JP2018093033A - 光モジュール及び光モジュールの製造方法 - Google Patents

光モジュール及び光モジュールの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】光素子が高い位置精度で基板上に搭載された光モジュールを実現する。
【解決手段】光モジュール１は、下面２０ｂにパッド２７群を有する半導体レーザ２０と、下面２０ｂと対向する凹部１２の底面１２ｂにパッド２７群の各々に対応したパッド１７群を有するシリコンフォトニクスチップ１０とを含む。パッド２７群とパッド１７群とは各々半田３０で接合され、平面視で、対応するパッド２７とパッド１７とが部分的に重複し、且つ、パッド２７群の重心Ｇ２とパッド１７群の重心Ｇ１とが一致する。接合時に溶融される半田３０の表面張力により、半導体レーザ２０が高い位置精度でシリコンフォトニクスチップ１０上に搭載される。
【選択図】図５

Description

本発明は、光モジュール及び光モジュールの製造方法に関する。
半導体レーザ等の光素子を、半田を用いて基板上に搭載する技術が知られている。例えば、半田の表面張力によるセルフアライメント効果を利用し、光素子と基板に互いに同間隔で設けた電極パッド群同士を半田接合する手法や、光素子とそれよりも小さな平面サイズで基板に設けた下地金属層群とを半田接合する手法が知られている。
特開平７−２３５５６６号公報 特開２００５−３８９７０号公報
セルフアライメント効果を利用した半田接合で光素子を基板上に搭載するこれまでの手法では、基板に対する光素子の位置精度が十分に得られない場合がある。例えば、光素子と基板との半田接合時に、揺れ、振動、傾き等の外乱が加わると、基板に対して光素子に位置ずれが生じることも起こり得る。
一観点によれば、第１面に設けられた第１パッド群を有する光素子と、前記第１面と対向する第２面に、前記第１パッド群の各々に対応して設けられた第２パッド群を有する基板と、前記第１パッド群と前記第２パッド群とを各々接合する半田群とを含み、平面視で、対応する前記第１パッドと前記第２パッドとが部分的に重複し、且つ、前記第１パッド群の重心と前記第２パッド群の重心とが一致する光モジュールが提供される。
また、一観点によれば、第１面に設けられた第１パッド群を有する光素子と、第２面に前記第１パッド群の各々に対応して設けられた第２パッド群を有する基板とを、前記第１面と前記第２面とを対向させて配置する工程と、前記第１パッド群と前記第２パッド群とを各々半田群で接合する工程とを含み、前記第１パッド群と前記第２パッド群とは、前記半田群で接合された時に、平面視で、対応する前記第１パッドと前記第２パッドとが部分的に重複し、且つ、前記第１パッド群の重心と前記第２パッド群の重心とが一致するように設けられる光モジュールの製造方法が提供される。
光素子が高い位置精度で基板上に搭載された光モジュールを実現することができる。
光素子を基板上に搭載する方法の一例の説明図（その１）である。 光素子を基板上に搭載する方法の一例の説明図（その２）である。 光素子を基板上に搭載する方法の別例の説明図（その１）である。 光素子を基板上に搭載する方法の別例の説明図（その２）である。 第１の実施の形態に係る光モジュールの一例を示す図である。 第１の実施の形態に係る光モジュールのパッド群配置の説明図である。 第１の実施の形態に係る光モジュール形成の説明図である。 第１の実施の形態に係る半田接合の説明図である。 第２の実施の形態に係る接合部の構成例を示す図である。 第３の実施の形態に係る光モジュールの第１の例を示す図である。 第３の実施の形態に係る光モジュールの第２の例を示す図である。 第３の実施の形態に係る光モジュールの第３の例を示す図である。 第３の実施の形態に係る光モジュールの第４の例を示す図である。 第４の実施の形態に係る光モジュールの一例を示す図である。 第５の実施の形態に係る光モジュールの一例を示す図である。 第６の実施の形態に係る電子機器の説明図である。
はじめに、光素子を基板上に搭載する方法の一例について、図１及び図２を参照して説明する。ここでは、光素子として半導体レーザを用い、基板としてシリコンフォトニクスチップを用いた場合を例にして説明する。
図１（Ａ）は、半導体レーザのシリコンフォトニクスチップ上への搭載工程の一例の要部側面模式図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のシリコンフォトニクスチップを半導体レーザと対向される面側から見た要部平面模式図である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の半導体レーザをシリコンフォトニクスチップと対向される面側から見た要部平面模式図である。
図１（Ａ）に示すように、シリコンフォトニクスチップ１０Ａ上に、半田３０Ａを用いて半導体レーザ２０Ａが搭載される。
シリコンフォトニクスチップ１０Ａは、シリコン（Ｓｉ）基板やＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて形成される。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すように、シリコンフォトニクスチップ１０Ａは、光導波路１１、及び有底の凹部１２を有する。凹部１２に半導体レーザ２０Ａが搭載される。光導波路１１は、例えば、その端部１１ａが凹部１２の側壁１２ａに位置するように設けられる。凹部１２の底面１２ｂには、複数のスタンドオフ１３及び複数の認識マーク１４、並びに銅（Ｃｕ）等の各種導体材料が用いられた導体層１５が設けられる。尚、図１（Ｂ）では、導体層１５の図示を省略している。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すスタンドオフ１３は、各種材料を用いて形成することができる。スタンドオフ１３は、例えば、シリコン基板やＳＯＩ基板の一部のシリコンで形成される。スタンドオフ１３は、その上端に半導体レーザ２０Ａが当接して搭載された時に、半導体レーザ２０Ａの出射部２１ａの、凹部１２の底面１２ｂからの高さが、光導波路１１の端部１１ａの、凹部１２の底面１２ｂからの高さに一致するような高さに設定される。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す認識マーク１４は、赤外線５１が透過するような材料を用いて形成される。認識マーク１４は、例えば、シリコン基板やＳＯＩ基板の一部のシリコンによって、円柱状に形成される。認識マーク１４は、凹部１２の底面１２ｂからの高さが、スタンドオフ１３と同じか又はそれよりも低くなるように設定される。認識マーク１４は、凹部１２の底面１２ｂの、搭載される半導体レーザ２０Ａの所定部位と対向する位置、この例では、半導体レーザ２０Ａの認識マーク２２の内側部位と対向する位置に、設けられる。
半導体レーザ２０Ａは、例えば、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系、インジウムリン（ＩｎＰ）系、窒化ガリウム（ＧａＮ）系といった各種化合物半導体材料を用いて形成される。図１（Ａ）及び図１（Ｃ）に示すように、半導体レーザ２０Ａは、発光部である活性層２１を有し、活性層２１で発生した光を、端面の出射部２１ａからレーザ光として出射する。尚、ここでは図示を省略するが、半導体レーザ２０Ａの、シリコンフォトニクスチップ１０Ａの凹部１２の底面１２ｂと対向する面（下面）２０ｂ、及びそれとは反対側の面（上面）２０ａには、それぞれ電極が設けられる。
半導体レーザ２０Ａの下面２０ｂには更に、認識マーク２２が設けられる。認識マーク２２は、赤外線５１が透過しない材料、或いはシリコンフォトニクスチップ１０Ａの認識マーク１４に比べて赤外線５１の透過率が低い材料を用いて形成される。認識マーク２２は、例えば、平面視で、下面２０ｂに設けられる電極（図示せず）とは分離されて、金属等の材料を用いてドーナツ状に形成される。認識マーク２２は、半導体レーザ２０Ａの下面２０ｂの、シリコンフォトニクスチップ１０Ａの所定部位と対向する位置に、設けられる。この例では、半導体レーザ２０Ａの搭載時に、ドーナツ状の認識マーク２２の内側部位が、シリコンフォトニクスチップ１０Ａの認識マーク１４と対向する位置に、設けられる。
シリコンフォトニクスチップ１０Ａ上に半導体レーザ２０Ａが搭載される際には、シリコンフォトニクスチップ１０Ａの凹部１２に半田３０Ａが設けられる。半田３０Ａが設けられた凹部１２に、ボンディングツールのヘッド４０で保持された半導体レーザ２０Ａが搬送される。そして、シリコンフォトニクスチップ１０Ａ側から、ヘッド４０で保持された半導体レーザ２０Ａ側に向かって、シリコンフォトニクスチップ１０Ａの認識マーク１４の位置に対して赤外線５１が照射され、透過した赤外線５１が赤外線カメラ５２で撮像される。
ここで、シリコンフォトニクスチップ１０Ａ及びその認識マーク１４、並びに半導体レーザ２０Ａには、赤外線５１を透過する半導体材料や化合物半導体材料が用いられる。ヘッド４０には、赤外線５１が透過するガラス等の材料が用いられる。一方、半導体レーザ２０Ａの認識マーク２２には、赤外線５１が透過しない又は透過し難い金属等の材料が用いられる。このような赤外線５１の透過性の違いから、赤外線カメラ５２の像を用い、半導体レーザ２０Ａの認識マーク２２の内側部位に対向してシリコンフォトニクスチップ１０Ａの認識マーク１４が位置するように、ヘッド４０で半導体レーザ２０Ａの位置が調整される。
図２は赤外線カメラで取得される像の一例を示す図である。
シリコンフォトニクスチップ１０Ａ及びその円柱状の認識マーク１４は、赤外線５１を透過するが、認識マーク１４が底面１２ｂから突出して出来た段差により、図２に示すように、取得される像５０には、認識マーク１４の外周１４ａが影になって映し出される。一方、半導体レーザ２０Ａのドーナツ状の認識マーク２２は、赤外線５１を透過しない又は透過し難いため、図２に示すように、取得される像５０には、認識マーク２２がドーナツ状の影になって映し出される。像５０において、このドーナツ状の認識マーク２２の内側部位にシリコンフォトニクスチップ１０Ａの認識マーク１４が位置するように、ヘッド４０で半導体レーザ２０Ａの位置が調整される。例えば、認識マーク２２の中心が認識マーク１４（外周１４ａ）の中心と一致するように、半導体レーザ２０Ａの位置が調整される。
このようにして半導体レーザ２０Ａの位置が調整され、半導体レーザ２０Ａが所定位置に合わされた時に、半導体レーザ２０Ａの出射部２１ａとシリコンフォトニクスチップ１０Ａの光導波路１１とのＸ，Ｙ方向の位置が合わせられるようになっている。即ち、そうなるように予め認識マーク２２及び認識マーク１４が形成されている。
Ｘ，Ｙ方向の位置合わせ後は、ヘッド４０で半導体レーザ２０Ａがシリコンフォトニクスチップ１０Ａ側に押圧されると共に、加熱により半田３０Ａが溶融され、その後冷却される。これにより、半導体レーザ２０Ａの下面２０ｂ（そこに設けられた図示しない電極）と、シリコンフォトニクスチップ１０Ａの底面１２ｂに設けられた導体層１５とが、半田３０Ａで接合される。半導体レーザ２０Ａの出射部２１ａとシリコンフォトニクスチップ１０Ａの光導波路１１とのＺ方向の位置は、スタンドオフ１３の底面１２ｂからの高さで合わせられるようになっている。即ち、そうなるように予めスタンドオフ１３が形成されている。
以上のような方法により、半導体レーザ２０Ａがシリコンフォトニクスチップ１０Ａ上に、出射部２１ａが光導波路１１に位置合わせ（光軸合わせ）されて、搭載される。上記の方法では、半導体レーザ２０Ａの出射部２１ａとシリコンフォトニクスチップ１０Ａの光導波路１１について、例えばシングルモードの場合であれば±０．５μｍ以下といった、比較的高精度の位置合わせが実現される。
しかし、上記の方法では、搭載及び位置合わせに用いる設備が特殊で高額となり、更に、位置合わせに長時間を要する場合がある。そもそも、半導体レーザ２０Ａ及びシリコンフォトニクスチップ１０Ａが赤外線５１の透過しない又は透過し難い材料を主体にして構成されている場合には、上記の方法を適用することが難しい。また、半導体レーザ２０Ａの、ドーナツ状の認識マーク２２の内側部位に入射する赤外線５１の光路上には、赤外線５１が透過しない又は透過し難い材料を用いることができない。そのため、位置合わせに上記の方法を用いる場合、半導体レーザ２０Ａの、赤外線５１の前記光路上には、赤外線５１を透過しない金属等で配線を設けることができず、その配線レイアウトの自由度が低下してしまう。
続いて、光素子を基板上に搭載する方法の別例について、図３及び図４を参照して説明する。
光素子を基板上に搭載する方法の別例として、半田のセルフアライメント効果を利用するものがある。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）はそれぞれ、セルフアライメント効果を利用した半田接合部の一例の要部断面模式図である。
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、光素子１２０に設けられた金属等のパッド１２１と、基板１１０に設けられた金属等のパッド１１１とが、半田１３０を用いて接合される。接合時には、半田１３０の加熱による溶融と、その後の冷却による凝固が行われる。半田１３０は、加熱により溶融されると、その表面積を小さくしようとする表面張力によって一定形状へと変化し、その後、冷却により凝固される。例えば半田１３０は、図３（Ａ）に示すような、中央部が膨らんだ略球状（太鼓状）となり、或いは図３（Ｂ）に示すような、中央部が括れた括れ状（鼓状）となる。このように、溶融時の表面張力によって一定形状となる半田１３０の性質が利用されて、基板１１０上に光素子１２０が位置合わせされて搭載される。
但し、この方法では、十分な位置精度が得られない場合がある。この点について、図４を参照して説明する。ここでは、光素子として半導体レーザを用い、基板としてシリコンフォトニクスチップを用いた場合を例にして説明する。
図４（Ａ）は、半導体レーザのシリコンフォトニクスチップ上への搭載工程の別例の要部側面模式図である。図４（Ｂ）は、半導体レーザのシリコンフォトニクスチップ上への搭載工程の別例の要部平面模式図である。
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、シリコンフォトニクスチップ１０Ｂ上に、半田３０Ｂ群を用いて半導体レーザ２０Ｂが搭載される。
シリコンフォトニクスチップ１０Ｂは、シリコン基板やＳＯＩ基板を用いて形成される。シリコンフォトニクスチップ１０Ｂは、光導波路１１及び凹部１２を有する。凹部１２に半導体レーザ２０Ｂが搭載される。光導波路１１は、例えば、その端部１１ａが凹部１２の側壁１２ａに位置するように設けられる。凹部１２の底面１２ｂには、銅等の各種導体材料が用いられた複数のパッド１６が設けられる。
半導体レーザ２０Ｂは、例えば、ガリウムヒ素系、インジウムリン系、窒化ガリウム系といった各種化合物半導体材料を用いて形成される。半導体レーザ２０Ｂは、発光部である活性層２１で発生した光を、端面の出射部２１ａからレーザ光として出射する。尚、ここでは図示を省略するが、半導体レーザ２０Ｂの、シリコンフォトニクスチップ１０Ｂの凹部１２の底面１２ｂと対向する下面２０ｂ、及びそれとは反対側の上面２０ａには、それぞれ電極が設けられる。半導体レーザ２０Ｂの下面２０ｂには、シリコンフォトニクスチップ１０Ｂのパッド１６群にそれぞれ対応して、複数のパッド２６が設けられる。
対応するパッド１６とパッド２６とは、正常なセルフアライメント効果で接合された時に、半導体レーザ２０Ａの出射部２１ａとシリコンフォトニクスチップ１０Ｂの光導波路１１とのＸ，Ｙ方向の位置が合うように、予め対向位置に形成される。そして、対向位置のパッド１６とパッド２６とが正常なセルフアライメント効果で接合された時に、出射部２１ａと光導波路１１とのＺ方向の位置が合うように、予め半田３０Ｂ群の量が設定される。これにより、対向位置のパッド１６とパッド２６とを半田３０Ｂで接合し、その時に半田３０Ｂが発揮するアライメント効果によって、出射部２１ａと光導波路１１との位置合わせ（光軸合わせ）を行うことが可能になる。
しかし、対向位置のパッド１６とパッド２６とを半田３０Ｂで接合する際に、揺れ、振動、傾き等の外乱が加わり、それによって正常なセルフアライメント効果が得られないと、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すような位置ずれが生じる恐れがある。
即ち、接合時に外乱が加わると、溶融された半田３０Ｂ群の表面張力の釣り合いが崩れ、上記図３（Ａ）等に例示した半田１３０のような、表面張力の釣り合いが取れた一定形状の半田３０Ｂ群が得られないことが起こり得る。その結果、半導体レーザ２０Ｂの出射部２１ａとシリコンフォトニクスチップ１０Ｂの光導波路１１との間には、図４（Ａ）に示すようなＺ方向の位置ずれ（光軸Ｐ１，Ｐ２のずれ）や、図４（Ｂ）に示すようなＸ，Ｙ方向の位置ずれ（光軸Ｐ１，Ｐ２のずれ）が生じる恐れがある。
以上のような点に鑑み、ここでは以下に実施の形態として示すような手法を採用し、光素子の基板上への搭載を行う。
まず、第１の実施の形態について説明する。
ここでは、光素子として半導体レーザを用い、基板としてシリコンフォトニクスチップを用いた場合を例にして説明する。
図５は第１の実施の形態に係る光モジュールの一例を示す図である。図５（Ａ）には、光モジュールの一例の要部側面模式図を示し、図５（Ｂ）には、光モジュールの一例の要部平面模式図を示している。
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す光モジュール１は、シリコンフォトニクスチップ１０、半導体レーザ２０及び半田３０群を含む。
シリコンフォトニクスチップ１０は、シリコン基板やＳＯＩ基板を用いて形成される。シリコンフォトニクスチップ１０は、光導波路１１及び凹部１２を有する。凹部１２に半導体レーザ２０が搭載される。光導波路１１は、例えば、その端部１１ａが凹部１２の側壁１２ａに位置するように設けられる。凹部１２の底面１２ｂには、複数のパッド１７が設けられる。ここでは、凹部１２の底面１２ｂに、平面円形状の４個のパッド１７群を設けた例を示す。
尚、パッド１７は、例えば、凹部１２の底面１２ｂに設けられた下層部と、その上面に設けられた上層部とを含む積層構造とすることができる。この場合、下層部は、例えばシリコン基板やＳＯＩ基板の一部のシリコンで形成することができる。上層部は、例えば後述のように加熱により溶融される半田３０が濡れる銅、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等の材料を用いて形成することができる。また、パッド１７は、上記のような下層部を含まない単層構造、即ち、溶融される半田３０が濡れる材料が凹部１２の底面１２ｂに直接形成された構造とすることもできる。このようなパッド１７の構成例については後述する（第２の実施の形態）。
半導体レーザ２０は、例えば、ガリウムヒ素系、インジウムリン系、窒化ガリウム系といった各種化合物半導体材料を用いて形成される。半導体レーザ２０は、発光部である活性層２１で発生した光を、端面の出射部２１ａからレーザ光として出射する。尚、ここでは図示を省略するが、半導体レーザ２０の、シリコンフォトニクスチップ１０の凹部１２の底面１２ｂと対向する下面２０ｂ及びそれとは反対側の上面２０ａには、それぞれ電極が設けられる。半導体レーザ２０の下面２０ｂには、シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７群にそれぞれ対応して、複数のパッド２７が設けられる。ここでは、半導体レーザ２０の下面２０ｂに、シリコンフォトニクスチップ１０の４個のパッド１７群と同等の平面サイズで平面円形状の４個のパッド２７群が設けられた例を示している。
ここで、シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７群及び半導体レーザ２０のパッド２７群の配置について、上記の図５（Ａ）及び図５（Ｂ）並びに次の図６を参照して説明する。
図６は第１の実施の形態に係る光モジュールのパッド群配置の説明図である。図６には、光モジュールの要部平面模式図を示し、説明の便宜上、シリコンフォトニクスチップ及び半導体レーザの互いのパッド群を透視的に図示し、対応するパッド同士を接合する半田の図示は省略している。
半導体レーザ２０のパッド２７群は、例えば図５（Ａ）及び図５（Ｂ）並びに図６に示すように、下面２０ｂの４隅に設けられる。シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７群は、このような半導体レーザ２０の４隅のパッド２７群にそれぞれ対応して、４個設けられる。シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７群及び半導体レーザ２０のパッド２７群は、平面視で、対応するパッド１７とパッド２７とが部分的に重複し、且つ、パッド１７群の重心Ｇ１とパッド２７群の重心Ｇ２とが一致するように、設けられる。
尚、重心Ｇ１は、シリコンフォトニクスチップ１０の各パッド１７の中心点をＣ１とした時の、その中心点Ｃ１群の重心であり、重心Ｇ２は、半導体レーザ２０の各パッド２７の中心点をＣ２とした時の、その中心点Ｃ２群の重心である。
例えば図５（Ａ）及び図５（Ｂ）並びに図６に示すように、平面視で、対応するパッド１７とパッド２７とが部分的に重複し、パッド１７群の重心Ｇ１とパッド２７群の重心Ｇ２とが一致するように、パッド１７群がパッド２７群の外方にずらされて配置される。パッド１７群及びパッド２７群の、対応するパッド１７とパッド２７とは、平面視で、互いの中心点Ｃ１，Ｃ２がずれた配置となり、中心点Ｃ１，Ｃ２を結ぶベクトルＶが、一致する重心Ｇ１，Ｇ２に向いた配置となる。
例えば上記のように配置されたパッド１７群とパッド２７群とが、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、それぞれ半田３０で接合される。半田３０群には、例えば、スズ（Ｓｎ）を含有する半田材料を用いることができる。光モジュール１は、パッド１７群とパッド２７群とがそれぞれ半田３０で接合されることで、半導体レーザ２０の出射部２１ａとシリコンフォトニクスチップ１０の光導波路１１とのＸ，Ｙ方向及びＺ方向の位置が合い、互いの光軸Ｐが合うようになっている。即ち、そうなるように予めパッド１７群及びパッド２７群の位置、平面サイズ、平面形状、材質等、並びに半田３０群の量、材質等が設定されている。
対応するパッド１７とパッド２７とが上記のように配置されていることで、半導体レーザ２０には、接合時に溶融された半田３０の表面張力による力が、半導体レーザ２０の外方に向かって働くようになる。このような力が働くことで、シリコンフォトニクスチップ１０上に接合される半導体レーザ２０の位置に対する外乱の影響が抑えられる。これにより、シリコンフォトニクスチップ１０上の半導体レーザ２０の位置ずれが抑えられ、互いの光軸Ｐが高精度で合わせられた光モジュール１を得ることが可能になる。この点について、図７及び図８を参照して更に説明する。
図７は第１の実施の形態に係る光モジュール形成の説明図である。図７（Ａ）には、半田接合前の一例の要部側面模式図を示し、図７（Ｂ）には、半田接合前の一例の要部平面模式図を示している。尚、図７（Ｂ）では便宜上、ボンディングツールの図示を省略している。
光導波路１１及び凹部１２が設けられ、その底面１２ｂの所定位置にパッド１７群が設けられた、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すようなシリコンフォトニクスチップ１０の、各パッド１７上に、例えばメッキ法を用いて、半田３０が設けられる。また、活性層２１を有し、下面２０ｂの所定位置にパッド２７群が設けられた、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すような半導体レーザ２０が準備される。
準備された半導体レーザ２０は、ボンディングツールのヘッド４０（図７（Ａ））で保持され、半田３０が各パッド１７上に設けられたシリコンフォトニクスチップ１０の、その凹部１２に搬送される。ヘッド４０で凹部１２に搬送された半導体レーザ２０は、まず、平面視で、そのパッド２７群と、シリコンフォトニクスチップ１０に設けられた半田３０群とが、部分的に重複する程度の比較的ラフな精度で位置合わせされる。
その後、半導体レーザ２０は、ヘッド４０により、シリコンフォトニクスチップ１０側に押圧され（図７（Ａ）に太矢印で図示）、パッド２７群がそれぞれ半田３０群と接触される。それと共に、例えばヘッド４０が備える加熱機構により、半田３０群が加熱され、溶融される。
溶融された各半田３０は、対応するパッド１７の表面（図７（Ａ）における上面）及びパッド２７の表面（図７（Ａ）における下面）に濡れる。溶融された各半田３０には、その表面積を小さくしようとする表面張力が働く。半導体レーザ２０は、溶融された半田３０群の表面張力によって生じる力が釣り合うような位置に変位する。
ここで、図８は第１の実施の形態に係る半田接合の説明図である。図８には、図７（Ｂ）のＬ７−Ｌ７断面に相当する位置における半田接合を模式的に図示している。
上記のように、加熱により溶融され、対応するパッド１７及びパッド２７の表面に濡れた半田３０群には、表面張力が働く。この例では、図８に示すように、シリコンフォトニクスチップ１０の一のパッド１７が、それに対応する半導体レーザ２０のパッド２７に対し、外方にずらされた位置に設けられている。そのため、溶融された半田３０の表面張力により、半導体レーザ２０には、これを外方に引っ張る力Ｆ１が働く。
パッド１７群及びパッド２７群の、対応するパッド１７とパッド２７についてそれぞれ、このような外方に引っ張る力Ｆ１が働き、これらの力Ｆ１が釣り合う位置で、半導体レーザ２０が止まる。例えばこの時に、パッド２７群の重心Ｇ２は、パッド１７群の重心Ｇ１と一致し、対応するパッド１７とパッド２７とは、パッド２７に対してパッド１７が外方にずれた配置となり、中心点Ｃ１，Ｃ２を結ぶベクトルＶが、一致する重心Ｇ１，Ｇ２に向いた配置となる。
このように半導体レーザ２０には、溶融された半田３０群の表面張力により、外方に引っ張られる力Ｆ１が働く。半導体レーザ２０は、半田３０群の溶融時に、揺れ、振動、傾き等の外乱が加わっても、外乱に抗して力Ｆ１で外方に引っ張られ、その力Ｆ１の釣り合いによってＸ，Ｙ方向の位置が決められる。
加熱により溶融された半田３０群は、その後、冷却により凝固される。この凝固時には、半田３０群の体積収縮が起こる。この体積収縮により、半導体レーザ２０には、図８に示すように、これをシリコンフォトニクスチップ１０の凹部１２の底面１２ｂ側に沈み込ませる力Ｆ２が働く。この力Ｆ２により、半導体レーザ２０のＺ方向の位置が決められる。
このような半田３０群の溶融及び凝固が含まれる接合において、半田３０群が発揮する、力Ｆ１及び力Ｆ２によるセルフアライメント効果により、半導体レーザ２０のＸ，Ｙ方向及びＺ方向の位置が決められる。半導体レーザ２０は、このように力Ｆ１及び力Ｆ２によってＸ，Ｙ方向及びＺ方向の位置が決められて接合された時に、そのレーザ光の出射部２１ａが、シリコンフォトニクスチップ１０の光導波路１１の位置に合うようになっている。即ち、半導体レーザ２０をシリコンフォトニクスチップ１０に半田３０群で接合すれば、その半田３０群のセルフアライメント効果によって、半導体レーザ２０とシリコンフォトニクスチップ１０の光軸Ｐが合うようになっている。
半導体レーザ２０及びシリコンフォトニクスチップ１０には、このように半田３０群で接合すればそのセルフアライメント効果によって光軸Ｐが合うように、予めパッド２７群及びパッド群１７群、並びに半田３０群について、設定が行われる。半田３０群で接合すれば光軸Ｐが合った光モジュール１が得られるように、例えば、予めパッド２７群及びパッド群１７群の位置、平面サイズ、平面形状、材質等、並びに半田３０群の量、材質等が設定される。
パッド２７群及びパッド群１７群の位置、平面サイズ、平面形状、材質等、並びに半田３０群の量、材質等は、例えばコンピュータ等を用いた計算によって求めることができる。パッド２７群及びパッド群１７群並びに半田３０群は、半導体分野で利用されている、フォトリソグラフィ技術、エッチング技術、成膜技術、機械加工技術等を用い、上記のようなセルフアライメント効果で光軸Ｐを合わせるのに十分な精度で、形成することができる。
第１の実施の形態で述べた上記手法によれば、半田３０群のセルフアライメント効果を利用するため、赤外線を用いて位置合わせを行う場合（図１及び図２）のような特殊で高額な設備が不要になり、位置合わせに要する時間も短縮される。これにより、光モジュール１を、そのコストの増大を抑えて、効率的に得ることができる。
更に、上記手法によれば、半導体レーザ２０及びシリコンフォトニクスチップ１０を、赤外線を用いて位置合わせを行うことができるような構造（図１及び図２）とすることを要しない。例えば、所定位置に赤外線を透過する認識マークと透過しない認識マークのペアを設ける構造としたり、赤外線の光路上にはそれが透過しないような配線を設けない構造としたりすることを要しない。このような構造的な制約を与えることなく、様々な半導体レーザ２０及びシリコンフォトニクスチップ１０に対し、上記手法を採用することができる。
また、上記手法によれば、半田３０群による接合時に、揺れ、振動、傾き等の外乱の影響を抑えた半田３０群のセルフアライメント効果が実現される。これにより、半導体レーザ２０及びシリコンフォトニクスチップ１０を、外乱の影響を抑えて接合し、それらの光軸Ｐを高精度で合わせることができる。
尚、第１の実施の形態では、１本の光導波路１１を設けたシリコンフォトニクスチップ１０の凹部１２に、１個の半導体レーザ２０を搭載（接合）した光モジュール１を例示したが、光モジュールの構成は、この例に限定されるものではない。
例えば、複数本の光導波路１１を並設したシリコンフォトニクスチップ１０の凹部１２に、複数本の光導波路１１にそれぞれ対応して、同種又は異種の複数個の半導体レーザ２０が搭載されるような構成とされてもよい。この場合、各半導体レーザ２０とシリコンフォトニクスチップ１０との接合部に、第１の実施の形態で述べた上記手法を採用することができる。
また、シリコンフォトニクスチップ１０には、直線状の光導波路１１に限らず、湾曲した又は湾曲した部分を有する光導波路１１が設けられてもよい。更にまた、シリコンフォトニクスチップ１０には、光導波路１１を伝送される光を変調する変調器が設けられてもよい。
次に、第２の実施の形態について説明する。
ここでは、光素子として上記半導体レーザ２０を用い、基板として上記シリコンフォトニクスチップ１０を用い、それらを接合する場合の接合部の構成例を、第２の実施の形態として説明する。
図９は第２の実施の形態に係る接合部の構成例を示す図である。図９（Ａ）は接合部の第１の構成例を示す要部断面模式図、図９（Ｂ）は接合部の第２の構成例を示す要部断面模式図、図９（Ｃ）は接合部の第３の構成例を示す要部断面模式図、図９（Ｄ）は接合部の第４の構成例を示す要部断面模式図である。
図９（Ａ）〜図９（Ｄ）にはそれぞれ、シリコンフォトニクスチップ１０と半導体レーザ２０との接合部の一部分を模式的に図示している。
図９（Ａ）に示すように、シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７は、凹部１２の底面１２ｂに設けられた下層部１７ａと、その上面に設けられた上層部１７ｂとを含む積層構造とすることができる。下層部１７ａは、シリコンフォトニクスチップ１０に用いられるシリコン基板等の一部で形成することができ、上層部１７ｂは、銅等の各種導体材料を用いて形成することができる。図９（Ａ）の例では、上層部１７ｂが、下層部１７ａの上面から凹部１２の底面１２ｂに跨って、形成される。半導体レーザ２０の下面２０ｂには、半導体レーザ２０に電源を供給する電極２３（カソード又はアノード）が設けられる。半導体レーザ２０のパッド２７は、シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７に対してずらされた位置に、電極２３と電気的に接続されて、設けられる。
図９（Ａ）に示すようなパッド２７とパッド１７とが、上記第１の実施の形態で述べたように半田３０で接合されることで、半導体レーザ２０の電極２３が、パッド２７及び半田３０を介して、パッド１７の上層部１７ｂと電気的に接続される。これにより、シリコンフォトニクスチップ１０と半導体レーザ２０との間に電源経路が形成される。このようにシリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７と半導体レーザ２０のパッド２７とは、位置合わせ（光軸合わせ）のほか、電源端子として用いることもできる。
シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７の上層部１７ｂは、図９（Ｂ）に示すように、電源端子として用いられる部位に開口部１８ａを有する保護膜１８で覆われてもよい。保護膜１８には、ソルダーレジスト等の絶縁材料を用いることができるほか、溶融された半田３０の濡れ性が上層部１７ｂに比べて低い導体材料を用いることもできる。
シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７の上層部１７ｂは、図９（Ｃ）に示すように、下層部１７ａの上面に、凹部１２の底面１２ｂに設けられる導体層１７ｃと分離されて、設けられてもよい。このような上層部１７ｂが設けられるパッド１７は、電源端子としては用いられず、半導体レーザ２０との位置合わせ（光軸合わせ）のために用いられる。この場合は、例えば図９（Ｃ）に示すように、導体層１７ｃと半導体レーザ２０の電極２３とが、半田等の導電性の接合材３１（一部のみ図示）で接合され、シリコンフォトニクスチップ１０と半導体レーザ２０との間に電源経路が形成される。
また、シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７は、図９（Ｄ）に示すように、単層構造とすることもできる。この場合、パッド１７は、銅等の各種導体材料を用いて形成することができる。凹部１２の底面１２ｂには、パッド１７と分離されて、導体層１７ｃが設けられる。このパッド１７は、電源端子としては用いられず、半導体レーザ２０との位置合わせ（光軸合わせ）のために用いられる。この場合は、例えば図９（Ｄ）に示すように、導体層１７ｃと半導体レーザ２０の電極２３とが、半田等の接合材３１（一部のみ図示）で接合され、シリコンフォトニクスチップ１０と半導体レーザ２０との間に電源経路が形成される。
図９（Ｃ）及び図９（Ｄ）に示したような接合材３１を用いる場合には、例えば、半田３０による半導体レーザ２０の接合後（光導波路１１との光軸合わせ後）、接合された半導体レーザ２０とシリコンフォトニクスチップ１０との間に、接合材３１を設ける。或いは、半導体レーザ２０の接合前（凹部１２への搬送前）に、シリコンフォトニクスチップ１０の導体層１７ｃ上に、予め接合材３１を設けておき、半導体レーザ２０を半田３０で位置合わせして接合し、更に接合材３１で接合する。いずれの方法でも、接合材３１には、その融点若しくは凝固点が、半田３０の融点若しくは凝固点よりも低いものを用いることが望ましい。
第２の実施の形態で述べたように、シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７は、位置合わせ（光軸合わせ）のために、又は電源端子兼用のために、設けることができ、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）に例示したような各種構成を採用することができる。
尚、ここではシリコンフォトニクスチップ１０側の構成を変えた場合の半導体レーザ２０との接合部について説明したが、半導体レーザ２０側についても、各種構成を採用することができる。
次に、第３の実施の形態について説明する。
ここでは、光素子として上記半導体レーザ２０を用い、基板として上記シリコンフォトニクスチップ１０を用い、それらのパッド１７群及びパッド２７群について別の配置を採用した光モジュールの例を、第３の実施の形態として説明する。
図１０は第３の実施の形態に係る光モジュールの第１の例を示す図である。図１０（Ａ）には、光モジュールの一例の要部側面模式図を示し、図１０（Ｂ）には、光モジュールの一例の要部平面模式図を示している。
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示す光モジュール１Ａは、半導体レーザ２０の４隅とは異なる位置にパッド２７群が設けられ、そのパッド２７群にそれぞれ対応して、シリコンフォトニクスチップ１０にパッド１７群が設けられた構成を有する。このような構成を有する半導体レーザ２０とシリコンフォトニクスチップ１０とが、半田３０群で接合される。光モジュール１Ａは、このような点で、上記第１の実施の形態で述べた光モジュール１と相違する。
光モジュール１Ａにおいて、パッド１７群及びパッド２７群は、平面視で、パッド２７群の外方にパッド１７群が設けられ、対応するパッド１７とパッド２７とが部分的に重複し、パッド１７群の重心Ｇ１とパッド２７群の重心Ｇ２とが一致する。対応するパッド１７とパッド２７の、互いの中心点Ｃ１，Ｃ２を結ぶベクトルＶが、一致する重心Ｇ１，Ｇ２に向いた配置となる。パッド１７群及びパッド２７群が、このように半田３０群で接合されることで、半導体レーザ２０の出射部２１ａの、シリコンフォトニクスチップ１０の光導波路１１に対するＸ，Ｙ方向及びＺ方向の位置が合わせられ、互いの光軸Ｐが合わせられる。
半田３０群で接合すればそのセルフアライメント効果によって図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示すような光軸Ｐの合った光モジュール１Ａが得られるように、予めパッド２７群及びパッド群１７群並びに半田３０群について、設定が行われる。例えば、パッド２７群及びパッド群１７群の位置、平面サイズ、平面形状、材質等、並びに半田３０群の量、材質等が、予め設定される。
図１１は第３の実施の形態に係る光モジュールの第２の例を示す図である。図１１（Ａ）には、光モジュールの一例の要部側面模式図を示し、図１１（Ｂ）には、光モジュールの一例の要部平面模式図を示している。
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す光モジュール１Ｂは、半導体レーザ２０の所定位置に３個のパッド２７群が設けられ、そのパッド２７群にそれぞれ対応して、シリコンフォトニクスチップ１０に３個のパッド１７群が設けられた構成を有する。このような構成を有する半導体レーザ２０とシリコンフォトニクスチップ１０とが、半田３０群で接合される。光モジュール１Ｂは、このような点で、上記第１の実施の形態で述べた光モジュール１と相違する。
光モジュール１Ｂにおいて、パッド１７群及びパッド２７群は、平面視で、パッド２７群の外方にパッド１７群が設けられ、対応するパッド１７とパッド２７とが部分的に重複し、パッド１７群の重心Ｇ１とパッド２７群の重心Ｇ２とが一致する。対応するパッド１７とパッド２７の、互いの中心点Ｃ１，Ｃ２を結ぶベクトルＶが、一致する重心Ｇ１，Ｇ２に向いた配置となる。パッド１７群及びパッド２７群が、このように半田３０群で接合されることで、半導体レーザ２０の出射部２１ａの、シリコンフォトニクスチップ１０の光導波路１１に対するＸ，Ｙ方向及びＺ方向の位置が合わせられ、互いの光軸Ｐが合わせられる。
半田３０群で接合すればそのセルフアライメント効果によって図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すような光軸Ｐの合った光モジュール１Ｂが得られるように、予めパッド２７群及びパッド群１７群並びに半田３０群について、設定が行われる。例えば、パッド２７群及びパッド群１７群の位置、平面サイズ、平面形状、材質等、並びに半田３０群の量、材質等が、予め設定される。
図１２は第３の実施の形態に係る光モジュールの第３の例を示す図である。図１２（Ａ）には、光モジュールの一例の要部側面模式図を示し、図１２（Ｂ）には、光モジュールの一例の要部平面模式図を示している。
図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示す光モジュール１Ｃは、半導体レーザ２０の所定位置に一対のパッド２７群が設けられ、そのパッド２７群にそれぞれ対応して、シリコンフォトニクスチップ１０に一対のパッド１７群が設けられた構成を有する。パッド１７は、パッド２７よりも大きな平面サイズとされる。このような構成を有する半導体レーザ２０とシリコンフォトニクスチップ１０とが、半田３０群で接合される。光モジュール１Ｃは、このような点で、上記第１の実施の形態で述べた光モジュール１と相違する。
光モジュール１Ｃにおいて、パッド１７群及びパッド２７群は、平面視で、パッド２７群の外方にパッド１７群が設けられ、対応するパッド１７とパッド２７とが部分的に重複し、パッド１７群の重心Ｇ１とパッド２７群の重心Ｇ２とが一致する。対応するパッド１７とパッド２７の、互いの中心点Ｃ１，Ｃ２を結ぶベクトルＶが、一致する重心Ｇ１，Ｇ２に向いた配置となる。パッド１７群及びパッド２７群が、このように半田３０群で接合されることで、半導体レーザ２０の出射部２１ａの、シリコンフォトニクスチップ１０の光導波路１１に対するＸ，Ｙ方向及びＺ方向の位置が合わせられ、互いの光軸Ｐが合わせられる。
光モジュール１Ｃでは、パッド１７がパッド２７よりも大きな平面サイズとされることで、接合時の半導体レーザ２０に、溶融された半田３０群の表面張力によって、パッド２７群の対向方向のほか、その対向方向と交差する方向にも、外方に引っ張る力が働く。また、凝固に伴う半田３０群の体積収縮により、半導体レーザ２０をシリコンフォトニクスチップ１０側に沈み込ませる力が働く。このような力が働いて半導体レーザ２０が接合され、シリコンフォトニクスチップ１０と光軸Ｐが合わせられる。
半田３０群で接合すればそのセルフアライメント効果によって図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すような光軸Ｐの合った光モジュール１Ｃが得られるように、予めパッド２７群及びパッド群１７群並びに半田３０群について、設定が行われる。例えば、パッド２７群及びパッド群１７群の位置、平面サイズ、平面形状、材質等、並びに半田３０群の量、材質等が、予め設定される。
図１３は第３の実施の形態に係る光モジュールの第４の例を示す図である。図１３（Ａ）には、光モジュールの一例の要部側面模式図を示し、図１３（Ｂ）には、光モジュールの一例の要部平面模式図を示している。
図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示す光モジュール１Ｄは、半導体レーザ２０の４辺に沿った位置にパッド２７群が設けられ、そのパッド２７群にそれぞれ対応して、シリコンフォトニクスチップ１０にパッド１７群が設けられた構成を有する。このような構成を有する半導体レーザ２０とシリコンフォトニクスチップ１０とが半田３０群で接合される。光モジュール１Ｄは、このような点で、上記第１の実施の形態で述べた光モジュール１と相違する。
光モジュール１Ｄにおいて、パッド１７群及びパッド２７群は、平面視で、パッド２７群の外方にパッド１７群が設けられ、対応するパッド１７とパッド２７とが部分的に重複し、パッド１７群の重心Ｇ１とパッド２７群の重心Ｇ２とが一致する。対応するパッド１７とパッド２７の、互いの中心点Ｃ１，Ｃ２を結ぶベクトルＶが、一致する重心Ｇ１，Ｇ２に向いた配置となる。パッド１７群及びパッド２７群が、このように半田３０群で接合されることで、半導体レーザ２０の出射部２１ａの、シリコンフォトニクスチップ１０の光導波路１１に対するＸ，Ｙ方向及びＺ方向の位置が合わせられ、互いの光軸Ｐが合わせられる。
接合時の半導体レーザ２０には、溶融された半田３０群の表面張力により、４辺を外方に引っ張る力が働き、また、凝固に伴う半田３０群の体積収縮により、半導体レーザ２０をシリコンフォトニクスチップ１０側に沈み込ませる力が働く。このような力が働いて半導体レーザ２０が接合され、シリコンフォトニクスチップ１０と光軸Ｐが合わせられる。
半田３０群で接合すればそのセルフアライメント効果によって図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すような光軸Ｐの合った光モジュール１Ｄが得られるように、予めパッド２７群及びパッド群１７群並びに半田３０群について、設定が行われる。例えば、パッド２７群及びパッド群１７群の位置、平面サイズ、平面形状、材質等、並びに半田３０群の量、材質等が、予め設定される。
尚、光モジュール１Ｄにおいて、パッド２７群は、隣接するもの同士が接して配置されてもよく、パッド１７群は、隣接するもの同士が接して配置されてもよい。パッド２７群の隣接するもの同士が全て接して配置される場合、パッド２７群は、一続きの枠状となり、パッド１７群の隣接するもの同士が全て接して配置される場合、パッド１７群は、一続きの枠状となる。
上記光モジュール１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄのように、半導体レーザ２０のパッド２７群は、必ずしもその下面２０ｂの４隅に設けることを要しない。シリコンフォトニクスチップ１０の凹部１２の底面１２ｂには、半導体レーザ２０のパッド２７群の位置に対応して、半導体レーザ２０がシリコンフォトニクスチップ１０と光軸Ｐが合う所定位置に接合されるように、パッド１７群を設ければよい。下面２０ｂ又は凹部１２の底面１２ｂに設けられる凹凸の配置や導体層のパターン形状等、半導体レーザ２０又はシリコンフォトニクスチップ１０の構成に応じて、位置合わせ（光軸合わせ）に用いるパッド２７群及びパッド１７群の配置を設定することができる。
尚、半導体レーザ２０に設けるパッド２７群の個数は、５個以上とすることもできる。この場合も、シリコンフォトニクスチップ１０には、半導体レーザ２０のパッド２７群にそれぞれ対応して、半導体レーザ２０がシリコンフォトニクスチップ１０と光軸Ｐが合う所定位置に接合されるように、パッド１７群が設けられる。
次に、第４の実施の形態について説明する。
ここでは、光素子として上記半導体レーザ２０を用い、基板として上記シリコンフォトニクスチップ１０を用い、それらのパッド１７群及びパッド２７群について更に別の配置を採用した光モジュールの例を、第４の実施の形態として説明する。
図１４は第４の実施の形態に係る光モジュールの一例を示す図である。図１４（Ａ）には、光モジュールの一例の要部平面模式図を示し、図１４（Ｂ）には、図１４（Ａ）のＬ１４−Ｌ１４断面模式図を示している。
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示す光モジュール１Ｅは、シリコンフォトニクスチップ１０に、半導体レーザ２０の４隅に設けられたパッド２７群よりも内方にずれた位置にパッド１７群が設けられた構成を有する。光モジュール１Ｅは、このような点で、上記第１の実施の形態で述べた光モジュール１と相違する。
光モジュール１Ｅにおいて、パッド１７群及びパッド２７群は、平面視で、対応するパッド１７とパッド２７とが部分的に重複し、パッド１７群の重心Ｇ１とパッド２７群の重心Ｇ２とが一致する。対応するパッド２７とパッド１７の、互いの中心点Ｃ２，Ｃ１を結ぶベクトルＶが、一致する重心Ｇ１，Ｇ２に向いた配置となる。パッド１７群及びパッド２７群が、このように半田３０群で接合されることで、半導体レーザ２０の出射部２１ａの、シリコンフォトニクスチップ１０の光導波路１１に対するＸ，Ｙ方向及びＺ方向の位置が合わせられ、互いの光軸Ｐが合わせられる。
接合時の半導体レーザ２０には、溶融された半田３０群の表面張力により、半導体レーザ２０を重心Ｇ２の方向（ベクトルＶ）に引っ張る力Ｆ３が働く。また、凝固に伴う半田３０群の体積収縮により、半導体レーザ２０をシリコンフォトニクスチップ１０側に沈み込ませる力Ｆ４が働く。このような力Ｆ３及び力Ｆ４が働いて半導体レーザ２０が接合され、シリコンフォトニクスチップ１０と光軸Ｐが合わせられる。
半田３０群で接合すればそのセルフアライメント効果によって図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すような光軸Ｐの合った光モジュール１Ｅが得られるように、予めパッド２７群及びパッド群１７群並びに半田３０群について、設定が行われる。例えば、パッド２７群及びパッド群１７群の位置、平面サイズ、平面形状、材質等、並びに半田３０群の量、材質等が、予め設定される。
この光モジュール１Ｅのように、シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７群は、半導体レーザ２０のパッド２７群よりも内方にずらして配置することもできる。
尚、このようにパッド１７群をパッド２７群の内方にずらす配置を採用する場合において、パッド１７群及びパッド２７群の個数、平面サイズ、平面形状は、図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に例示したものには限定されない。また、上記第３の実施の形態で述べた例に従い、パッド２７群を４隅とは異なる位置に設けたり、４個以外の個数で設けたり、辺に沿って設けたりし、それらのパッド群２７よりも内方にずらして対応するパッド１７群を設けるようにすることもできる。
次に、第５の実施の形態について説明する。
ここでは、光素子として上記半導体レーザ２０を用い、基板として上記シリコンフォトニクスチップ１０を用い、それらに更に別の部品を組み合わせた光モジュールの例を、第５の実施の形態として説明する。
図１５は第５の実施の形態に係る光モジュールの一例を示す図である。図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）にはそれぞれ、光モジュールの一例の要部側面模式図を示している。
図１５（Ａ）には、光ファイバ６０を含む光モジュール１Ｈを例示している。上記第１の実施の形態で述べた光モジュール１には、例えばこの図１５（Ａ）に示すように、光ファイバ６０が光学的に接続されてもよい。光ファイバ６０のコア６１とシリコンフォトニクスチップ１０の光導波路１１との位置が合わせられ、互いの光軸Ｐが合わせられる。
また、図１５（Ｂ）には、制御チップ７０（半導体素子）を含む光モジュール１Ｉを例示している。上記第１の実施の形態で述べた光モジュール１には、例えばこの図１５（Ｂ）に示すように、シリコンフォトニクスチップ１０の凹部１２に、半導体レーザ２０と共に、半導体レーザ２０の動作を制御する制御チップ７０が搭載されてもよい。制御チップ７０は、シリコンフォトニクスチップ１０の凹部１２に形成された銅等の導体層１９ａに、半田７１を用いて接合される。
また、図１５（Ｃ）には、回路基板８０を含む光モジュール１Ｊを例示している。上記第１の実施の形態で述べた光モジュール１は、例えばこの図１５（Ｃ）に示すように、パッケージ基板やマザーボード等の回路基板８０上に搭載されてもよい。この場合、シリコンフォトニクスチップ１０は、例えば、その凹部１２に形成された銅等の導体層１９ｂが、回路基板８０に形成された銅等の導体層８１と、金等のワイヤ８２で接続されることで、回路基板８０と電気的に接続される。
図１５（Ａ）〜図１５（Ｃ）には、上記第１の実施の形態で述べた光モジュール１を例にしたが、上記第２〜第４の実施の形態で述べた光モジュール１Ａ〜１Ｅ等でも同様に、光ファイバ６０の接続、制御チップ７０の搭載、回路基板８０上への搭載が可能である。
次に、第６の実施の形態について説明する。
上記第１〜第５の実施の形態で述べたような構成を含む光モジュールは、各種電子機器に搭載することができる。例えば、コンピュータ（パーソナルコンピュータ、スーパーコンピュータ、サーバ等）、スマートフォン、携帯電話、タブレット端末、センサ、カメラ、オーディオ機器、測定装置、検査装置、製造装置といった、各種電子機器に用いることができる。
図１６は第６の実施の形態に係る電子機器の説明図である。図１６には、電子機器の一例を模式的に図示している。
図１６に示すように、光モジュール１Ｋが各種電子機器９０に搭載（内蔵）される。
ここで、光モジュール１Ｋは、回路基板８０と、その上に搭載されたシリコンフォトニクスチップ１０と、その凹部１２に搭載された半導体レーザ２０及び制御チップ７０と、光導波路１１に光学的に接続された光ファイバ６０とを含む。回路基板８０とシリコンフォトニクスチップ１０とは、互いの導体層８１と導体層１９ｂとを接続するワイヤ８２で電気的に接続される。制御チップ７０は、シリコンフォトニクスチップ１０の導体層１９ａと半田７１で電気的に接続される。半導体レーザ２０は、そのパッド２７群が、シリコンフォトニクスチップ１０のパッド１７群と半田３０群で接合され、シリコンフォトニクスチップ１０との光軸Ｐが合わせられている。光ファイバ６０は、シリコンフォトニクスチップ１０と光学的に接続される。
光モジュール１Ｋにおいて、半導体レーザ２０は、そのレーザ光のオンオフ動作が制御チップ７０で制御され、半導体レーザ２０から出射されるレーザ光は、光導波路１１を伝送され、光ファイバ６０を伝送される。
上記第１の実施の形態等で述べたように、半導体レーザ２０及びシリコンフォトニクスチップ１０には、半田３０群で接合すればそのセルフアライメント効果によって互いの光軸Ｐが合うように、パッド２７群及びパッド１７群が互いの位置をずらして配置される。これにより、半導体レーザ２０及びシリコンフォトニクスチップ１０の光軸Ｐが高精度で合わせられた、光学的な特性に優れる光モジュール１Ｋを、コストの増大を抑えて、効率的に得ることができる。このような光モジュール１Ｋが搭載された、特性に優れる電子機器９０が実現される。
ここでは、図１６に示したような光モジュール１Ｋを例にしたが、上記第１〜第４の実施の形態で述べた光モジュール１，１Ａ〜１Ｅ等又はそれらの各構成を一部に含む光モジュールを、同様に各種電子機器に搭載することができる。
尚、以上の説明では、光素子として半導体レーザ２０を例にしたが、光素子には、ＰＤ（Photo Diode）やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の各種受光素子、発光素子、受光発光素子を用いることができる。また、基板としてシリコンフォトニクスチップ１０を例にしたが、このほか、基板には、プリント基板、パッケージ基板、インターポーザ、マザーボード等の各種回路基板、或いは回路パターンを有しないベース基板等を用いることもできる。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ，１Ｋ 光モジュール
１０，１０Ａ，１０Ｂ シリコンフォトニクスチップ
１１ 光導波路
１１ａ 端部
１２ 凹部
１２ａ 側壁
１２ｂ 底面
１３ スタンドオフ
１４，２２ 認識マーク
１４ａ 外周
１５，１７ｃ，１９ａ，１９ｂ，８１ 導体層
１６，１７，２６，２７，１１１，１２１ パッド
１７ａ 下層部
１７ｂ 上層部
１８ 保護膜
１８ａ 開口部
２０，２０Ａ，２０Ｂ 半導体レーザ
２０ａ 上面
２０ｂ 下面
２１ 活性層
２１ａ 出射部
２３ 電極
３０，３０Ａ，３０Ｂ，７１，１３０ 半田
３１ 接合材
４０ ヘッド
５０ 像
５１ 赤外線
５２ 赤外線カメラ
６０ 光ファイバ
６１ コア
７０ 制御チップ
８０ 回路基板
８２ ワイヤ
９０ 電子機器
１１０ 基板
１２０ 光素子
Ｃ１，Ｃ２ 中心点
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４ 力
Ｇ１，Ｇ２ 重心
Ｐ，Ｐ１，Ｐ２ 光軸
Ｖ ベクトル

Claims (7)

  1. 第１面に設けられた第１パッド群を有する光素子と、
    前記第１面と対向する第２面に、前記第１パッド群の各々に対応して設けられた第２パッド群を有する基板と、
    前記第１パッド群と前記第２パッド群とを各々接合する半田群と
    を含み、
    平面視で、対応する前記第１パッドと前記第２パッドとが部分的に重複し、且つ、前記第１パッド群の重心と前記第２パッド群の重心とが一致することを特徴とする光モジュール。
  2. 前記基板は、光導波路を有し、
    前記半田群で接合された前記光素子の光軸上に前記光導波路の端部が位置することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  3. 前記第２パッド群は、平面視で、前記第１パッド群の外方にずらされて設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の光モジュール。
  4. 平面視で、対応する前記第１パッドと前記第２パッドとの互いの中心点を結ぶベクトルが前記重心に向くことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光モジュール。
  5. 前記基板は、前記第２面に、前記第２パッド群と電気的に接続された導体層を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光モジュール。
  6. 前記基板は、前記第２面に、前記第２パッド群とは分離された導体層を含み、
    前記導体層は、接合材を用いて前記光素子と電気的に接続されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光モジュール。
  7. 第１面に設けられた第１パッド群を有する光素子と、第２面に前記第１パッド群の各々に対応して設けられた第２パッド群を有する基板とを、前記第１面と前記第２面とを対向させて配置する工程と、
    前記第１パッド群と前記第２パッド群とを各々半田群で接合する工程と
    を含み、
    前記第１パッド群と前記第２パッド群とは、前記半田群で接合された時に、平面視で、対応する前記第１パッドと前記第２パッドとが部分的に重複し、且つ、前記第１パッド群の重心と前記第２パッド群の重心とが一致するように設けられることを特徴とする光モジュールの製造方法。
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