上部にクラッド層５０５を成長させる。
【００４３】
次いで、図５（ｃ）に示すように、前記クラッド層５０５上面に食刻マスク層５０６を形成する。前記食刻マスク層５０６はシリコン酸化膜或いはシリコン窒化膜を前記クラッド層の上面に形成した後、フォトリソグラフィ工程と食刻工程を用いて前記酸化膜またはシリコン窒化膜をパターニングして形成する。
【００４４】
前記食刻マスク層５０６は活性層の上部に位置するように形成し、その大きさは活性層の中心から両側にそれぞれ７５ミクロンメートルになるように形成するのが好ましい。
【００４５】
次いで、図５（ｄ）に示すように、前記半導体基板５０１の上面が露出されるまで化学的食刻法を用いて前記クラッド層５０５、第２電流遮断層５０４、及び第１電流遮断層５０３を順次食刻することにより、半導体基板５０１上にクラッド層５０５、第２電流遮断層５０４、及び第１電流遮断層５０３の多層からなる梯形の凸部５１０を形成する。このとき、食刻溶液はＨＣｌ：Ｐ３ＯＨまたはＨＣｌ：ＣＨ３ＣＯＯＨである。前記食刻工程は化学的食刻法であるため、アンダーカット現象が発生して、凸部５１０の側面は傾斜面をなす。
【００４６】
次いで、図５（ｅ）に示すように、前記図５（ｄ）の構造の全面にシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜５０７を蒸着する。
【００４７】
次いで、図５（ｆ）に示すように、前記シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜５０７をパターニングして前記半導体基板５０１の上面及び前記クラッド層５０５の上面を露出させると共に保護膜５０７ａを形成する。
【００４８】
次いで、図５（ｇ）に示すように、前記クラッド層５０５の上面に第１電極５０８を形成し、前記半導体基板５０１の上面に第２電極５０９を形成して本発明による光学集積回路素子の製造を完了する。
【００４９】
前記本発明の実施例ではレーザーダイオードチップを例に挙げて説明したが、フォトダイオードチップに対しても前記レーザーダイオードチップの製造方法と同一な製造工程を通じて光ファイバと容易に整列させることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明は、光通信用送受信装置モジュールの光学集積回路素子と光ファイバを整列させる際において、整列の際に位置調節が容易になるように凹部の形成されたレーザーダイオードチップを用いることにより、光学集積回路素子と光ファイバの手動整列を迅速且つ簡便に行い得るという効果がある。
【００５１】
又、精密な分解能を要する高価なフリップチップボンダーが必要でなく、数千個の光学集積回路素子を同時にダイボンディングすることが可能であり、前記光学集積回路素子と光ファイバとの整列時間を画期的に短縮することにより、光通信用送受信装置モジュールの値段を非常に低くすることができるという効果がある。
【００５２】
光学集積回路素子の凸部の角に保護膜を形成することにより、搭載装置の凹部に前記集積回路素子を装着するとき、光学集積回路素子の凹部の破損を防止して製品の不良発生を減らし得るという効果がある。
【００５３】
又、前記保護膜を形成することにより、光学集積回路素子を光通信用送受信モジュールに組立てる際、搭載装置の凹部に前記光学集積回路素子の凸部がスムーズに安着されるようにして、モジュールの組立が簡便且つ容易であるという効果がある。
【００５４】
又、本発明は、光学集積回路の全ての電極を半導体基板の上方に形成することにより、光通信装置用モジュールの搭載装置に装着の際、ワイヤボンディング工程が不必要であるため、光通信装置モジュールの組立費用が節減され、組立が容易になってその組立時間が短縮されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
光通信用送受信装置モジュールの分解斜視図で、従来技術による光学集積回路素子（レーザーダイオードチップ）と光ファイバを手動整列させる方法を説明するための図である。
【図２】
従来技術による光学集積回路素子（レーザーダイオードチップ）が光ファイバに手動整列されるように搭載装置に搭載されたことを示す光通信用送受信装置モジュールの断面図である。
【図３】
本発明による光学集積回路素子の断面図である。
【図４】
本発明による光学集積回路素子を光ファイバに手動整列されるように搭載装置に搭載したことを示す光通信用送受信装置モジュールの断面図である。
【図５】
本発明の一実施例による光学集積回路素子の製造方法を示し、光学集積回路素子の工程順序に従う断面図である。
【符号の説明】
１００：搭載装置
１０１：Ｖ字形グルーブ
１０３：回転調節マーク
１０５：光軸合わせマーク
１１０：光ファイバ
１２０：レーザーダイオードチップ
１２１：活性層
１２３：位置調節マーク
１５０：搭載装置
１５１：Ｖ字形グルーブ
１５２：凹部
１５２ａ、１５２ｂ：凹部の側壁
１６０：光ファイバ
１７０：光学集積回路素子
１７１：凸部
１７１ａ、１７１ｂ：凸部の側面
３００：光学集積回路素子
３０１：半導体基板
３０２：活性層
３０３：第１電流遮断層
３０４：第２電流遮断層
３０５：クラッド層
３０６：凸部の側壁（傾斜面）
３０７：第１電極
３０８：第２電極
３０９：保護膜
３１０：凸部
４００：搭載装置
４０１：凹部
４０２：第３電極
４０３：第４電極
５０１：半導体基板
５０２：活性層
５０３：第１電流遮断層
５０４：第２電流遮断層
５０５：クラッド層
５０６：食刻マスク層
５０７：シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜
５０７ａ：保護膜
５０８：第１電極
５０９：第２電極
５１０：凸部
Claims (8)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の上面に形成されテーパ状の側面をもつ凸部と、
前記凸部の側壁面に形成された保護膜と、
前記凸部の上面に形成された第１電極と、
前記半導体基板の上面に形成された第２電極と、から構成され、
前記凸部は第１電流遮断層、第２電流遮断層、及びクラッド層からなる多層膜であることを特徴とする光学集積回路素子。 - 前記凸部の側壁面の傾斜度は半導体基板表面に対する垂直方向から１０−７０°だけ傾いたことを特徴とする請求項１に記載の光学集積回路素子。
- 前記保護膜はシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１に記載の光学集積回路素子。
- 半導体基板の上面にＭＯＣＶＤ法を用いて活性層を選択的に成長させる工程と、
前記活性層の両側の前記半導体基板の上面にＭＯＣＶＤ法を用いて第１電流遮断層を選択的に成長させる工程と、
前記第１電流遮断層の上面に第２電流遮断層を選択的に成長させる工程と、
前記第２電流遮断層の上面及び前記活性層の上部にクラッド層を成長させる工程と、
前記活性層上部の前記クラッド層上面に食刻マスクを形成する工程と、
前記食刻マスクにより覆われない部分の前記クラッド層、前記第２電流遮断層及び第１電流遮断層を順次食刻して半導体基板の上面を露出させる工程と、
前記食刻マスクを除去する工程と、
前記クラッド層、第２電流遮断層、及び第１電流遮断層の側壁に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜の上面に第１電極を形成し、前記半導体基板の上面に第２電極を形成する工程と、を含む光学集積回路素子の製造方法。 - 前記食刻する工程は化学的食刻法によることを特徴とする請求項４に記載の光学集積回路素子の製造方法。
- 前記化学的食刻法において食刻溶液はＨＣｌ：Ｐ３ＯＨ、或いはＨＣｌ：ＣＨ３ＣＯＯＨであることを特徴とする請求項５に記載の光学集積回路素子の製造方法。
- 前記保護膜はシリコン酸化膜或いはシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項４に記載の光学集積回路素子の製造方法。
- 半導体基板と、前記半導体基板の上面に形成されテーパ状の側面をもつ凸部と、前記凸部の側壁面に形成された保護膜と、前記凸部の上面に形成された第１電極と、前記半導体基板の上面に形成された第２電極とを含んで構成され、前記凸部は、第１電流遮断層、第２電流遮断層、及びクラッド層からなる多層膜であることを特徴とする光学集積回路素子と、
上面中央部に逆テーパ状の側壁プロファイルをもつ凹部が形成された搭載装置と、
前記搭載装置内に一部分が埋設され、他の一部分は前記凹部の底面に延長形成された第３電極と、
前記搭載装置の縁部の上面に形成された第４電極と、を含み、
前記搭載装置の凹部の底面に形成された第３電極と前記光学集積回路素子の第１電極とが接触し、前記光学集積回路素子の第２電極と前記第４電極とが接触し、前記保護膜と前記凹部の一側壁とが接するように構成することにより、光ファイバと光学集積回路素子が自動に手動整列されることを特徴とする光通信用送受信装置モジュール。
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