JP3890281B2

JP3890281B2 - Method and apparatus for mounting optical element

Info

Publication number: JP3890281B2
Application number: JP2002277989A
Authority: JP
Inventors: 芳行土居; 真司美野; 俊和橋本; 毅北川
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2022-09-24
Also published as: JP2004117582A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光素子の搭載方法及びその装置に関し、より詳細には、レーザやフォトダイオードなど発光現象を有する光素子を、光導波路を含む素子に搭載するための光素子の搭載方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ通信技術の発展にともない、光素子の搭載装置のスループットや歩留まり、実装精度の向上などの性能に対する要求が高まっている。また、シリコン基板上に導波路とレーザやフォトダイオードといったアクティブ素子とのハイブリッド実装を行う搭載装置の高度化も重要な課題となっている。搭載方法には大きくわけて、光による調芯を行うアクティブアライメントと、光を用いないパッシブアライメントの２種がある。
【０００３】
図９は、アクティブアライメントを用いた従来の光素子の搭載方法を説明するための構成図である。図中符号２１は搭載素子、２２は被搭載素子、２３は光導波路、２５は光検出部、２７は搭載素子光、３７は電気線路を示している。ここで搭載素子２１は、１．５５ミクロンの発光波長を有するレーザダイオードであり、光検出部２５は、この波長の光を検出することができる。また、電気線路３７は、搭載素子２１および被搭載素子２２上に、金属配線とプローブ針と電気ケーブルなどを用いて構成されている。光導波路２３は被搭載素子２２上に設けられた石英ガラスの導波路である。
【０００４】
搭載素子２１と被搭載素子２２の位置合わせは、まず、被搭載素子２２上に設置された電極上に電気線路３７を接触させ、電圧を電気線路３７に印加する。ここで、搭載素子２１と被搭載素子２２を接触させると搭載素子２１から光が発生する。搭載素子２１から発生した搭載素子光２７を光導波路２３に入力し、さらに光導波路２３より出射した搭載素子光２７を光検出部２５によって観測することにより、搭載素子２１と被搭載素子２２間の位置合わせを行う。
【０００５】
図１０は、図９に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。
搭載装置は、搭載素子２１を保持するための冶具２８と、被搭載素子２２に給電するための電気線路３７と、被搭載素子２２を保持するためのステージ２９と、被搭載素子２２に設置された光導波路２３より出射した光を検出する光検出部２５とを備えている。
【０００６】
ここで冶具２８には、真空ピンセットなど、搭載素子２１を保持する機構が付いている。また冶具２８は、全体が垂直方向に可動し、搭載素子２１と被搭載素子２２の距離を調節することができる。ステージ２９は、全体が水平方向に可動し、搭載素子２１と被搭載素子２２の平行位置を調節することができる。光検出部２５は光導波路２３の端面付近に設置され、光導波路２３より出射した搭載素子光２７を観測する。
【０００７】
図１１は、パッシブアライメントを用いた従来の光素子の搭載方法を説明するための構成図である。図中符号３２はマーカで、その他、図９と同じ機能を有する部分については同一の符号を付してある。ここでマーカ３２は、搭載素子２１および被搭載素子２２上に蒸着された金属模様である。また、光導波路２３は被搭載素子２２上に設けられた石英ガラスの導波路である。搭載素子２１と被搭載素子２２の位置合わせは、マーカ３２をカメラ等によって撮影し、画像認識することによって行う。
【０００８】
図１２は、図１１に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。搭載装置は、搭載素子２１を保持するための冶具２８と、被搭載素子２２を保持するためのステージ２９と、マーカ観察光３６の光路を変更するためのミラー３３と、マーカ３２を観察するためのマーカ観察装置３４と、マーカ３２の位置合わせを行う画像認識装置３５とを備えている。
【０００９】
なお、アクティブアライメントに関しては、搭載素子（光素子チップ４）を被搭載素子（光回路基板１０）に搭載する際、電気線路４７を介して給電を行い、搭載素子を発光させてアライメントを行うものがある（例えば、特許文献１参照）。また、パッシブアライメントに関しては、搭載素子と被搭載素子上にマーカ（Alignment marks）を設け、カメラ（CCD microscope）で画像認識することによりアライメントを行うものがある（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６３−２１３８０４号公報
【００１１】
【非特許文献１】
T. Hashimoto, et.al, 「Hybrid Integration of Spot-Size Converted Laser Diode on Planar Lightwave Circuit Platform by Passive Alignment Technique」 IEEE Photonics Technology Lett., Vol.8, No.11, p1504-1506 (1996)
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の搭載装置において、アクティブアライメントを用いた図９及び図１０に示した構成では、電気線路３７を被搭載素子２２に接続しておく必要がある。この場合、プローブ針などの電気線路を用いて素子を固定するのに時間がかかり、搭載のスループットが落ちる問題があった。また、素子間の位置調整時に搭載素子２１と被搭載素子２２の接続が断続的に外れるため、搭載素子光２７が消失し、アライメントに時間がかかるという問題があった。さらに、重なる接続外れの衝撃により、素子の電気的特性が劣化するという問題があった。
【００１３】
パッシブアライメントを用いた図１１及び図１２に示した構成では、アクティブアライメントによる方法と比較して電気線路や光検出部が不要であるが、ミラー３３とマーカ観察装置３４と画像認識装置３５が必要となり、装置の大型化するという問題があった。
【００１４】
また、パッシブアライメントでは、基板や素子の表面のわずかな凹凸のばらつきや、マーカ形状のミクロン程度のわずかな変化によっても搭載位置の精度が大きく変化し、搭載素子２１と光導波路２３間での光損失が大きくなるという問題があった。特に、端面発光型のレーザダイオードや超高速フォトダイオードなど、受発光面積の微小な素子の搭載は極めて困難であった。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡易な構成で高精度な位置合わせが可能な光素子の搭載方法及びその装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、サーキュレータを介して、励起光源から発生した励起光を被搭載素子に設置された光導波路に入力し、次に、該光導波路を出射した励起光を搭載素子に入力し、次に、該搭載素子から発生した光を前記光導波路に入力し、次に、該光導波路より出射した光を、前記サーキュレータを介して光検出部によって観測することにより、前記搭載素子と前記被搭載素子間の位置合わせを行うことを特徴とする。
【００１８】
このような請求項１に記載の搭載方法によれば、励起光により発光した搭載素子からの光を、光導波路を介して検出するため、高精度な位置合わせが可能となる。また、電気配線を使用しないため、装置の構成が簡単となる。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明は、搭載素子と被搭載素子に設置されたマーカを用いて大まかな素子間の位置合わせを行うとともに、サーキュレータを介して、励起光源から発生した励起光を前記被搭載素子に設置された光導波路に入力し、次に、該光導波路を出射した励起光を前記搭載素子に入力し、次に、該搭載素子から発生した光を前記光導波路に入力し、次に、該光導波路より出射した光を、前記サーキュレータを介して光検出部によって観測することにより、前記搭載素子と前記被搭載素子間の位置合わせを行うことを特徴とする。
【００２１】
このような請求項２に記載の搭載方法によれば、マーカにより予備的な位置決めを行った後に励起光により発光した搭載素子からの光を、光導波路を介して検出するため、より高いスループットで高精度な位置合わせが可能となる。また、電気配線を使用しないため、装置の構成が簡単となる。
【００２２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記光導波路は石英ガラスの光導波路であることを特徴とする。
【００２３】
このような構成により、シリコン基板上における石英ガラス光導波路とレーザやフォトダイオードといったアクティブ素子とのハイブリッド実装を行うことが可能となる。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記励起光は、該励起光の発光波長が、前記搭載素子の基板の吸収端波長と、活性層の吸収端波長との間の値であることを特徴とする。
【００２５】
このような構成により、励起光は、基板では吸収されず活性層のみで吸収されるため、搭載素子から高効率の発光が得られる。また、発光が活性層のみで生じるため、正確なアライメントが可能となる。
【００２７】
また、請求項５に記載の発明は、搭載素子に入力する励起光を発生する励起光源と、前記搭載素子と前記励起光源を保持するための冶具と、被搭載素子を保持するためのステージと、前記励起光と前記搭載素子から発生した光を分光するためのサーキュレータと、前記被搭載素子に設置された光導波路より出射した光を、前記サーキュレータを介して検出する光検出部と、前記サーキュレータに接続され、前記光導波路に光を入力するための光ファイバとを備えたことを特徴とする。
【００２８】
このような請求項５に記載の搭載装置によれば、励起光により発光した搭載素子からの光を、光導波路を介して検出するため、高精度な位置合わせが可能となる。また、電気配線を使用しないため、装置の構成が簡単となる。
【００３０】
また、請求項６に記載の発明は、搭載素子に入力する励起光を発生する励起光源と、前記搭載素子と励起光源を保持するための冶具と、被搭載素子を保持するためのステージと、前記励起光と前記搭載素子から発生した光を分光するためのサーキュレータと、前記被搭載素子に設置された光導波路より出射した光を、前記サーキュレータを介して検出する光検出部と、前記サーキュレータに接続され、前記光導波路に光を入力するための光ファイバと、マーカ観察光の光路を変更するためのミラーと、マーカを観察するためのマーカ観察装置と、マーカの位置合わせを行う画像認識装置とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
このような請求項６に記載の搭載装置によれば、マーカにより予備的な位置決めを行った後に励起光により発光した搭載素子からの光を、光導波路を介して検出するため、より高いスループットで高精度な位置合わせが可能となる。また、電気配線を使用しないため、装置の構成が簡単となる。
【００３２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、前記光導波路は石英ガラスの光導波路であることを特徴とする。
【００３３】
このような構成により、シリコン基板上における石英ガラス光導波路とレーザやフォトダイオードといったアクティブ素子とのハイブリッド実装を行うことが可能となる。
【００３４】
また、請求項８に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、前記励起光は、該励起光の発光波長が、前記搭載素子の基板の吸収端波長と、活性層の吸収端波長との間の値であることを特徴とする。
【００３５】
このような構成により、励起光は、基板では吸収されず活性層のみで吸収されるため、搭載素子から高効率の発光が得られる。また、発光が活性層のみで生じるため、正確なアライメントが可能となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
（第１の参考例）
図１は、本発明の光素子の搭載方法における第１の参考例を示す図で、図中符号１は搭載素子、２は被搭載素子、３は光導波路、４は励起光源、５は光検出部、６は励起光、７は搭載素子光を示している。
【００３７】
ここで搭載素子１は、半導体基板上に形成されたレーザダイオードであり、半導体基板（ＩｎＰ）と活性層（ＩｎＧａＡｓＰ）の吸収端波長は、それぞれ、０．９ミクロンと１．５５ミクロンである。励起光源４は、搭載素子１の上方もしくは側方に設置され、その発光波長は、半導体基板の吸収端波長と、活性層の吸収端波長との間の値になるよう選択される。
【００３８】
ここでは、光増幅器用光源として使用される１．４８ミクロンの発光波長を有するレーザダイオードを用いる。よって、励起光が半導体基板を透過して活性層のみで吸収されることから、搭載素子１からの発光が活性層のみで生じ、正確なアライメントが可能である。また、光検出部５は、１．５５ミクロンの光を検出するカメラである。光導波路３は被搭載素子２上に設けられた石英ガラスの光導波路である。
【００３９】
次に、この搭載方法の過程について説明する。まず、励起光源４を駆動し、発生した励起光を搭載素子１に入力する。この搭載素子１からは、波長１．５５ミクロンの搭載素子光７が発生する。この状態を維持したまま搭載素子１を被搭載素子２上に接近させると、光導波路３の端面より、搭載素子１からの放射光が入力される。光導波路３の他方の端面には光検出部５が設置されており、光導波路３より出力した光を検出する。素子間の位置合わせは、光検出部５に入力される光が最大値となる位置で完了する。
【００４０】
図２は、図１に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。
搭載装置は、搭載素子１に入力する励起光６を発生する励起光源４と、搭載素子１と励起光源４を保持するための冶具８と、被搭載素子２を保持するためのステージ９と、被搭載素子２に設置された光導波路３より出射した光を検出する光検出部５とを備えている。
【００４１】
ここで冶具８には、真空ピンセットなど、搭載素子１を保持する機構が付いている。また冶具８は、全体が垂直方向に可動し、搭載素子１と被搭載素子２の距離を調節することができる。ステージ９は、全体が水平方向に可動し、搭載素子１と被搭載素子２の平行位置を調節することができる。光検出部５は、光導波路３の端面付近に設置され、光導波路３より出射した搭載素子光７を観測する。
【００４２】
本構成例では、励起光源４を搭載素子１の側方に設置する。これは、搭載素子１の上面に電極の金属が配置されている場合、励起光を上方より入射することが困難であるため、励起光６を搭載素子１の側方より入射することによって、搭載素子１に励起光６を入力するためである。以上のように、励起光源４の設置位置は搭載素子１の上方に限るものではない。
【００４３】
したがって、この構成を用いることにより、励起光により発光した搭載素子１からの光を、光導波路を介して検出するため、高精度な位置合わせが可能となる。また、電気配線を使用しないため、装置の構成が簡単となる。
【００４４】
また、搭載素子１として半導体光増幅器やフォトダイオードを用いることができる。なお、フォトダイオードを用いる場合の励起光源４の発光波長は、半導体基板の吸収端波長と、光吸収層の吸収端波長との間の値になるよう選択される。よって、励起光が半導体基板を透過し光吸収層のみで吸収されることから、搭載素子１からの発光が光吸収層のみで生じ、正確なアライメントが可能である。
【００４５】
また、光検出部５には搭載素子光７の他に迷光として励起光６が入力される。したがって、光検出部５内に、励起光６を除去するフィルタを設置することにより、迷光の入力を防止することができる。また、位置合わせ精度をさらに向上させることが出来る。
【００４６】
（第１の実施例）
図３は、本発明の光素子の搭載方法における第１の実施例を示す図で、図中符号１０はサーキュレータで、その他、図１と同じ機能を有する部分については同一の符号を付してある。
【００４７】
ここで搭載素子１は、第１の参考例と同じく、半導体基板上に形成されたレーザダイオードである。励起光源４は、搭載素子の上方もしくは側方に設置され、１．４８ミクロンの発光波長を有するレーザダイオードである。また、光検出部５は、１．５５ミクロンの光を検出するカメラである。光導波路３は、搭載素子２上に設けられた石英ガラスの光導波路である。
【００４８】
次に、この搭載方法の過程について説明する。まず、励起光源４を駆動し、発生した励起光を、サーキュレータ１０を介して光導波路３に入力する。次に、搭載素子１を被搭載素子２上に接近させると、搭載素子１に励起光６が入力され、この搭載素子１から波長１．５５ミクロンの搭載素子光７が発生する。搭載素子光７は、光導波路３とサーキュレータ１０を介して光検出部５に入力される。素子間の位置合わせは、光検出部５に入力される光が最大値となる位置で完了する。
【００４９】
図４は、図３に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。
搭載装置は、搭載素子１を保持するための冶具８と、被搭載素子２を保持するためのステージ９と、励起光源４と、励起光６と搭載素子光７を分光するためのサーキュレータ１０と、光導波路３より出射した光をサーキュレータ１０を介して検出する光検出部５、およびサーキュレータ１０に接続され、光導波路３に光を入力するための光ファイバ１１とを備えている。
【００５０】
ここで冶具８には、真空ピンセットなど、搭載素子１を保持する機構が付いている。また冶具８は、全体が垂直方向に可動し、搭載素子１と被搭載素子２の距離を調節することができる。ステージ９は、全体が水平方向に可動し、搭載素子１と被搭載素子２の平行位置を調節することができる。
【００５１】
したがって、この構成を用いることにより、励起光により発光した搭載素子１からの光を、光導波路を介して検出するため、高精度な位置合わせが可能となる。また、電気配線を使用しないため、装置の構成が簡単となる。
【００５２】
（第２の参考例）
図５は、本発明の光素子の搭載方法における第２の参考例を示す図で、図中符号１２はマーカで、その他、図１と同じ機能を有する部分については同一の符号を付してある。ここで第１の参考例と異なるのは、搭載素子１と被搭載素子２の表面にマーカ１２を蒸着したことである。
【００５３】
次に、この搭載装置の動作について説明する。まず、搭載素子１と被搭載素子２上のマーカ１２をカメラ等によって撮影し、画像認識を行う。この動作により、搭載素子１と被搭載素子２の水平位置を概ね決定する。次に、励起光源４を駆動し、発生した励起光６を搭載素子１に入力する。この搭載素子１からは波長１．５５ミクロンの搭載素子光７が発生する。この状態を維持したまま搭載素子１もしくは被搭載素子２を垂直方向に移動させると、光検出部５に入力される光の強度が変化する。位置合わせは、入力光が最大値となる位置で完了する。
【００５４】
図６は、図５に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。
搭載装置は、搭載素子１に入力する励起光６を発生する励起光源４と、搭載素子１と励起光源４を保持するための冶具８と、被搭載素子２を保持するためのステージ９と、被搭載素子２に設置された光導波路３より出射した光を検出する光検出部５と、マーカ観察光１６の光路を変更するためのミラー１３と、マーカ１２を観察するためのマーカ観察装置１４と、マーカ１２の位置合わせを行う画像認識装置１５とを備えている。
【００５５】
ここで冶具８には、真空ピンセットなど、搭載素子１を保持する機構が付いている。また冶具８は、全体が垂直方向に可動し、搭載素子１と被搭載素子２の距離を調節することができる。ステージ９は、全体が水平方向に可動し、搭載素子１と被搭載素子２の平行位置を調節することができる。光検出部５は、光導波路３の端面付近に設置され、光導波路３より出射した搭載素子光７を観測する。本構成例では、励起光源４を搭載素子１の側方に設置する。
【００５６】
したがって、この構成を用いることにより、マーカと励起光による位置合わせを組み合わせることにより、高いスループットで素子間の垂直方向、水平方向の位置を正確に合わせることが可能となる。
【００５７】
（第２の実施例）
図７は、本発明の光素子の搭載方法における第２の実施例を示す図で、図１〜図６と同じ機能を有する部分については同一の符号を付してある。ここで第１の実施例及び第２の参考例と異なるのは、サーキュレータ１０を用いるとともに、搭載素子１と被搭載素子２の表面にマーカを蒸着したことである。
【００５８】
次に、この搭載方法の過程について説明する。まず、搭載素子１と被搭載素子２上のマーカ１２をカメラ等によって撮影し、画像認識を行う。この動作により、搭載素子１と被搭載素子２の水平位置を概ね決定する。次に、励起光源４を駆動し、発生した励起光を、サーキュレータ１０を介して光導波路３に入力する。
【００５９】
次に、搭載素子１を被搭載素子２上に接近させると、搭載素子１に励起光６が入力され、この搭載素子１から波長１．５５ミクロンの搭載素子光７が発生する。搭載素子光７は、光導波路３とサーキュレータ１０を介して光検出部５に入力される。素子間の位置合わせは、光検出部５に入力される光が最大値となる位置で完了する。
【００６０】
図８は、図７に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。
搭載装置は、搭載素子１を保持するための冶具８と、被搭載素子２を保持するためのステージ９と、励起光源４と、励起光６と搭載素子光７を分光するためのサーキュレータ１０と、光導波路３より出射した光をサーキュレータ１０を介して検出する光検出部５、サーキュレータ１０に接続され、光導波路３に光を入力するための光ファイバ１１と、マーカ観察光１６の光路を変更するためのミラー１３と、マーカ１２を観察するためのマーカ観察装置１４と、マーカ１２の位置合わせを行う画像認識装置１５とを備えている。
【００６１】
ここで冶具８には、真空ピンセットなど、搭載素子１を保持する機構が付いている。また冶具８は、全体が垂直方向に可動し、搭載素子１と被搭載素子２の距離を調節することができる。ステージ９は、全体が水平方向に可動し、搭載素子１と被搭載素子２の平行位置を調節することができる。
【００６２】
したがって、この構成を用いることにより、マーカと励起光による位置合わせを組み合わせることにより、高いスループットで素子間の垂直方向、水平方向の位置を正確に合わせることが可能となる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、搭載素子に励起光源から発生した励起光を入力し、次に、搭載素子から発生した光を被搭載素子に設置された光導波路に入力し、次に、光導波路より出射した光を光検出部によって観測することにより、搭載素子と被搭載素子間に位置合わせを行うようにしたので、励起光により発光した搭載素子からの光を、光導波路を介して検出するため、高精度な位置合わせが可能となる。
【００６４】
また、電気配線を使用しないため、装置の構成が簡単となる。また、マーカと励起光による位置合わせを組み合わせることにより、高いスループットで素子間の垂直方向、水平方向の位置を正確に合わせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光素子の搭載方法における第１の参考例を示す図である。
【図２】図１に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。
【図３】本発明の光素子の搭載方法における第１の実施例を示す図である。
【図４】図３に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。
【図５】本発明の光素子の搭載方法における第２の参考例を示す図である。
【図６】図５に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。
【図７】本発明の光素子の搭載方法における第２の実施例を示す図である。
【図８】図７に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。
【図９】アクティブアライメントを用いた従来の光素子の搭載方法を説明するための構成図である。
【図１０】図９に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。
【図１１】パッシブアライメントを用いた従来の光素子の搭載方法を説明するための構成図である。
【図１２】図１１に示した搭載方法を実現するための装置の構成図である。
【符号の説明】
１搭載素子
２被搭載素子
３光導波路
４励起光源
５光検出部
６励起光
７搭載素子光
８冶具
９ステージ
１０サーキュレータ
１１光ファイバ
１２マーカ
１３ミラー
１４マーカ観察装置
１５画像認識装置
１６マーカ観察光
２１搭載素子
２２被搭載素子
２３光導波路
２５光検出部
２７搭載素子光
２８冶具
２９ステージ
３２マーカ
３３ミラー
３４マーカ観察装置
３５画像認識装置
３６マーカ観察光
３７電気線路[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical element mounting method and apparatus, and more particularly, an optical element mounting method and apparatus for mounting an optical element having a light emission phenomenon such as a laser or a photodiode on an element including an optical waveguide. About.
[0002]
[Prior art]
Along with the development of optical fiber communication technology, there is an increasing demand for performance such as throughput and yield of optical device mounting apparatuses and improvement of mounting accuracy. In addition, the sophistication of a mounting apparatus that performs hybrid mounting of a waveguide and an active element such as a laser or a photodiode on a silicon substrate is also an important issue. There are two types of mounting methods: active alignment that performs alignment with light, and passive alignment that does not use light.
[0003]
FIG. 9 is a configuration diagram for explaining a conventional method of mounting an optical element using active alignment. In the figure, reference numeral 21 denotes a mounting element, 22 denotes a mounted element, 23 denotes an optical waveguide, 25 denotes a light detection unit, 27 denotes mounting element light, and 37 denotes an electric line. Here, the mounting element 21 is a laser diode having an emission wavelength of 1.55 microns, and the light detection unit 25 can detect light having this wavelength. The electric line 37 is configured on the mounting element 21 and the mounted element 22 using metal wiring, a probe needle, an electric cable, and the like. The optical waveguide 23 is a quartz glass waveguide provided on the mounted element 22.
[0004]
The positioning of the mounting element 21 and the mounted element 22 is performed by first bringing the electric line 37 into contact with an electrode installed on the mounted element 22 and applying a voltage to the electric line 37. Here, when the mounting element 21 and the mounted element 22 are brought into contact with each other, light is generated from the mounting element 21. The mounting element light 27 generated from the mounting element 21 is input to the optical waveguide 23, and the mounting element light 27 emitted from the optical waveguide 23 is observed by the light detection unit 25, whereby the mounting element 21 and the mounted element 22 are observed. Perform alignment.
[0005]
FIG. 10 is a block diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG.
The mounting device is installed in a jig 28 for holding the mounting element 21, an electric line 37 for supplying power to the mounted element 22, a stage 29 for holding the mounted element 22, and the mounted element 22. And a light detection unit 25 that detects light emitted from the optical waveguide 23.
[0006]
Here, the jig 28 has a mechanism for holding the mounting element 21 such as vacuum tweezers. Further, the jig 28 as a whole is movable in the vertical direction, and the distance between the mounting element 21 and the mounted element 22 can be adjusted. The stage 29 is movable in the horizontal direction as a whole, and the parallel position of the mounting element 21 and the mounted element 22 can be adjusted. The light detection unit 25 is installed near the end face of the optical waveguide 23 and observes the mounting element light 27 emitted from the optical waveguide 23.
[0007]
FIG. 11 is a configuration diagram for explaining a conventional method of mounting an optical element using passive alignment. Reference numeral 32 in the figure is a marker, and other parts having the same functions as those in FIG. 9 are given the same reference numerals. Here, the marker 32 is a metal pattern deposited on the mounted element 21 and the mounted element 22. The optical waveguide 23 is a quartz glass waveguide provided on the mounted element 22. Positioning of the mounted element 21 and the mounted element 22 is performed by photographing the marker 32 with a camera or the like and recognizing the image.
[0008]
FIG. 12 is a configuration diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG. The mounting apparatus observes the jig 28 for holding the mounting element 21, the stage 29 for holding the mounted element 22, the mirror 33 for changing the optical path of the marker observation light 36, and the marker 32. Marker observing device 34 and an image recognition device 35 for aligning the marker 32.
[0009]
As for active alignment, when mounting a mounting element (optical element chip 4) on a mounted element (optical circuit board 10), power is fed via an electric line 47, and the mounting element emits light to perform alignment. (For example, refer to Patent Document 1). As for passive alignment, there is a technique in which a marker (Alignment marks) is provided on a mounted element and a mounted element, and alignment is performed by recognizing an image with a camera (CCD microscope) (for example, see Non-Patent Document 1).
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 63-213804
[Non-Patent Document 1]
T. Hashimoto, et.al, `` Hybrid Integration of Spot-Size Converted Laser Diode on Planar Lightwave Circuit Platform by Passive Alignment Technique '' IEEE Photonics Technology Lett., Vol.8, No.11, p1504-1506 (1996)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional mounting apparatus, in the configuration shown in FIGS. 9 and 10 using the active alignment, it is necessary to connect the electric line 37 to the mounted element 22. In this case, there is a problem that it takes time to fix the element using an electric line such as a probe needle and the mounting throughput decreases. Further, since the connection between the mounting element 21 and the mounted element 22 is intermittently disconnected during the position adjustment between the elements, there is a problem that the mounting element light 27 disappears and alignment takes time. Furthermore, there is a problem that the electrical characteristics of the element deteriorate due to the impact of overlapping disconnection.
[0013]
11 and 12 using passive alignment does not require an electric line or a light detection unit as compared with the method using active alignment, but requires a mirror 33, a marker observation device 34, and an image recognition device 35. Thus, there is a problem that the apparatus becomes large.
[0014]
Further, in the passive alignment, the accuracy of the mounting position is greatly changed by slight unevenness of the surface of the substrate or the element or a slight change of the marker shape of about micron, and the light between the mounting element 21 and the optical waveguide 23 is changed. There was a problem that the loss increased. In particular, it has been extremely difficult to mount a device having a small light receiving / emitting area, such as an edge-emitting laser diode or an ultrafast photodiode.
[0015]
The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical element mounting method and apparatus capable of highly accurate alignment with a simple configuration.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, the invention described in claim 1 inputs the excitation light generated from the excitation light source to the optical waveguide installed in the mounted element via the circulator. Next, the excitation light emitted from the optical waveguide is input to the mounting element, the light generated from the mounting element is input to the optical waveguide, and then the light output from the optical waveguide is supplied to the circulator. Then, alignment between the mounted element and the mounted element is performed by observing with a light detection unit.
[0018]
According to the mounting method described in claim 1, since the light from the mounting element emitted by the excitation light is detected through the optical waveguide, highly accurate alignment is possible. Also, since no electrical wiring is used, the configuration of the apparatus is simplified.
[0020]
The invention according to claim 2 performs the rough alignment between the elements using the markers installed on the mounted element and the mounted element, and the excitation light generated from the excitation light source via the circulator. Input into the optical waveguide installed in the mounted element, then input the excitation light emitted from the optical waveguide into the mounting element, then input the light generated from the mounted element into the optical waveguide, Next, alignment between the mounting element and the mounted element is performed by observing light emitted from the optical waveguide by a light detection unit via the circulator.
[0021]
According to the mounting method of the second aspect , since the light from the mounting element emitted by the excitation light after the preliminary positioning by the marker is detected via the optical waveguide, the throughput can be increased. High-precision positioning is possible. Also, since no electrical wiring is used, the configuration of the apparatus is simplified.
[0022]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the optical waveguide is a quartz glass optical waveguide.
[0023]
With such a configuration, it is possible to perform hybrid mounting of a quartz glass optical waveguide on a silicon substrate and an active element such as a laser or a photodiode.
[0024]
The invention according to claim 4 is the invention according to claim 1 or 2 , wherein the excitation light has an emission wavelength of the excitation light, an absorption edge wavelength of the substrate of the mounting element, and an absorption of the active layer. It is a value between the end wavelengths.
[0025]
With such a configuration, since the excitation light is not absorbed by the substrate but only by the active layer, highly efficient light emission can be obtained from the mounted element. Moreover, since light emission occurs only in the active layer, accurate alignment is possible.
[0027]
The invention according to claim 5 includes an excitation light source that generates excitation light input to the mounting element, a jig for holding the mounting element and the excitation light source, and a stage for holding the mounted element. A circulator for separating the excitation light and the light generated from the mounted element, a light detection unit for detecting light emitted from an optical waveguide installed in the mounted element via the circulator, and the circulator And an optical fiber for inputting light into the optical waveguide.
[0028]
According to the mounting device described in the fifth aspect , since the light from the mounting element emitted by the excitation light is detected through the optical waveguide, it is possible to perform highly accurate alignment. Also, since no electrical wiring is used, the configuration of the apparatus is simplified.
[0030]
The invention according to claim 6 is an excitation light source that generates excitation light to be input to the mounting element, a jig for holding the mounting element and the excitation light source, a stage for holding the mounted element, A circulator for separating the excitation light and the light generated from the mounted element, a light detection unit for detecting light emitted from an optical waveguide installed in the mounted element via the circulator, and the circulator. An optical fiber for inputting light to the optical waveguide, a mirror for changing the optical path of the marker observation light, a marker observation device for observing the marker, and an image recognition device for aligning the marker It is characterized by comprising.
[0031]
According to the mounting apparatus of the sixth aspect , since the light from the mounting element emitted by the excitation light after the preliminary positioning by the marker is detected through the optical waveguide, the throughput can be increased. High-precision positioning is possible. Also, since no electrical wiring is used, the configuration of the apparatus is simplified.
[0032]
The invention according to claim 7 is the invention according to claim 5 or 6 , wherein the optical waveguide is an optical waveguide made of quartz glass.
[0033]
With such a configuration, it is possible to perform hybrid mounting of a quartz glass optical waveguide on a silicon substrate and an active element such as a laser or a photodiode.
[0034]
The invention according to claim 8 is the invention according to claim 5 or 6 , wherein the excitation light has an emission wavelength of the excitation light, an absorption edge wavelength of the substrate of the mounting element, and an absorption of the active layer. It is a value between the end wavelengths.
[0035]
With such a configuration, since the excitation light is not absorbed by the substrate but only by the active layer, highly efficient light emission can be obtained from the mounted element. Moreover, since light emission occurs only in the active layer, accurate alignment is possible.
[0036]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(First reference example )
FIG. 1 is a diagram showing a first reference example in the method of mounting an optical element according to the present invention. The detection unit, 6 indicates excitation light, and 7 indicates mounting element light.
[0037]
Here, the mounting element 1 is a laser diode formed on a semiconductor substrate, and the absorption edge wavelengths of the semiconductor substrate (InP) and the active layer (InGaAsP) are 0.9 microns and 1.55 microns, respectively. The excitation light source 4 is installed above or on the side of the mounting element 1, and the emission wavelength thereof is selected to be a value between the absorption edge wavelength of the semiconductor substrate and the absorption edge wavelength of the active layer.
[0038]
Here, a laser diode having an emission wavelength of 1.48 microns used as a light source for an optical amplifier is used. Therefore, since the excitation light passes through the semiconductor substrate and is absorbed only by the active layer, light emission from the mounting element 1 is generated only by the active layer, and accurate alignment is possible. The light detection unit 5 is a camera that detects light of 1.55 microns. The optical waveguide 3 is a quartz glass optical waveguide provided on the mounted element 2.
[0039]
Next, the process of this mounting method will be described. First, the excitation light source 4 is driven, and the generated excitation light is input to the mounting element 1. From this mounting element 1, mounting element light 7 having a wavelength of 1.55 microns is generated. When the mounting element 1 is brought close to the mounted element 2 while maintaining this state, the emitted light from the mounting element 1 is input from the end face of the optical waveguide 3. A light detector 5 is installed on the other end face of the optical waveguide 3 to detect light output from the optical waveguide 3. The alignment between the elements is completed at a position where the light input to the light detection unit 5 reaches the maximum value.
[0040]
FIG. 2 is a configuration diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG.
The mounting apparatus includes an excitation light source 4 that generates excitation light 6 input to the mounting element 1, a jig 8 that holds the mounting element 1 and the excitation light source 4, a stage 9 that holds the mounted element 2, And a light detection unit 5 that detects light emitted from the optical waveguide 3 installed in the mounted element 2.
[0041]
Here, the jig 8 has a mechanism for holding the mounting element 1 such as vacuum tweezers. Further, the jig 8 as a whole is movable in the vertical direction, and the distance between the mounted element 1 and the mounted element 2 can be adjusted. The entire stage 9 is movable in the horizontal direction, and the parallel position of the mounting element 1 and the mounted element 2 can be adjusted. The light detection unit 5 is installed near the end face of the optical waveguide 3 and observes the mounted element light 7 emitted from the optical waveguide 3.
[0042]
In this configuration example, the excitation light source 4 is installed on the side of the mounting element 1. This is because when the metal of the electrode is disposed on the upper surface of the mounting element 1, it is difficult to make the excitation light incident from above, so that the excitation light 6 is incident from the side of the mounting element 1. This is because the excitation light 6 is input to the element 1. As described above, the installation position of the excitation light source 4 is not limited to the upper side of the mounting element 1.
[0043]
Therefore, by using this configuration, since the light from the mounting element 1 emitted by the excitation light is detected through the optical waveguide, highly accurate alignment is possible. Also, since no electrical wiring is used, the configuration of the apparatus is simplified.
[0044]
Further, a semiconductor optical amplifier or a photodiode can be used as the mounting element 1. When the photodiode is used, the emission wavelength of the excitation light source 4 is selected to be a value between the absorption edge wavelength of the semiconductor substrate and the absorption edge wavelength of the light absorption layer. Therefore, since the excitation light passes through the semiconductor substrate and is absorbed only by the light absorption layer, light emission from the mounting element 1 is generated only by the light absorption layer, and accurate alignment is possible.
[0045]
In addition to the mounted element light 7, excitation light 6 is input to the light detection unit 5 as stray light. Therefore, by installing a filter that removes the excitation light 6 in the light detection unit 5, stray light can be prevented from being input. Further, the alignment accuracy can be further improved.
[0046]
(First Embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing a first embodiment of the optical element mounting method of the present invention. In FIG. 3, reference numeral 10 denotes a circulator, and other parts having the same functions as those in FIG. is there.
[0047]
Here, the mounting element 1 is a laser diode formed on a semiconductor substrate, as in the first reference example . The excitation light source 4 is a laser diode that is installed above or on the side of the mounted element and has an emission wavelength of 1.48 microns. The light detection unit 5 is a camera that detects light of 1.55 microns. The optical waveguide 3 is a quartz glass optical waveguide provided on the mounting element 2.
[0048]
Next, the process of this mounting method will be described. First, the excitation light source 4 is driven, and the generated excitation light is input to the optical waveguide 3 via the circulator 10. Next, when the mounting element 1 is brought close to the mounted element 2, the excitation light 6 is input to the mounting element 1, and the mounting element light 7 having a wavelength of 1.55 microns is generated from the mounting element 1. The mounted element light 7 is input to the light detection unit 5 through the optical waveguide 3 and the circulator 10. The alignment between the elements is completed at a position where the light input to the light detection unit 5 reaches the maximum value.
[0049]
FIG. 4 is a block diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG.
The mounting apparatus includes a jig 8 for holding the mounting element 1, a stage 9 for holding the mounted element 2, an excitation light source 4, a circulator 10 for splitting the excitation light 6 and the mounting element light 7, and The light detection unit 5 detects the light emitted from the optical waveguide 3 through the circulator 10, and the optical fiber 11 connected to the circulator 10 for inputting light into the optical waveguide 3.
[0050]
Here, the jig 8 has a mechanism for holding the mounting element 1 such as vacuum tweezers. Further, the jig 8 as a whole is movable in the vertical direction, and the distance between the mounted element 1 and the mounted element 2 can be adjusted. The entire stage 9 is movable in the horizontal direction, and the parallel position of the mounting element 1 and the mounted element 2 can be adjusted.
[0051]
Therefore, by using this configuration, since the light from the mounting element 1 emitted by the excitation light is detected through the optical waveguide, highly accurate alignment is possible. Also, since no electrical wiring is used, the configuration of the apparatus is simplified.
[0052]
( Second reference example )
FIG. 5 is a diagram showing a second reference example in the mounting method of the optical element of the present invention. In FIG. 5, reference numeral 12 denotes a marker, and other parts having the same functions as those in FIG. is there. Here, the difference from the first reference example is that the markers 12 are vapor-deposited on the surfaces of the mounted element 1 and the mounted element 2.
[0053]
Next, the operation of this mounting apparatus will be described. First, the marker 12 on the mounted element 1 and the mounted element 2 is photographed with a camera or the like, and image recognition is performed. By this operation, the horizontal positions of the mounting element 1 and the mounted element 2 are roughly determined. Next, the excitation light source 4 is driven, and the generated excitation light 6 is input to the mounting element 1. The mounting element 1 generates mounting element light 7 having a wavelength of 1.55 microns. If the mounting element 1 or the mounted element 2 is moved in the vertical direction while maintaining this state, the intensity of light input to the light detection unit 5 changes. The alignment is completed at a position where the input light reaches the maximum value.
[0054]
FIG. 6 is a block diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG.
The mounting apparatus includes an excitation light source 4 that generates excitation light 6 input to the mounting element 1, a jig 8 that holds the mounting element 1 and the excitation light source 4, a stage 9 that holds the mounted element 2, A light detection unit 5 that detects light emitted from the optical waveguide 3 installed in the mounted element 2, a mirror 13 for changing the optical path of the marker observation light 16, and a marker observation device 14 for observing the marker 12. And an image recognition device 15 for aligning the marker 12.
[0055]
Here, the jig 8 has a mechanism for holding the mounting element 1 such as vacuum tweezers. Further, the jig 8 as a whole is movable in the vertical direction, and the distance between the mounted element 1 and the mounted element 2 can be adjusted. The entire stage 9 is movable in the horizontal direction, and the parallel position of the mounting element 1 and the mounted element 2 can be adjusted. The light detection unit 5 is installed near the end face of the optical waveguide 3 and observes the mounted element light 7 emitted from the optical waveguide 3. In this configuration example, the excitation light source 4 is installed on the side of the mounting element 1.
[0056]
Therefore, by using this configuration, it is possible to accurately align the vertical and horizontal positions between the elements with high throughput by combining the alignment with the marker and the excitation light.
[0057]
( Second embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing a second embodiment of the optical element mounting method according to the present invention, and parts having the same functions as those in FIGS. 1 to 6 are denoted by the same reference numerals. Here, the difference from the first embodiment and the second reference example is that the circulator 10 was used and the markers were vapor-deposited on the surfaces of the mounting element 1 and the mounted element 2.
[0058]
Next, the process of this mounting method will be described. First, the marker 12 on the mounted element 1 and the mounted element 2 is photographed with a camera or the like, and image recognition is performed. By this operation, the horizontal positions of the mounting element 1 and the mounted element 2 are roughly determined. Next, the excitation light source 4 is driven, and the generated excitation light is input to the optical waveguide 3 via the circulator 10.
[0059]
Next, when the mounting element 1 is brought close to the mounted element 2, the excitation light 6 is input to the mounting element 1, and the mounting element light 7 having a wavelength of 1.55 microns is generated from the mounting element 1. The mounted element light 7 is input to the light detection unit 5 through the optical waveguide 3 and the circulator 10. The alignment between the elements is completed at a position where the light input to the light detection unit 5 reaches the maximum value.
[0060]
FIG. 8 is a configuration diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG.
The mounting apparatus includes a jig 8 for holding the mounting element 1, a stage 9 for holding the mounted element 2, an excitation light source 4, a circulator 10 for splitting the excitation light 6 and the mounting element light 7, and The optical detector 11 for detecting the light emitted from the optical waveguide 3 through the circulator 10, the optical fiber 11 for inputting light to the optical waveguide 3 and the optical path of the marker observation light 16 are changed. And a marker observation device 14 for observing the marker 12, and an image recognition device 15 for aligning the marker 12.
[0061]
Here, the jig 8 has a mechanism for holding the mounting element 1 such as vacuum tweezers. Further, the jig 8 as a whole is movable in the vertical direction, and the distance between the mounted element 1 and the mounted element 2 can be adjusted. The entire stage 9 is movable in the horizontal direction, and the parallel position of the mounting element 1 and the mounted element 2 can be adjusted.
[0062]
Therefore, by using this configuration, it is possible to accurately align the vertical and horizontal positions between the elements with high throughput by combining the alignment with the marker and the excitation light.
[0063]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the excitation light generated from the excitation light source is input to the mounting element, then the light generated from the mounting element is input to the optical waveguide installed in the mounted element, and then By observing the light emitted from the optical waveguide by the light detection unit, alignment is performed between the mounted element and the mounted element. Therefore, the light from the mounted element emitted by the excitation light is transmitted through the optical waveguide. Therefore, highly accurate alignment is possible.
[0064]
Also, since no electrical wiring is used, the configuration of the apparatus is simplified. Further, by combining the alignment with the marker and the excitation light, the vertical and horizontal positions between the elements can be accurately aligned with high throughput.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first reference example in an optical element mounting method of the present invention.
2 is a configuration diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating a first embodiment of the optical element mounting method according to the present invention.
4 is a configuration diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a second reference example in the mounting method of the optical element of the present invention.
6 is a configuration diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram showing a second embodiment of the optical element mounting method of the present invention.
8 is a configuration diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a configuration diagram for explaining a conventional method of mounting an optical element using active alignment.
10 is a configuration diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG. 9;
FIG. 11 is a configuration diagram for explaining a conventional method of mounting an optical element using passive alignment.
12 is a configuration diagram of an apparatus for realizing the mounting method shown in FIG. 11. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mounted element 2 Mounted element 3 Optical waveguide 4 Excitation light source 5 Light detection part 6 Excitation light 7 Mounted element light 8 Jig 9 Stage 10 Circulator 11 Optical fiber 12 Marker 13 Mirror 14 Marker observation apparatus 15 Image recognition apparatus 16 Marker observation light 21 Mounted element 22 Mounted element 23 Optical waveguide 25 Photodetector 27 Mounted element light 28 Jig 29 Stage 32 Marker 33 Mirror 34 Marker observation device 35 Image recognition device 36 Marker observation light 37 Electrical line

Claims

Via the circulator, the excitation light generated from the excitation light source is input to the optical waveguide installed in the mounted element, then the excitation light emitted from the optical waveguide is input to the mounting element, and then the mounted element The light generated from the optical waveguide is input to the optical waveguide, and then the light emitted from the optical waveguide is observed by the light detection unit via the circulator, thereby aligning the mounted element and the mounted element. A method for mounting an optical element, comprising:

Using the markers installed on the mounted element and the mounted element, the alignment between the elements is roughly performed, and the excitation light generated from the excitation light source is input to the optical waveguide installed on the mounted element via the circulator. Next, the excitation light emitted from the optical waveguide is input to the mounting element, the light generated from the mounting element is input to the optical waveguide, and the light output from the optical waveguide is then input. A method of mounting an optical element, wherein the mounting element and the mounted element are aligned by being observed by a light detection unit through the circulator.

Method of mounting an optical element according to claim 1 or 2, wherein the optical waveguide is characterized in that an optical waveguide of quartz glass.

The excitation light, the emission wavelength of the excitation light, and the absorption edge wavelength of a substrate of the mounting device, according to claim 1 or 2, characterized in that a value between the absorption edge wavelength of the active layer Mounting method of optical element.

An excitation light source that generates excitation light to be input to the mounting element, a jig for holding the mounting element and the excitation light source, a stage for holding the mounted element, and the excitation light and the mounting element generated from the mounting element A circulator for splitting light; a light detection unit for detecting light emitted from the optical waveguide installed in the mounted element; and the circulator for inputting light to the optical waveguide. An optical device mounting device comprising: an optical fiber for performing the operation.

An excitation light source that generates excitation light to be input to the mounting element, a jig for holding the mounting element and the excitation light source, a stage for holding the mounted element, and the excitation light and light generated from the mounting element A circulator for splitting light, a light detection unit for detecting light emitted from the optical waveguide installed in the mounted element, and the circulator for inputting light to the optical waveguide. An optical element comprising: an optical fiber for detecting a marker; a mirror for changing an optical path of marker observation light; a marker observation device for observing the marker; and an image recognition device for aligning the marker On-board equipment.

7. The optical device mounting apparatus according to claim 5, wherein the optical waveguide is a quartz glass optical waveguide.

7. The excitation light according to claim 5 , wherein an emission wavelength of the excitation light is a value between an absorption edge wavelength of a substrate of the mounting element and an absorption edge wavelength of an active layer. Optical device mounting device.