JP2546506B2 - 光半導体素子と光導波路の結合構造およびその結合方法 - Google Patents
光半導体素子と光導波路の結合構造およびその結合方法Info
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体素子と光導波
路からなる光導波路型デバイスに関し、特に光半導体素
子と光導波路の結合構造およびその結合方法に関する。
路からなる光導波路型デバイスに関し、特に光半導体素
子と光導波路の結合構造およびその結合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光導波路型デバイスは、電子デバイスと
同様に大量生産が可能であり、また、高機能化、高集積
化が可能である。この光導波路型デバイスにおいて、さ
らに高機能化、高集積化をめざすものとして、光導波路
型デバイス内部に光半導体素子を有し、光導波路に光半
導体素子を直接結合させる結合構造がある。
同様に大量生産が可能であり、また、高機能化、高集積
化が可能である。この光導波路型デバイスにおいて、さ
らに高機能化、高集積化をめざすものとして、光導波路
型デバイス内部に光半導体素子を有し、光導波路に光半
導体素子を直接結合させる結合構造がある。
【０００３】従来、光導波路に光半導体素子を光学的に
結合させる結合構造においては、光半導体素子に電流を
流して発光させ、光導波路からの光出力をモニタして位
置調整している。また、位置調整することなく光導波路
に光半導体素子を結合させる結合構造として、例えば、
特願昭５９−２０９０８０号に記載されているような、
予め光導波路基板上に形成されたガイドに光学部材や光
半導体素子をはめ込む結合構造がある。これは、基板上
に光導波路に対してレンズと発光素子とを適正位置に位
置決めするガイドを設けることにより、レンズ及びガイ
ドの位置合わせを簡便にし、組立て作業性の向上を図る
というものである。
結合させる結合構造においては、光半導体素子に電流を
流して発光させ、光導波路からの光出力をモニタして位
置調整している。また、位置調整することなく光導波路
に光半導体素子を結合させる結合構造として、例えば、
特願昭５９−２０９０８０号に記載されているような、
予め光導波路基板上に形成されたガイドに光学部材や光
半導体素子をはめ込む結合構造がある。これは、基板上
に光導波路に対してレンズと発光素子とを適正位置に位
置決めするガイドを設けることにより、レンズ及びガイ
ドの位置合わせを簡便にし、組立て作業性の向上を図る
というものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】光半導体素子がレンズ
を介して光導波路に高効率で光学的に結合するために
は、光導波路に対して光半導体素子とレンズをそれぞれ
概ね１μｍ以下の高精度で位置決めする必要がある。従
来の光半導体素子と光導波路の結合構造では、光半導体
素子とレンズをガイドにより無調整で位置決めするの
で、ガイドを極めて精度よく形成しなければならない。
しかしながら、ガイドをパターニングで形成するとき
や、ガイドをエッチングにより形成する際にガイドの形
状に誤差を生じるため、上記の精度でガイドを形成する
ことは極めて困難である。また、光導波路の形成プロセ
ス以外にガイドを形成するためのプロセスが別に必要と
なり、プロセスが複雑で生産性が悪いという問題もあ
る。さらに、光導波路の端面近傍にガイドを設けるた
め、光半導体素子を実装する前に光ファイバを光導波路
端面に突き当てて事前に光導波路の損失などの特性測定
ができないという問題がある。
を介して光導波路に高効率で光学的に結合するために
は、光導波路に対して光半導体素子とレンズをそれぞれ
概ね１μｍ以下の高精度で位置決めする必要がある。従
来の光半導体素子と光導波路の結合構造では、光半導体
素子とレンズをガイドにより無調整で位置決めするの
で、ガイドを極めて精度よく形成しなければならない。
しかしながら、ガイドをパターニングで形成するとき
や、ガイドをエッチングにより形成する際にガイドの形
状に誤差を生じるため、上記の精度でガイドを形成する
ことは極めて困難である。また、光導波路の形成プロセ
ス以外にガイドを形成するためのプロセスが別に必要と
なり、プロセスが複雑で生産性が悪いという問題もあ
る。さらに、光導波路の端面近傍にガイドを設けるた
め、光半導体素子を実装する前に光ファイバを光導波路
端面に突き当てて事前に光導波路の損失などの特性測定
ができないという問題がある。
【０００５】本発明の目的は、上述の欠点を除去し、光
半導体素子を発光させることなく光導波路に高精度に、
かつ量産性よく結合でき、しかも、事前に光導波路の特
性を外部から光ファイバを端面に突き当てて測定できる
光半導体素子と光導波路の結合構造および結合方法を提
供することにある。
半導体素子を発光させることなく光導波路に高精度に、
かつ量産性よく結合でき、しかも、事前に光導波路の特
性を外部から光ファイバを端面に突き当てて測定できる
光半導体素子と光導波路の結合構造および結合方法を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光半導体素子と光導波路の結合構造は、特
に、光半導体素子がサブ基板の表面に実装され、この光
半導体素子の発光部の基板表面からの高さに、短尺光フ
ァイバのコアの基板表面からの高さが一致するように、
短尺光ファイバをサブ基板の表面に形成された溝に配置
され、光導波路基板に形成された光導波路はこの基板の
表面上に終端部を有し、かつ終端部の端面が鏡面加工さ
れ、光導波路のコア部の延長線上に形成された光導波路
基板の表面の溝に、短尺光ファイバのサブ基板の表面よ
り上にある部分がはめ込まれ、短尺光ファイバのコアの
高さが光導波路のコア部の高さに一致して、光半導体素
子と光導波路が結合されている。
め、本発明の光半導体素子と光導波路の結合構造は、特
に、光半導体素子がサブ基板の表面に実装され、この光
半導体素子の発光部の基板表面からの高さに、短尺光フ
ァイバのコアの基板表面からの高さが一致するように、
短尺光ファイバをサブ基板の表面に形成された溝に配置
され、光導波路基板に形成された光導波路はこの基板の
表面上に終端部を有し、かつ終端部の端面が鏡面加工さ
れ、光導波路のコア部の延長線上に形成された光導波路
基板の表面の溝に、短尺光ファイバのサブ基板の表面よ
り上にある部分がはめ込まれ、短尺光ファイバのコアの
高さが光導波路のコア部の高さに一致して、光半導体素
子と光導波路が結合されている。
【０００７】
【作用】本発明の光半導体素子と光導波路の結合構造
は、あらかじめサブ基板に光半導体素子と短尺光ファイ
バが光学的に結合されて実装されている。短尺光ファイ
バは、サブ基板表面からのコアの高さと光半導体素子の
発光部の高さを一致させるため、直径の半分よりもわず
かに小さい分だけサブ基板の表面よりも下にはいるよう
に、サブ基板の表面に設けられた溝に配置されている。
一方、光導波路が形成された光導波路基板の表面にも光
導波路の終端面の延長上に溝が形成されている。短尺光
ファイバのサブ基板の表面から上に出ている部分が、光
導波路基板の溝にはまり込むようにサブ基板を光導波路
基板にかぶせて両者を結合させる。
は、あらかじめサブ基板に光半導体素子と短尺光ファイ
バが光学的に結合されて実装されている。短尺光ファイ
バは、サブ基板表面からのコアの高さと光半導体素子の
発光部の高さを一致させるため、直径の半分よりもわず
かに小さい分だけサブ基板の表面よりも下にはいるよう
に、サブ基板の表面に設けられた溝に配置されている。
一方、光導波路が形成された光導波路基板の表面にも光
導波路の終端面の延長上に溝が形成されている。短尺光
ファイバのサブ基板の表面から上に出ている部分が、光
導波路基板の溝にはまり込むようにサブ基板を光導波路
基板にかぶせて両者を結合させる。
【０００８】このような構造を採用することにより、高
精度のガイドを光導波路基板上に形成する必要がないの
で、プロセスが複雑にならない。また、短尺光ファイバ
と光導波路の位置決めは、基板表面に設けた溝により行
うので、両者を光学的に結合させるための位置調整が不
要であり簡便にこれを行える。さらに、サブ基板と光導
波路基板の基板材料にシリコンを用いれば、異方性エッ
チングにより基板表面に容易に、しかも高精度にＶ溝を
形成することができる。光導波路基板にサブ基板を実装
するための終端面と溝の形成前は、光導波路端面に外部
から光ファイバを直接突き当てることが可能であるた
め、光導波路の特性測定を容易に行える。
精度のガイドを光導波路基板上に形成する必要がないの
で、プロセスが複雑にならない。また、短尺光ファイバ
と光導波路の位置決めは、基板表面に設けた溝により行
うので、両者を光学的に結合させるための位置調整が不
要であり簡便にこれを行える。さらに、サブ基板と光導
波路基板の基板材料にシリコンを用いれば、異方性エッ
チングにより基板表面に容易に、しかも高精度にＶ溝を
形成することができる。光導波路基板にサブ基板を実装
するための終端面と溝の形成前は、光導波路端面に外部
から光ファイバを直接突き当てることが可能であるた
め、光導波路の特性測定を容易に行える。
【０００９】さらに、本発明の光半導体素子と光導波路
の結合構造は、サブ基板の表面に赤外線を遮断する薄膜
が一部に形成され、光半導体素子の薄膜に相対する領域
以外の領域の全部または一部に、赤外線を遮断する別の
薄膜が形成されている。光半導体素子のサブ基板への実
装は、サブ基板表面の薄膜の境界線からなる輪郭により
形成される図形と光半導体素子の実装面に形成された薄
膜の境界線からなる輪郭により形成される図形を赤外線
を照射することにより検知して、光半導体素子のサブ基
板に対する位置決めを行う。
の結合構造は、サブ基板の表面に赤外線を遮断する薄膜
が一部に形成され、光半導体素子の薄膜に相対する領域
以外の領域の全部または一部に、赤外線を遮断する別の
薄膜が形成されている。光半導体素子のサブ基板への実
装は、サブ基板表面の薄膜の境界線からなる輪郭により
形成される図形と光半導体素子の実装面に形成された薄
膜の境界線からなる輪郭により形成される図形を赤外線
を照射することにより検知して、光半導体素子のサブ基
板に対する位置決めを行う。
【００１０】このようにサブ基板の表面と光半導体素子
の実装面に形成した薄膜からなる図形によって両者の相
対的な位置を検出することにより、光半導体素子を発光
させることなく結合できる。また、位置決め用ガイド等
も不要である。薄膜の形成、及び図形のパターニングは
金属膜の蒸着とフォトリソグラフィにより容易に行うこ
とができる。しかも、薄膜による図形の形成は、従来の
結合構造におけるガイドのように深くエッチングする必
要がないので極めて精度よく行うことができる。また、
薄膜を金属膜などのような赤外線を遮断する材料によっ
て形成することにより、光半導体素子の上面あるいはサ
ブ基板の下面から赤外線を照射して薄膜の図形の位置を
検出できる。これは、サブ基板の材料に上述したシリコ
ンを用いて、シリコンが赤外線を透過させる性質を利用
したことによる。また、通常、光半導体素子の材料とな
るＩｎＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物材料も赤外線を透
過させる性質があるため、赤外線を光半導体素子の上面
より照射しても薄膜の図形を検知することができる。本
発明の光半導体素子と光導波路の結合構造は、上記の薄
膜からなる図形がサブ基板表面と光半導体素子の実装面
に少なくとも一対形成されており、図形の重心を検出し
て、これを一致させて位置決めすることを特徴としてい
る。単に、薄膜からなる図形の輪郭により両者の位置を
検出しようとすると、パターニングやエッチングの際に
生じた図形の輪郭の欠けなどにより位置決め精度がわず
かではあるが低下することがある。これを防ぐため、本
発明では図形の面積重心を算出し、この面積重心どうし
を一致させて位置決めし、高精度化を図っている。
の実装面に形成した薄膜からなる図形によって両者の相
対的な位置を検出することにより、光半導体素子を発光
させることなく結合できる。また、位置決め用ガイド等
も不要である。薄膜の形成、及び図形のパターニングは
金属膜の蒸着とフォトリソグラフィにより容易に行うこ
とができる。しかも、薄膜による図形の形成は、従来の
結合構造におけるガイドのように深くエッチングする必
要がないので極めて精度よく行うことができる。また、
薄膜を金属膜などのような赤外線を遮断する材料によっ
て形成することにより、光半導体素子の上面あるいはサ
ブ基板の下面から赤外線を照射して薄膜の図形の位置を
検出できる。これは、サブ基板の材料に上述したシリコ
ンを用いて、シリコンが赤外線を透過させる性質を利用
したことによる。また、通常、光半導体素子の材料とな
るＩｎＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物材料も赤外線を透
過させる性質があるため、赤外線を光半導体素子の上面
より照射しても薄膜の図形を検知することができる。本
発明の光半導体素子と光導波路の結合構造は、上記の薄
膜からなる図形がサブ基板表面と光半導体素子の実装面
に少なくとも一対形成されており、図形の重心を検出し
て、これを一致させて位置決めすることを特徴としてい
る。単に、薄膜からなる図形の輪郭により両者の位置を
検出しようとすると、パターニングやエッチングの際に
生じた図形の輪郭の欠けなどにより位置決め精度がわず
かではあるが低下することがある。これを防ぐため、本
発明では図形の面積重心を算出し、この面積重心どうし
を一致させて位置決めし、高精度化を図っている。
【００１１】
【実施例】次に、図面を参照して本発明の一実施例を詳
細に説明する。
細に説明する。
【００１２】図１は、本発明の光半導体素子と光導波路
の結合構造の一実施例を示す斜視図である。図１におい
て、サブ基板１の表面に光半導体素子２がジャンクショ
ンを基板表面側に向けて実装されている。本実施例にお
いては、光半導体素子２としては、例えばＩｎＧａＡｓ
Ｐ系４元化合物からなる１．３１μｍ光半導体レーザダ
イオードが用いられ、チップサイズは約３００μｍ平方
である。サブ基板１はシリコンであり、表面には光半導
体素子２が実装されるべき位置、すなわち、光半導体素
子２をサブ基板１に実装したときに光半導体素子２が短
尺光ファイバ４に光学的に結合する位置を検出するため
の金属薄膜からなる２個の円形のマーク３１とマーク３
２が形成されている。マーク３１、３２はＣｒＰｔＡｎ
から構成され、その大きさは直径３０μｍで、２００μ
ｍ間隔で左右に２個形成されている。また、この円形の
マーク３１、３２よりもわずかに大きい２個の円形のマ
ーク６１とマーク６２が、光半導体素子２の実装面に形
成されている。マーク６１、６２もマーク３１、３２と
同様、ＣｒＰｔＡｎから構成され、その大きさはともに
直径１０μｍの円形であり、光半導体素子２の結晶内部
の導波路（図は省略）を中心軸として２００μｍ間隔で
左右に２個形成されている。
の結合構造の一実施例を示す斜視図である。図１におい
て、サブ基板１の表面に光半導体素子２がジャンクショ
ンを基板表面側に向けて実装されている。本実施例にお
いては、光半導体素子２としては、例えばＩｎＧａＡｓ
Ｐ系４元化合物からなる１．３１μｍ光半導体レーザダ
イオードが用いられ、チップサイズは約３００μｍ平方
である。サブ基板１はシリコンであり、表面には光半導
体素子２が実装されるべき位置、すなわち、光半導体素
子２をサブ基板１に実装したときに光半導体素子２が短
尺光ファイバ４に光学的に結合する位置を検出するため
の金属薄膜からなる２個の円形のマーク３１とマーク３
２が形成されている。マーク３１、３２はＣｒＰｔＡｎ
から構成され、その大きさは直径３０μｍで、２００μ
ｍ間隔で左右に２個形成されている。また、この円形の
マーク３１、３２よりもわずかに大きい２個の円形のマ
ーク６１とマーク６２が、光半導体素子２の実装面に形
成されている。マーク６１、６２もマーク３１、３２と
同様、ＣｒＰｔＡｎから構成され、その大きさはともに
直径１０μｍの円形であり、光半導体素子２の結晶内部
の導波路（図は省略）を中心軸として２００μｍ間隔で
左右に２個形成されている。
【００１３】光半導体素子２のサブ基板１への実装の際
の位置決めは、光半導体素子２の上方から赤外線を照射
し、マーク３１、３２およびマーク６１、６２からの透
過光をサブ基板１の裏面側で検出することにより行われ
る。検出された透過光が画像処理されてマークの面積重
心が算出され、両者が一致するように光半導体素子２の
位置が微調整されてからサブ基板に固定される。なお、
面積重心の一致による結合方法では、図形が一対である
と両者の角度を特定できないので、２対の図形を設け、
各面積重心どうしが一致するように結合させている。
の位置決めは、光半導体素子２の上方から赤外線を照射
し、マーク３１、３２およびマーク６１、６２からの透
過光をサブ基板１の裏面側で検出することにより行われ
る。検出された透過光が画像処理されてマークの面積重
心が算出され、両者が一致するように光半導体素子２の
位置が微調整されてからサブ基板に固定される。なお、
面積重心の一致による結合方法では、図形が一対である
と両者の角度を特定できないので、２対の図形を設け、
各面積重心どうしが一致するように結合させている。
【００１４】一方、２個のマーク３１とマーク３２から
の等距離線上には、短尺光ファイバ４を配置するＶ溝５
が異方性エッチングにより形成されている。シリコンの
異方性エッチングは、通常エッチングしない部分をフォ
トリソグラフィ技術を利用して金属被膜などをパターニ
ングし、これをエッチングマスクとしてエッチング液に
浸すことにより行われる。本実施例では、このマスクと
マーク３１、３２を同一の金属薄膜で形成することで、
プロセスが共通化されている。これにより、プロセスが
簡便化するのみならず、Ｖ溝５とマーク３１、３２の相
対的な位置精度はパターニングするために用いるフォト
リソグラフィー用マスクの精度のみに依存することとな
り、極めて高い位置精度を維持することができるように
なる。Ｖ溝５にはこれと等しい長さの短尺光ファイバ４
が配置されている。Ｖ溝５の開口部の幅及び深さは、短
尺光ファイバ４がＶ溝５に配置されたとき、サブ基板１
の表面からのコアの高さが光半導体素子２の発光部の高
さに一致するように設定されている。また、マーク３
１、３２の位置とＶ溝５の中心線の位置は光半導体素子
２を実装したときに光軸が一致するようにあらかじめパ
ターンが設定されている。光導波路基板１１もサブ基板
１と同様、シリコンからなり、基板表面に光導波路８が
形成されている。また、光導波路８は基板表面上に鏡面
状に仕上げられた光導波路端面１０を有している。光導
波路８のコアの延長線上にはＶ溝９が異方性エッチング
により形成されている。Ｖ溝９の開口部と深さもサブ基
板１と同様、短尺光ファイバ４を溝に配置したときに、
コアの基板表面からの高さが光導波路８の基板表面から
の高さに一致するように設定されている。この光導波路
基板１１の光導波路８が形成されている面をサブ基板１
の表面に向け、短尺光ファイバ４がＶ溝９にはまり込む
ように両者を固着することにより、光半導体素子２と光
導波路８が短尺光ファイバ４を介して無調整で光学的に
結合される。
の等距離線上には、短尺光ファイバ４を配置するＶ溝５
が異方性エッチングにより形成されている。シリコンの
異方性エッチングは、通常エッチングしない部分をフォ
トリソグラフィ技術を利用して金属被膜などをパターニ
ングし、これをエッチングマスクとしてエッチング液に
浸すことにより行われる。本実施例では、このマスクと
マーク３１、３２を同一の金属薄膜で形成することで、
プロセスが共通化されている。これにより、プロセスが
簡便化するのみならず、Ｖ溝５とマーク３１、３２の相
対的な位置精度はパターニングするために用いるフォト
リソグラフィー用マスクの精度のみに依存することとな
り、極めて高い位置精度を維持することができるように
なる。Ｖ溝５にはこれと等しい長さの短尺光ファイバ４
が配置されている。Ｖ溝５の開口部の幅及び深さは、短
尺光ファイバ４がＶ溝５に配置されたとき、サブ基板１
の表面からのコアの高さが光半導体素子２の発光部の高
さに一致するように設定されている。また、マーク３
１、３２の位置とＶ溝５の中心線の位置は光半導体素子
２を実装したときに光軸が一致するようにあらかじめパ
ターンが設定されている。光導波路基板１１もサブ基板
１と同様、シリコンからなり、基板表面に光導波路８が
形成されている。また、光導波路８は基板表面上に鏡面
状に仕上げられた光導波路端面１０を有している。光導
波路８のコアの延長線上にはＶ溝９が異方性エッチング
により形成されている。Ｖ溝９の開口部と深さもサブ基
板１と同様、短尺光ファイバ４を溝に配置したときに、
コアの基板表面からの高さが光導波路８の基板表面から
の高さに一致するように設定されている。この光導波路
基板１１の光導波路８が形成されている面をサブ基板１
の表面に向け、短尺光ファイバ４がＶ溝９にはまり込む
ように両者を固着することにより、光半導体素子２と光
導波路８が短尺光ファイバ４を介して無調整で光学的に
結合される。
【００１５】ここでは、光半導体素子２がサブ基板１上
に実装されたとき、光半導体素子２の発光部１３の高さ
が、この実施例では５μｍになるように設定されてい
る。この発光部１３の高さに１２５μｍ径の短尺光ファ
イバのコア１４の高さを合わせるため、Ｖ溝５の開口部
の幅は１４２μｍ、深さは８０μｍとなっている。サブ
基板１が光導波路基板１１に実装されたときに安定して
位置決めされるように、Ｖ溝５及び短尺光ファイバ４の
長さは５ｍｍとなっている。この短尺光ファイバ４がＶ
溝５に配置され、熱硬化性エポキシ系接着剤により固定
され、サブ基板１のサブアセンブリが完了される。な
お、短尺光ファイバ４は、Ｖ溝５に実装する前にブレー
ドソーによりあらかじめ数本単位にまとめて切断され、
切断されると同時に端面が鏡面に仕上げられている。次
に、光半導体素子のサブ基板への位置調整と実装の方法
について説明する。
に実装されたとき、光半導体素子２の発光部１３の高さ
が、この実施例では５μｍになるように設定されてい
る。この発光部１３の高さに１２５μｍ径の短尺光ファ
イバのコア１４の高さを合わせるため、Ｖ溝５の開口部
の幅は１４２μｍ、深さは８０μｍとなっている。サブ
基板１が光導波路基板１１に実装されたときに安定して
位置決めされるように、Ｖ溝５及び短尺光ファイバ４の
長さは５ｍｍとなっている。この短尺光ファイバ４がＶ
溝５に配置され、熱硬化性エポキシ系接着剤により固定
され、サブ基板１のサブアセンブリが完了される。な
お、短尺光ファイバ４は、Ｖ溝５に実装する前にブレー
ドソーによりあらかじめ数本単位にまとめて切断され、
切断されると同時に端面が鏡面に仕上げられている。次
に、光半導体素子のサブ基板への位置調整と実装の方法
について説明する。
【００１６】具体的には、まず光半導体素子２を真空吸
着器によりサブ基板１の上部に搬送し、マーク３１とマ
ーク６１、マーク３２とマーク６２がそれぞれほぼ一致
する位置まで移動させる。ここで、光半導体素子２の上
方から赤外線を照射し、透過光をサブ基板１の裏面側に
設定したＣＣＤ（Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅ
ｖｉｃｅ）により検知する。ＣＣＤには光半導体素子２
とサブ基板１を透過した光と、マーク６１及びマーク３
１、３２によって遮断されてできた影により、直径１０
μｍの円形と直径３０μｍの円形が２対検知される。初
期の段階では、それぞれの大小の円形は若干ずれてい
る。それぞれの円形を検知後、画像処理しマーク３１、
３２の面積重心７ａ1 、７ａ2 とマーク６１、６２の面
積重心７ｂ1 、７ｂ2 の座標をそれぞれ算出する。図２
に示すように、面積重心どうしが一致するように光半導
体素子２の位置が微調整される。この際、サブ基板１の
表面に水平な方向だけでなく、回転方向も調整される。
位置が微調整された後、再び同様の方法で光半導体素子
２とサブ基板１の位置が検出され、円形の面積重心点の
座標が一致していることが確認された後、半田により光
半導体素子２がサブ基板１に固着される。
着器によりサブ基板１の上部に搬送し、マーク３１とマ
ーク６１、マーク３２とマーク６２がそれぞれほぼ一致
する位置まで移動させる。ここで、光半導体素子２の上
方から赤外線を照射し、透過光をサブ基板１の裏面側に
設定したＣＣＤ（Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅ
ｖｉｃｅ）により検知する。ＣＣＤには光半導体素子２
とサブ基板１を透過した光と、マーク６１及びマーク３
１、３２によって遮断されてできた影により、直径１０
μｍの円形と直径３０μｍの円形が２対検知される。初
期の段階では、それぞれの大小の円形は若干ずれてい
る。それぞれの円形を検知後、画像処理しマーク３１、
３２の面積重心７ａ1 、７ａ2 とマーク６１、６２の面
積重心７ｂ1 、７ｂ2 の座標をそれぞれ算出する。図２
に示すように、面積重心どうしが一致するように光半導
体素子２の位置が微調整される。この際、サブ基板１の
表面に水平な方向だけでなく、回転方向も調整される。
位置が微調整された後、再び同様の方法で光半導体素子
２とサブ基板１の位置が検出され、円形の面積重心点の
座標が一致していることが確認された後、半田により光
半導体素子２がサブ基板１に固着される。
【００１７】シリコン基板の表面に二酸化シリコン（Ｓ
ｉＯ2 ）をＣＶＤにより被膜して光導波路８を形成され
ている。光導波路８のコア１５となる部分は屈折率を周
囲のクラッドより高くするためにゲルマニウムがドープ
されている。光導波路８が形成された後、イオンビーム
エッチングにより光導波路基板１１の端部から６ｍｍの
位置に光導波路端面１０が形成されるように光導波路８
は加工されている。エッチングにより露出された光導波
路基板１１の表面には、光導波路８の延長線上に、サブ
基板１と同様の方法でＶ溝９が形成されている。光導波
路のコア１５の中心軸は、光導波路基板１１の表面から
１５μｍの高さに形成されている。短尺光ファイバ４が
Ｖ溝９にはめ込まれたときに、短尺光ファイバのコア１
４の高さが光導波路のコア１５に一致するように、Ｖ溝
９の開口部の幅と深さはそれぞれ１２４μｍ、７０μｍ
となっている。
ｉＯ2 ）をＣＶＤにより被膜して光導波路８を形成され
ている。光導波路８のコア１５となる部分は屈折率を周
囲のクラッドより高くするためにゲルマニウムがドープ
されている。光導波路８が形成された後、イオンビーム
エッチングにより光導波路基板１１の端部から６ｍｍの
位置に光導波路端面１０が形成されるように光導波路８
は加工されている。エッチングにより露出された光導波
路基板１１の表面には、光導波路８の延長線上に、サブ
基板１と同様の方法でＶ溝９が形成されている。光導波
路のコア１５の中心軸は、光導波路基板１１の表面から
１５μｍの高さに形成されている。短尺光ファイバ４が
Ｖ溝９にはめ込まれたときに、短尺光ファイバのコア１
４の高さが光導波路のコア１５に一致するように、Ｖ溝
９の開口部の幅と深さはそれぞれ１２４μｍ、７０μｍ
となっている。
【００１８】サブ基板１の組立と光導波路基板１１のＶ
溝９が形成された後、サブ基板１が光導波路１１に実装
される。サブ基板１表面を光導波路基板１１の表面に向
け、短尺光ファイバ４の基板表面から上にある部分がＶ
溝９にはめ込まれ、熱硬化性エポキシ系樹脂により両者
が固着される。このとき、短尺光ファイバ４はサブ基板
１と光導波路基板１１の位置合わせも兼ねているため、
すべて無調整に行える。また、短尺光ファイバ４と光導
波路８の両端面間はフレネル反射光を低減させるため、
樹脂により屈折率整合が施されている。以上の組立の
後、光導波路８のサブ基板１の固着とは反対側の出力端
に光ファイバが固着され、これら全体がきょう体に収容
されてデバイスが完成される。
溝９が形成された後、サブ基板１が光導波路１１に実装
される。サブ基板１表面を光導波路基板１１の表面に向
け、短尺光ファイバ４の基板表面から上にある部分がＶ
溝９にはめ込まれ、熱硬化性エポキシ系樹脂により両者
が固着される。このとき、短尺光ファイバ４はサブ基板
１と光導波路基板１１の位置合わせも兼ねているため、
すべて無調整に行える。また、短尺光ファイバ４と光導
波路８の両端面間はフレネル反射光を低減させるため、
樹脂により屈折率整合が施されている。以上の組立の
後、光導波路８のサブ基板１の固着とは反対側の出力端
に光ファイバが固着され、これら全体がきょう体に収容
されてデバイスが完成される。
【００１９】組立後、光ファイバからの光出力特性を評
価した結果、光半導体素子を発光させて光ファイバに最
適位置調整させて光出力した場合に近い結果を得ること
ができた。光出力特性から算出される結合効率は、発光
させて位置調整した場合にくらべ、０．５ｄＢ程度低い
だけであった。このことから、光半導体素子２と短尺光
ファイバ４、短尺光ファイバ４と光導波路８、及び光導
波路８と光ファイバの各部の位置ずれの総和は十分１μ
ｍ以下であったと考えられる。
価した結果、光半導体素子を発光させて光ファイバに最
適位置調整させて光出力した場合に近い結果を得ること
ができた。光出力特性から算出される結合効率は、発光
させて位置調整した場合にくらべ、０．５ｄＢ程度低い
だけであった。このことから、光半導体素子２と短尺光
ファイバ４、短尺光ファイバ４と光導波路８、及び光導
波路８と光ファイバの各部の位置ずれの総和は十分１μ
ｍ以下であったと考えられる。
【００２０】以上述べたように、光半導体素子２と短尺
光ファイバ４の結合、及び短尺光ファイバ４と光導波路
８との結合は、いずれも無調整で、しかも高精度で行え
る。また、短尺光ファイバ４と光半導体素子２の結合
は、マークの位置検出により行ったので、光半導体素子
２に通電し発光させることなく簡易に、しかも高精度に
行える。
光ファイバ４の結合、及び短尺光ファイバ４と光導波路
８との結合は、いずれも無調整で、しかも高精度で行え
る。また、短尺光ファイバ４と光半導体素子２の結合
は、マークの位置検出により行ったので、光半導体素子
２に通電し発光させることなく簡易に、しかも高精度に
行える。
【００２１】次に、光半導体素子と光導波路の面積重心
を用いた位置検出による結合の方法について、図３〜図
６を参照して詳細に説明する。
を用いた位置検出による結合の方法について、図３〜図
６を参照して詳細に説明する。
【００２２】本発明のマークの検出による位置調整は、
サブ基板１と光半導体素子２が赤外線を透過する性質に
着目したものである。マークの位置検出は、例えば十字
形状の大小のマークをサブ基板１と光半導体素子２にそ
れぞれ形成しておき、両者の十字形状の各辺あるいは各
頂点部の座標を検出しても行える。また、例えば円形の
輪郭部の特定した数点の座標を検出して行ってもよい。
しかしながら、マークの頂点や輪郭による位置検出方法
では、以下に述べる理由で、上述の本発明の実施例で用
いた面積重心による方法にくらべ精度の高い検出は困難
である。
サブ基板１と光半導体素子２が赤外線を透過する性質に
着目したものである。マークの位置検出は、例えば十字
形状の大小のマークをサブ基板１と光半導体素子２にそ
れぞれ形成しておき、両者の十字形状の各辺あるいは各
頂点部の座標を検出しても行える。また、例えば円形の
輪郭部の特定した数点の座標を検出して行ってもよい。
しかしながら、マークの頂点や輪郭による位置検出方法
では、以下に述べる理由で、上述の本発明の実施例で用
いた面積重心による方法にくらべ精度の高い検出は困難
である。
【００２３】すなわち、図形の位置検出の精度は、マー
クからの反射光あるいは透過光を集光する顕微鏡の拡大
倍率と分解能、及びＣＣＤ等の受光装置の分解能に大き
く依存する。上述のような、図形の頂点や輪郭を検出す
る方法による場合、たとえ高分解能のＣＣＤを用いたと
しても、検出の位置精度は顕微鏡の光学系以上の精度は
原理的に望めない。例えば、輪郭を検出する方法による
場合、マークからの反射光あるいは透過光を顕微鏡によ
り集光してＣＣＤ等の受光装置に取り込み、濃淡のレベ
ルをあらかじめ設定したレベルで黒または白に２値化
し、その境界値を輪郭と認識する。
クからの反射光あるいは透過光を集光する顕微鏡の拡大
倍率と分解能、及びＣＣＤ等の受光装置の分解能に大き
く依存する。上述のような、図形の頂点や輪郭を検出す
る方法による場合、たとえ高分解能のＣＣＤを用いたと
しても、検出の位置精度は顕微鏡の光学系以上の精度は
原理的に望めない。例えば、輪郭を検出する方法による
場合、マークからの反射光あるいは透過光を顕微鏡によ
り集光してＣＣＤ等の受光装置に取り込み、濃淡のレベ
ルをあらかじめ設定したレベルで黒または白に２値化
し、その境界値を輪郭と認識する。
【００２４】ところが、図３に示すように、顕微鏡を通
してＣＣＤに入るマーク近傍からの光は、実際には顕微
鏡の対物レンズの分解能以下の領域ではボケており、境
界で徐々に濃淡が変化する。このとき、最初に設定する
２値化のためのレベルの違いにより検出される境界の位
置は変化してしまうことになる。また、特に本発明のよ
うに赤外線を用いた光学系では、可視光より波長が長い
分余計に分解能が低下してしまう。例えば、２０倍対物
レンズを使用したときは、誤差は理論上約１．６μｍ、
５０倍では約１．２μｍになってしまう。
してＣＣＤに入るマーク近傍からの光は、実際には顕微
鏡の対物レンズの分解能以下の領域ではボケており、境
界で徐々に濃淡が変化する。このとき、最初に設定する
２値化のためのレベルの違いにより検出される境界の位
置は変化してしまうことになる。また、特に本発明のよ
うに赤外線を用いた光学系では、可視光より波長が長い
分余計に分解能が低下してしまう。例えば、２０倍対物
レンズを使用したときは、誤差は理論上約１．６μｍ、
５０倍では約１．２μｍになってしまう。
【００２５】光学系の分解能を上げるためには、原理的
には対物レンズの倍率を上げればよい。しかしながら、
倍率を上げれば焦点深度が短くなり、今度は焦点ズレに
より輪郭がボケ易くなってしまう。図４に示すように、
光半導体素子２をサブ基板１上で位置調整させる必要が
あることから、光半導体素子２はサブ基板１の表面より
少なくとも数μｍは浮かせる必要がある。このため、ど
うしても顕微鏡からマーク３１、３２までと、マーク６
１、６２までの距離に距離に差異を生じてしまう。双方
のマークにボケを生じないようにするためには対物レン
ズの倍率は概ね２０倍が拡大倍率の限界となる。したが
って、どうしても上述のように１．６μｍ程度の誤差を
生じてしまう。
には対物レンズの倍率を上げればよい。しかしながら、
倍率を上げれば焦点深度が短くなり、今度は焦点ズレに
より輪郭がボケ易くなってしまう。図４に示すように、
光半導体素子２をサブ基板１上で位置調整させる必要が
あることから、光半導体素子２はサブ基板１の表面より
少なくとも数μｍは浮かせる必要がある。このため、ど
うしても顕微鏡からマーク３１、３２までと、マーク６
１、６２までの距離に距離に差異を生じてしまう。双方
のマークにボケを生じないようにするためには対物レン
ズの倍率は概ね２０倍が拡大倍率の限界となる。したが
って、どうしても上述のように１．６μｍ程度の誤差を
生じてしまう。
【００２６】上記に加え、図形の頂点や輪郭による位置
検出であると、光学系の分解能に起因する誤差のほか
に、薄膜によるマークの輪郭部のでき具合によっても誤
差を生じることがある。すなわち、頂点部や輪郭部がプ
ロセス中に一部欠けたり、丸まったりしているととたん
に精度が悪くなる。
検出であると、光学系の分解能に起因する誤差のほか
に、薄膜によるマークの輪郭部のでき具合によっても誤
差を生じることがある。すなわち、頂点部や輪郭部がプ
ロセス中に一部欠けたり、丸まったりしているととたん
に精度が悪くなる。
【００２７】本発明の図形の面積重心の一致により結合
させる方法では、マークを面として認識している。この
ため、仮に画像を２値化した際に輪郭の位置が上述の理
由で変化しても、分解能に依存しない輪郭より内側の部
分もマークの位置を示す情報として取り込まれるため、
重心位置への影響は軽減される。
させる方法では、マークを面として認識している。この
ため、仮に画像を２値化した際に輪郭の位置が上述の理
由で変化しても、分解能に依存しない輪郭より内側の部
分もマークの位置を示す情報として取り込まれるため、
重心位置への影響は軽減される。
【００２８】本発明の実施例で示したように円形のマー
クを適用した場合、この重心の座標ｒＧ(x ,y)は、ｒ
(x,y) を集光された光の検出点の座標、ΔＳを座標ｒで
の１画
クを適用した場合、この重心の座標ｒＧ(x ,y)は、ｒ
(x,y) を集光された光の検出点の座標、ΔＳを座標ｒで
の１画
【００２９】素の面積、Ｓを全体の面積とすると、 ｒＧ(x ,y)＝（Σｒ(x ,y)ΔＳ
【００３０】と表される。図５に半径をＲ、対物レンズ
の分解能をΔｓとした場合のＣＣＤに検知されるマーク
の形状と面積重心を表している。半径がほぼＲ−（Δｓ
／２）以下の領域では面積重心はマークの円の中心に一
致し、Ｒ−（Δｓ／２）からＲ＋（Δｓ／２）の領域
（図中ハッチング部）では光の強弱、２値化レベル等の
影響により真の円形より形状が変化し、面積重心の位置
検出に誤差を与えるという問題が生じる。
の分解能をΔｓとした場合のＣＣＤに検知されるマーク
の形状と面積重心を表している。半径がほぼＲ−（Δｓ
／２）以下の領域では面積重心はマークの円の中心に一
致し、Ｒ−（Δｓ／２）からＲ＋（Δｓ／２）の領域
（図中ハッチング部）では光の強弱、２値化レベル等の
影響により真の円形より形状が変化し、面積重心の位置
検出に誤差を与えるという問題が生じる。
【００３１】図６は、ＣＣＤ等の受光装置の分解能を、
顕微鏡の光学系の分解のより十分小さいと仮定して、顕
微鏡の対物レンズ倍率を１０倍、２０倍、及び５０倍の
３水準に設定したときの円形マークの半径と面積重心に
よる位置検出の誤差の関係を計算により求めた結果を示
す。顕微鏡の倍率が上がるほど位置の検出誤差は小さく
なる。また、マークの半径が大きいほど、誤差は低減さ
れる。これはマークの面積が増えるにつれて、境界近傍
の画素数に対する円形の内部に入る画素数の割合が高く
なるからである。マークを大きくすればするほど、理論
的な精度が向上するだけでなく、薄膜の輪郭部に欠けな
どがあっても検出位置精度に影響を受けにくくなる。
顕微鏡の光学系の分解のより十分小さいと仮定して、顕
微鏡の対物レンズ倍率を１０倍、２０倍、及び５０倍の
３水準に設定したときの円形マークの半径と面積重心に
よる位置検出の誤差の関係を計算により求めた結果を示
す。顕微鏡の倍率が上がるほど位置の検出誤差は小さく
なる。また、マークの半径が大きいほど、誤差は低減さ
れる。これはマークの面積が増えるにつれて、境界近傍
の画素数に対する円形の内部に入る画素数の割合が高く
なるからである。マークを大きくすればするほど、理論
的な精度が向上するだけでなく、薄膜の輪郭部に欠けな
どがあっても検出位置精度に影響を受けにくくなる。
【００３２】いま、倍率を２０倍に設定すると、マーク
半径を５μｍとすれば、０．２μｍ程度の位置検出精度
が得られることがわかる。すなわち、本発明の結合の方
法によれば、顕微鏡の光学系の分解能の約８分の１の位
置検出精度が可能になる。このことからも、本発明の実
施例で述べた光出力特性の良好な結果が裏付けられる。
なお、本発明の面積重心による結合の方法では、マーク
の図形形状は円形に限らず、楕円形状や十字形状など任
意の形状でよいことはいうまでもない。
半径を５μｍとすれば、０．２μｍ程度の位置検出精度
が得られることがわかる。すなわち、本発明の結合の方
法によれば、顕微鏡の光学系の分解能の約８分の１の位
置検出精度が可能になる。このことからも、本発明の実
施例で述べた光出力特性の良好な結果が裏付けられる。
なお、本発明の面積重心による結合の方法では、マーク
の図形形状は円形に限らず、楕円形状や十字形状など任
意の形状でよいことはいうまでもない。
【００３３】次に、本発明の光半導体素子と光導波路の
結合構造の他の実施例について説明する。
結合構造の他の実施例について説明する。
【００３４】第１図に示した実施例では、短尺光ファイ
バ４の光半導体素子２と結合する側は、ブレードソーに
よって切断した平坦面とした。より結合効率をあげるた
めに、短尺光ファイバをまとめて切断した後、先端をエ
ッチング溶液に浸してコア部のみを球形状に残すように
先球加工を施した先球光ファイバを用いてもよい。光半
導体素子と光ファイバの相対位置の許容誤差は、平坦の
ものが約１μｍ程度であるのに対して、先球光ファイバ
では０．５μｍ以下と厳しい。この場合でも、本発明の
結合構造と結合の方法よれば十分対応できる。
バ４の光半導体素子２と結合する側は、ブレードソーに
よって切断した平坦面とした。より結合効率をあげるた
めに、短尺光ファイバをまとめて切断した後、先端をエ
ッチング溶液に浸してコア部のみを球形状に残すように
先球加工を施した先球光ファイバを用いてもよい。光半
導体素子と光ファイバの相対位置の許容誤差は、平坦の
ものが約１μｍ程度であるのに対して、先球光ファイバ
では０．５μｍ以下と厳しい。この場合でも、本発明の
結合構造と結合の方法よれば十分対応できる。
【００３５】さらに、光半導体素子２と短尺光ファイバ
４はサブ基板１上で必ずしも一直線上にある必要はな
い。短尺光ファイバ４の端面での反射光が光半導体素子
２に戻らないように、短尺光ファイバ４をあらかじめ斜
めに切断しておき、光半導体素子２をスネルの法則を満
足するように短尺光ファイバ４に対して斜めの位置の配
置してもよい。
４はサブ基板１上で必ずしも一直線上にある必要はな
い。短尺光ファイバ４の端面での反射光が光半導体素子
２に戻らないように、短尺光ファイバ４をあらかじめ斜
めに切断しておき、光半導体素子２をスネルの法則を満
足するように短尺光ファイバ４に対して斜めの位置の配
置してもよい。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の光半導体素
子と光導波路の結合構造と結合の方法を用いることによ
り、簡便でしかも光導波路に対して光半導体素子を高精
度で位置決めして実装することが可能になる。また、光
導波路の端面近傍には位置決め用のガイドが不要である
ため、光半導体素子を実装する前に外部より光ファイバ
を光導波路端面に突き当てて特性を事前に評価すること
ができる。このように、本発明により安価で生産性がよ
く、結合効率の高い光半導体素子と光導波路の結合構造
を得ることが可能になる。
子と光導波路の結合構造と結合の方法を用いることによ
り、簡便でしかも光導波路に対して光半導体素子を高精
度で位置決めして実装することが可能になる。また、光
導波路の端面近傍には位置決め用のガイドが不要である
ため、光半導体素子を実装する前に外部より光ファイバ
を光導波路端面に突き当てて特性を事前に評価すること
ができる。このように、本発明により安価で生産性がよ
く、結合効率の高い光半導体素子と光導波路の結合構造
を得ることが可能になる。
【図１】本発明の光半導体素子と光導波路の結合構造の
一実施例を示す斜視図
一実施例を示す斜視図
【図２】本発明の光半導体素子と光導波路の結合構造に
おける位置決め用マークの一実施例
おける位置決め用マークの一実施例
【図３】マークの輪郭近傍と検出光の濃淡レベル
【図４】位置調整時の光半導体素子とサブ基板の断面図
【図５】円形マークの面積重心
【図６】各顕微鏡倍率におけるマーク半径と面積重心の
位置の検出誤差の計算結果
位置の検出誤差の計算結果
１ サブ基板 ２ 光半導体素子 ３１，３２ マーク ４ 短尺光ファイバ ５ Ｖ溝 ６１，６２ マーク ７ａ，７ｂ 面積重心 ８ 光導波路 ９ Ｖ溝 １０ 光導波路端面 １１ 光導波路基板 １２ 電極用パッド １３ 発光部 １４ 短尺光ファイバのコア １５ 光導波路のコア
Claims (12)
- 【請求項１】 光を閉じこめて伝搬させるコア部を有す
る光導波路に光半導体素子が光学的に結合される光半導
体素子と光導波路の結合構造において、 第１の基板の表面に実装された前記光半導体素子と、 前記光半導体素子の発光部の前記第１の基板表面からの
高さに、コアの前記第１の基板表面からの高さが一致す
るように前記第１の基板に形成された溝に配置された短
尺光ファイバと、 第２の基板に形成され、該第２の基板の表面上に終端部
を有し、該終端部の端面が鏡面加工された前記光導波路
から構成され、 前記光導波路のコア部の延長線上に形成された前記第２
の基板の表面の溝に、前記短尺光ファイバの前記第１の
基板の表面より上にある部分がはめ込まれ、 前記短尺光ファイバのコアの高さが前記光導波路のコア
部の高さに一致して、前記光半導体素子と前記光導波路
が結合されていることを特徴とする光半導体素子と光導
波路の結合構造。 - 【請求項２】 前記光半導体素子の前記第１の基板に接
合する面の一部に形成された赤外線を遮断する第１の薄
膜と、 前記第１の基板の表面の前記光半導体素子の薄膜に相対
する領域以外の領域の全部または一部に形成された赤外
線を遮断する第２の薄膜を含み、 前記第１の薄膜の境界線からなる輪郭により形成される
第１の図形と前記第２の薄膜の境界線からなる輪郭によ
り形成される第２の図形の位置が一致していることを特
徴とする「請求項１」記載の光半導体素子と光導波路の
結合構造。 - 【請求項３】 前記第１の図形の面積重心と前記第２の
図形の面積重心が一致するときに、前記光半導体素子と
前記光導波路が光学的に結合していることを特徴とする
「請求項２」記載の光半導体素子と光導波路の結合構
造。 - 【請求項４】 前記第１の図形と、前記第２の図形は複
数の対をなし、それぞれの相対する前記第１の図形の面
積重心と前記第２の図形の面積重心どうしがすべての対
で一致するときに、前記光半導体素子と前記光導波路が
光学的に結合していることを特徴とする「請求項３」記
載の光半導体素子と光導波路の結合構造。 - 【請求項５】 光を閉じこめて伝搬させるコア部を有す
る光導波路に光半導体素子を光学的に結合させる光半導
体素子と光導波路の結合方法において、 第１の基板の表面に実装された前記光半導体素子の発光
部の前記第１の基板表面からの高さに、短尺光ファイバ
のコアの前記第１の基板表面からの高さが一致するよう
に、該短尺光ファイバが前記第１の基板に形成された溝
に配置する工程と、 第２の基板表面上に終端部を有し該終端部の端面が鏡面
加工された第２の基板表面上に形成された前記光導波路
のコア部の延長線上に形成された第２の基板の溝に、前
記短尺光ファイバの第１の基板の表面より上にある部分
をはめ込む工程と、 前記短尺光ファイバのコアの高さが前記光導波路のコア
部の高さに一致して、前記光半導体素子と前記光導波路
を結合させる工程を含むことを特徴とする光半導体素子
と光導波路の結合方法。 - 【請求項６】 前記光半導体素子の前記第１の基板に接
合する面の一部に形成された赤外線を遮断する第１の薄
膜の境界線からなる輪郭により形成される第１の図形
と、 前記第１の基板の表面の前記光半導体素子の薄膜に相対
する領域以外の領域の全部または一部に形成された赤外
線を遮断する第２の薄膜の境界線からなる輪郭により形
成される第２の図形を検知して、前記光半導体素子の前
記第１の基板に対する位置決めをして行うことを特徴と
する「請求項５」記載の光半導体素子と光導波路の結合
方法。 - 【請求項７】 前記光半導体素子の上面より赤外線を照
射し、前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜からの反射光
を検知して、 前記光半導体素子の前記第１の基板に対する位置決めを
して実装することを特徴とする「請求項６」記載の光半
導体素子と光導波路の結合方法。 - 【請求項８】 前記光半導体素子の上面より赤外線を照
射し、前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜が形成されて
いない領域を透過する透過光を検知して、 前記光半導体素子の前記第１の基板に対する位置決めを
して実装することを特徴とする「請求項６」記載の光半
導体素子と光導波路の結合方法。 - 【請求項９】 前記第１の基板の前記光半導体素子が実
装される面とは逆の面より赤外線を照射し、 前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜からの反射光を検知
して、 前記光半導体素子の前記第１の基板に対する位置決めを
して実装することを特徴とする「請求項６」記載の光半
導体素子と光導波路の結合方法。 - 【請求項１０】 前記第１の基板の前記光半導体素子が
実装される面とは逆の面より赤外線を照射し、 前記第１の薄膜及び前記第２の薄膜が形成されていない
領域を透過する透過光を検知して、 前記光半導体素子の前記第１の基板に対する位置決めを
して実装することを特徴とする「請求項６」記載の光半
導体素子と光導波路の結合方法。 - 【請求項１１】 前記第１の図形の面積重心と前記第２
の図形の面積重心が一致するときに、前記光半導体素子
と前記光導波路が光学的に結合するように形成された前
記第１の薄膜と前記第２の薄膜を検知する工程と、 前記第１および第２の薄膜からなる輪郭により形成され
る前記第１および前記第２の図形の面積重心をそれぞれ
算出する工程と、 前記第１の図形の面積重心と前記第２の図形の面積重心
を一致させるように前記光半導体素子を移動させて、前
記第１の基板に固着する工程を含むことを特徴とする
「請求項６」記載の光半導体素子と光導波路の結合方
法。 - 【請求項１２】 前記第１の図形と前記第２の図形はそ
れぞれ複数の対をなしており、前記第１の図形の面積重
心と前記第２の図形の面積重心がすべての対で一致する
ときに、前記光半導体素子と前記光導波路が光学的に結
合するように形成された前記第１の薄膜と前記第２の薄
膜を検知する工程と、 前記第１および第２の薄膜からなる輪郭により形成され
る前記第１および前記第２の図形の面積重心をそれぞれ
算出する工程と、 前記第１の図形の面積重心と前記第２の図形の面積重心
をすべての対で一致させるように前記光半導体素子を移
動させて、前記第１の基板に固着する工程を含むことを
特徴とする「請求項７」記載の光半導体素子と光導波路
の結合方法。
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|---|---|---|---|---|
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| US5544269A (en) * | 1994-12-14 | 1996-08-06 | Ricoh Company Ltd. | Optical transmission module and method of forming the same |
| US6220878B1 (en) * | 1995-10-04 | 2001-04-24 | Methode Electronics, Inc. | Optoelectronic module with grounding means |
| US5546281A (en) | 1995-01-13 | 1996-08-13 | Methode Electronics, Inc. | Removable optoelectronic transceiver module with potting box |
| US5717533A (en) | 1995-01-13 | 1998-02-10 | Methode Electronics Inc. | Removable optoelectronic module |
| US5778127A (en) * | 1995-06-07 | 1998-07-07 | Gilliland; Patrick | Optical transceiver and filler composition |
| JP3592406B2 (ja) * | 1995-07-10 | 2004-11-24 | 富士通株式会社 | 光モジュール及び光モジュールの製造方法 |
| US5960259A (en) * | 1995-11-16 | 1999-09-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical apparatus and method for producing the same |
| EP0774684A3 (en) | 1995-11-16 | 1998-04-22 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical apparatus and method for producing the same |
| US5790737A (en) * | 1995-11-21 | 1998-08-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Optical semiconductor device |
| JP3006832B2 (ja) * | 1996-05-14 | 2000-02-07 | 日本電気株式会社 | 発光素子と光導波路の光結合構造 |
| JP3817777B2 (ja) * | 1996-05-21 | 2006-09-06 | 株式会社日立製作所 | 光素子搭載モジュールの製造方法 |
| US5774614A (en) * | 1996-07-16 | 1998-06-30 | Gilliland; Patrick B. | Optoelectronic coupling and method of making same |
| JPH1082930A (ja) * | 1996-09-06 | 1998-03-31 | Mitsubishi Electric Corp | 光モジュール，およびその製造方法 |
| GB9702127D0 (en) * | 1997-02-03 | 1997-03-26 | Integrated Optical Components | Optical component assemblies |
| DE19711283A1 (de) | 1997-03-18 | 1998-10-29 | Siemens Ag | Hermetisch dichtes optisches Sendemodul |
| JPH1123914A (ja) * | 1997-07-02 | 1999-01-29 | Nec Corp | 光素子と光ファイバとの固定構造 |
| JPH11109184A (ja) | 1997-09-30 | 1999-04-23 | Kyocera Corp | 光デバイス実装用基板及び光モジュール |
| US6095697A (en) * | 1998-03-31 | 2000-08-01 | Honeywell International Inc. | Chip-to-interface alignment |
| US6203333B1 (en) | 1998-04-22 | 2001-03-20 | Stratos Lightwave, Inc. | High speed interface converter module |
| US6179627B1 (en) | 1998-04-22 | 2001-01-30 | Stratos Lightwave, Inc. | High speed interface converter module |
| JP3235571B2 (ja) * | 1998-09-03 | 2001-12-04 | 日本電気株式会社 | 活性層と位置決めマークとの相対位置を測定する測定方法 |
| JP2000231041A (ja) | 1999-02-10 | 2000-08-22 | Nec Corp | 光半導体素子と光伝送路の結合構造及びその結合方法 |
| US6873800B1 (en) | 1999-05-26 | 2005-03-29 | Jds Uniphase Corporation | Hot pluggable optical transceiver in a small form pluggable package |
| US6213651B1 (en) | 1999-05-26 | 2001-04-10 | E20 Communications, Inc. | Method and apparatus for vertical board construction of fiber optic transmitters, receivers and transceivers |
| US7013088B1 (en) | 1999-05-26 | 2006-03-14 | Jds Uniphase Corporation | Method and apparatus for parallel optical interconnection of fiber optic transmitters, receivers and transceivers |
| US20010048793A1 (en) * | 1999-05-27 | 2001-12-06 | Edwin Dair | Method and apparatus for multiboard fiber optic modules and fiber optic module arrays |
| US6952532B2 (en) * | 1999-05-27 | 2005-10-04 | Jds Uniphase Corporation | Method and apparatus for multiboard fiber optic modules and fiber optic module arrays |
| US7116912B2 (en) * | 1999-05-27 | 2006-10-03 | Jds Uniphase Corporation | Method and apparatus for pluggable fiber optic modules |
| US20040069997A1 (en) * | 1999-05-27 | 2004-04-15 | Edwin Dair | Method and apparatus for multiboard fiber optic modules and fiber optic module arrays |
| US6632030B2 (en) | 1999-05-27 | 2003-10-14 | E20 Communications, Inc. | Light bending optical block for fiber optic modules |
| US20010030789A1 (en) * | 1999-05-27 | 2001-10-18 | Wenbin Jiang | Method and apparatus for fiber optic modules |
| US20020030872A1 (en) * | 1999-05-27 | 2002-03-14 | Edwin Dair | Method and apparatus for multiboard fiber optic modules and fiber optic module arrays |
| US20020033979A1 (en) * | 1999-05-27 | 2002-03-21 | Edwin Dair | Method and apparatus for multiboard fiber optic modules and fiber optic module arrays |
| US6220873B1 (en) | 1999-08-10 | 2001-04-24 | Stratos Lightwave, Inc. | Modified contact traces for interface converter |
| EP1302795A1 (en) * | 2001-10-15 | 2003-04-16 | Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) | Apparatus and method for coupling an optical fibre to an optical waveguide |
| JP2003158327A (ja) * | 2001-11-20 | 2003-05-30 | Sharp Corp | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| EP1447696B1 (de) * | 2003-02-04 | 2008-07-30 | Avago Technologies Fiber IP (Singapore) Pte. Ltd. | Modulares optoelektronisches Bauelement |
| CN107731976A (zh) * | 2013-04-12 | 2018-02-23 | 深圳迈辽技术转移中心有限公司 | 二极管模组 |
| JPWO2015098854A1 (ja) * | 2013-12-27 | 2017-03-23 | 株式会社フジクラ | 光学装置の製造方法 |
| JP6275025B2 (ja) * | 2014-03-24 | 2018-02-07 | シチズン時計株式会社 | 光ファイバの実装部品、光モジュールおよび製造方法 |
| JP6335765B2 (ja) * | 2014-11-27 | 2018-05-30 | シチズン時計株式会社 | 光モジュールおよびその製造方法 |
| CN106104344B (zh) * | 2014-03-24 | 2017-11-10 | 西铁城时计株式会社 | 光纤的安装零件、光模块以及制造方法 |
| WO2015146377A1 (ja) * | 2014-03-24 | 2015-10-01 | シチズンホールディングス株式会社 | 光ファイバの実装部品、光モジュールおよび製造方法 |
| JP6380069B2 (ja) * | 2014-12-11 | 2018-08-29 | 住友電気工業株式会社 | 光送信モジュール |
| DE102019210750B4 (de) * | 2019-07-19 | 2023-12-14 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verfahren zur herstellung einer anordnung mit einem substrat und zwei bauelementen mit lichtwellenleitern |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4466696A (en) * | 1982-03-29 | 1984-08-21 | Honeywell Inc. | Self-aligned coupling of optical fiber to semiconductor laser or LED |
| US4639074A (en) * | 1984-06-18 | 1987-01-27 | At&T Bell Laboratories | Fiber-waveguide self alignment coupler |
| JPH0230485B2 (ja) * | 1984-10-05 | 1990-07-06 | Nippon Telegraph & Telephone | Dohagatahikarimojuuruoyobisonoseizohoho |
| US4788406A (en) * | 1987-01-23 | 1988-11-29 | Battelle Memorial Institute | Microattachment of optical fibers |
| FR2623915B1 (fr) * | 1987-11-26 | 1990-04-13 | Corning Glass Works | Procede de production d'un composant optique integre en verre comprenant des tranchees de positionnement et de fixation de fibres optiques en alignement avec des guides d'ondes et composants ainsi produits |
| US4892374A (en) * | 1988-03-03 | 1990-01-09 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Article comprising an opto-electronic device and an optical waveguide coupled thereto, and method of making the article |
| US4818058B1 (en) * | 1988-03-03 | 1995-04-25 | Bell Telephone Labor Inc | Optical connector. |
| US4904036A (en) * | 1988-03-03 | 1990-02-27 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Subassemblies for optoelectronic hybrid integrated circuits |
| US4930854A (en) * | 1989-03-03 | 1990-06-05 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Optical fiber-to-channel waveguide coupler |
| DE4013630A1 (de) * | 1989-05-31 | 1990-12-06 | Siemens Ag | Optoelektronischer wandlermodul und verfahren zu dessen herstellung |
| US5277930A (en) * | 1990-04-27 | 1994-01-11 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of fabricating a substrate for an optical surface mount circuit |
| DE4116432A1 (de) * | 1991-05-18 | 1992-11-19 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Verfahren zur herstellung von lichtwellenleitern auf einem substrat |
| US5299276A (en) * | 1991-10-11 | 1994-03-29 | Fujitsu Limited | Waveguide type optical device and method for manufacturing the same |
| US5276756A (en) * | 1991-12-06 | 1994-01-04 | Amoco Corporation | High speed electro-optical signal translator |
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