JP4084709B2 - 面型光素子の製造方法、および、面型光素子実装体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信モジュール，光送受信モジュール，光通信システムなどに用いられる面型光素子の製造方法、および、面型光素子実装体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速光接続のための光モジュールが開発されている。しかし、光素子と光ファイバなどの光伝送体との結合に関しては、特に、低コスト化，高性能化などの観点から課題が多い。
【０００３】
光素子として、受光素子では、作製の容易性や感度などの点で面型の素子が主に使用されているが、光ファイバと該面型素子の主面とで光結合させる場合に、受光素子を動作させないでアライメントするパッシブアライメントが低コスト化のためには必須である。そのための手法として、一般には固定部材を作製して組み立てるという方法が用いられている。しかし、固定部材の機械精度が要求され、その弾性係数や熱膨張係数などに制約があり、また部品点数も多くなるために、コスト低減が困難であった。特に、コスト低減のためにプラスチックモールドなどを用いると、光結合の歩留まりや長期信頼性に欠けるという問題点がある。
【０００４】
発光素子においても、基板面から垂直に光出射を行う垂直共振器型面発光レーザが、光伝送モジュールの低消費電力化、低コスト化の観点で改善できる可能性があり、盛んに研究されている。該面発光レーザでは、１ｍＡ以下の低しきい値で駆動でき、ウエハレベルの検査が可能で、へき開精度を必要としないため、低コスト化が可能である。このような面発光レーザと光ファイバとの光結合においても、上記と同様な問題が生じている。
【０００５】
そこで、光ファイバとの結合のためのガイド穴をホトリソグラフィの精度で作製する方法が提案されている。例えば特許文献１，特許文献２には、面型受光素子もしくは発光素子を作製した基板側に光ファイバを固定するための穴を光感光性あるいは電子ビーム硬化性を持ちホトリソグラフィでパターニングすることで選択的に硬化が可能な厚膜材料により形成する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、図１８に示すように、光装置１００の面発光レーザ１０２が設置されている側の面上に、所定の膜厚を有する融着層３００が形成され、光装置１００は、光ファイバ２００の端面と融着層３００を介して接合される技術が開示されている。
【０００７】
これらの従来技術では、部品点数を減少させることができ、組み立ても非常に簡単なので、低コスト化が可能である。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３３５４６号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００２−２１４４８５号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２００２−１０７５８１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１，特許文献２のように厚膜材料によりガイド穴を作製する場合、厚膜材料が薄ければ、テーパ形状や穴径の制御性は良いが、機械的強度が不足し、厚膜材料が厚ければ、機械的強度は良いが、テーパ形状や穴径の制御性が不充分になるという問題点がある。
【００１３】
また、特許文献３のように融着層を用いる場合には、発光点又は受光点とファイバーとの位置合わせが困難であるという不都合がある。
【００１４】
又、厚膜材料によりガイド穴を作製する場合、融着層を用いる場合のいずれも、光ファイバーは面型光素子に垂直に接続されることになる。光ファイバーは急激に曲げることができないため、同一ボード内での接続に適用すると、ボード上に高いループを形成することになり、機器内で広い空間を占有することになり、好ましくないという問題がある。
【００１５】
又、従来の一般的な方法として、完成した面型光素子に、ミラー及びファイバー固定材を順次アセンブリする方法があるが、部品点数が多くなる事、高精度アセンブリが困難である事、アセンブリに長時間を要する事等の不具合がある。
【００１６】
本発明は、部品点数の増加やプロセス制御性の向上を必要とせずに、面型光素子と光導波路を９０°曲げて接続することができ、さらに、光ファイバの固定作業も容易にして生産性を向上させ、低コスト化することの可能な面型光素子の製造方法、および、面型光素子実装体の製造方法を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、複数の面型光素子が形成されたウエハを準備する工程と、
＜１１０＞オリフラと前記オリフラに対して（１００）面から９．７４°傾いた表面を有するＳｉウエハを準備する工程と、
前記Ｓｉウエハの裏面にエッチングストップ膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面に耐エッチング膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハを貼りつける工程と、
前記Ｓｉウエハ上に感光性樹脂を塗布してプリベークする工程と、
前記面型光素子のパターンを、赤外線でモニターし、Ｓｉ表面に前記面型光素子のパターンと所定の位置関係を有するパターンを写真製版で形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面の耐エッチング膜をエッチングして所定のパターンを形成する工程と、
前記Ｓｉウエハをアルカリ性の液体で異方性エッチングする工程と、
を含むことを特徴とする面型光素子の製造方法である。
【００１９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の面型光素子の製造方法により面型光素子を製造する工程と、
該面型光素子上に光を９０°曲げるために、Ｓｉ（１１１）面によって形成されたミラー構造を４５°傾けて設置する工程と、
前記面型光素子上にＳｉ（１１１）面で形成された光ファイバーガイド用Ｖ溝構造を形成する工程と、
を含むことを特徴とする面型光素子実装体の製造方法である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
本発明の面型光素子実装体においては、面型光素子の表面にＳｉウエハを貼りつけ、Ｓｉ異方性エッチングにより、精度良く、４５°ミラー構造と光ファイバーガイド用Ｖ溝構造体とを面型光素子上に作り込むことを特徴としている。
【００２９】
すなわち、Ｓｉ結晶をアルカリ性のエッチング液でエッチングすると、結晶方位によってエッチング速度が大幅に異なることが知られている。即ち、Ｓｉの（１１０）面のエッチング速度は（１００）面のエッチング速度とほぼ同じであり、（１１１）面のエッチング速度よりも十分大きい。この特性を用いてＳｉウエハに種々の構造を形成する技術が、シリコンマイクロマシニングとして知られている。
【００３０】
本発明は、この特性を利用して、例えば後述の図３，図４などに示すように、面型光素子の表面に、Ｓｉの４５°ミラー構造と光ファイバーガイド用Ｖ溝構造体を作り込むことを特徴としている。
【００３１】
Ｓｉの（１００）面をアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすると、表面と５４．７４°の角度をなし逆四角錐構造を持つＳｉ（１１１）面が４面得られる。
【００３２】
本発明に用いるＳｉウエハは、図１，図２に示すように、＜１１０＞オリフラと、オリフラに直角方向に（１００）面と９．７４°傾いた表面を持っている。これにより、Ｓｉ表面（＝裏面）とＳｉ（１１１）面の１つとがなす角度が４５°となる。さらに他の１面が６４．４８°となり、他の２面が５４．７４°となる。この５４．７４°をなす２面を光ファイバーガイド用Ｖ溝構造体として用いる。なお、図１はＳｉウエハの平面図、図２は図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【００３３】
また、図２を参照すると、本発明に用いるＳｉウエハの表面には耐エッチング膜が形成され、Ｓｉウエハの裏面にはエッチングストップ膜が形成されている。
【００３４】
ここで、耐エッチング膜は、写真製版，エッチングによって所定パターンにパターニングされ、異方性エッチング時に表面必要部を保護して所定の立体形状を得るために用いられる。耐エッチング膜としては、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等が適している。
【００３５】
また、エッチングストップ膜は、アルカリ液にエッチングされない材料で形成され、所定形状形成後の過剰エッチングを防止するためと、面型光素子をアルカリ性エッチング液から保護するために用いられる。エッチングストップ膜としては、熱酸化ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等を用いることが可能である。
【００３６】
また、高濃度Ｐ＋シリコンがアルカリ性液に溶解しないことから、Ｓｉウエハの裏面からイオン注入を行って高濃度Ｐ＋シリコン膜を形成し、これをエッチングストップ膜として用いることも可能である。この場合、高濃度Ｐ＋シリコン膜は導電性を有していることから、面型光素子の上面から電極を取り出すことが容易になるという利点がある。
【００３７】
なお、Ｓｉは、波長１μｍ以下の光に対しては吸収が大きいため、本発明の適用は困難であるが、波長１．１μｍ以上の光に対しては事実上透明である。光通信には１．３μｍ及び１．５μｍ付近の波長が主に用いられており、本発明の利用に適している。
【００３８】
また、面型光素子については、面発光レーザや面型受光素子などが用いられ、ウエハ状態で本発明による方法で一括して４５°ミラーと光ファイバーガイド用Ｖ溝構造体を作り込んだ後に、各素子（各素子実装体）に分割される。
【００３９】
このように、本発明の面型光素子実装体は、波長１．１μｍ以上の光を発光または受光が可能な面型光素子上（面型光素子の発光部または受光部上）に、光を９０°曲げるために、Ｓｉ（１１１）面によって形成された４５°傾けて設置されたミラー構造と、Ｓｉ（１１１）面で形成された光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物とを有していることを特徴としている。
【００４０】
換言すれば、本発明は、面型光素子の発光部又は受光部上に、Ｓｉ異方性エッチングによって形成されたＳｉ（１１１）面よりなる４５°傾いたミラー構造と、このミラー構造の形成と同時にＳｉ異方性エッチングで形成されたＳｉ（１１１）面よりなる光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物を設けることを特徴としている。これにより、部品点数の増加やプロセス制御性の向上を必要とせずに、面型光素子と光導波路を９０°曲げて接続することができる。さらに、光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物によりアライメント精度を向上させ、これにより、光ファイバの固定作業も容易にして生産性を向上させ、低コスト化することができる。
【００４１】
本発明の面型光素子実装体の構成例をより詳細に説明する。
【００４２】
（第１の構成例）
図３，図４は本発明の面型光素子実装体の第１の構成例を示す図である。なお、図３は断面図、図４は側面図である。
【００４３】
図３，図４を参照すると、この第１の構成例では、面型光素子（この例では、後述の図５に示すような面型発光素子）上に、Ｓｉ異方性エッチングで形成した４５°ミラー（ミラー構造）と、このミラー構造の形成と同時にＳｉ異方性エッチングで形成された光ファイバーガイド用Ｖ溝とが設けられたものとなっている。
【００４４】
ここで、ミラー表面には、光反射用として誘電体多層膜又は金属膜が形成されている。
【００４５】
なお、Ｓｉ異方性エッチングを行うと、４５°ミラーの反対側（光出射側）にも斜面（図３に破線で示す）が形成される。この角度は６４．４８°である。光出射部と光ファイバーを密着させるため、この斜面は、切り離し、除去される。
【００４６】
図３，図４の構成では、光ファイバーはＶ溝によって位置合わせされ、４５°ミラーの光出射部に突き当てて固定される。固定方法は通常の接着材を用いることができる。
【００４７】
また、図５は面型光素子の一例を示す図である。図５の面型光素子は、面型発光素子（面発光型半導体レーザ）として構成されている。
【００４８】
すなわち、図５の面型光素子（面型発光素子）は、基板（ＧａＡｓ）上に、下部反射鏡，下部スペーサ層，活性層，上部スペーサ層，電流狭窄層，上部反射鏡が形成されている。なお、下部スペーサ層から上部反射鏡まではメサ加工されており、メサ側部は絶縁膜で埋め込まれて平坦化されている。そして、この面型光素子の上部には、光出射部を除いて上部電極が形成され、また、基板の裏側には下部電極が形成されている。ここで、上部電極には例えばＡｕが用いられる。
【００４９】
（第２の構成例）
図６，図７は本発明の面型光素子実装体の第２の構成例を示す図である。なお、図６は断面図、図７は側面図である。
【００５０】
この第２の構成例の面型光素子実装体が第１の構成例の面型光素子実装体と異なるのは、図７に示すように、Ｖ溝下部に平面を有することである。第２の構成例では、Ｖ溝下部に平面を有することにより、４５°ミラーを小さくでき、光ファイバーへ効率良く光を導入できる。
【００５１】
（第３の構成例）
図８は本発明の面型光素子実装体の第３の構成例を示す図である。
【００５２】
第３の構成例では、面型光素子（例えば図５に示すような面型発光素子）の一部に貫通孔を設け、貫通孔に導電材料を充填し（貫通電極を形成し）、面型光素子の上部電極を、貫通孔の導電材料（貫通電極）を介して面型光素子の下部より取り出すようにしている。
【００５３】
このように、第３の構成例では、面型光素子の上部電極を、貫通孔の導電材料（貫通電極）を介して面型光素子の下部より取り出すことができる。
【００５４】
（第４の構成例）
図９は本発明の面型光素子実装体の第４の構成例を示す図である。
【００５５】
第４の構成例では、図９の面型光素子実装体において、Ｓｉ異方性エッチングをストップするエッチングストップ膜が、高濃度Ｐ＋シリコン膜であり、高濃度Ｐ＋シリコン膜上に、上部電極取り出し用配線が設けられていることを特徴としている。
【００５６】
このように、エッチングストップ膜を高濃度Ｐ＋シリコン膜とすることで、面型光素子の上部電極を、エッチングストップ膜である高濃度Ｐ＋シリコン膜を介して、実装体の上部に取り出すことができる。この場合、面型光素子とＳｉウエハの貼り付けには、発光部又は受光部を除く部分に導電性接着剤又は金属接合を用いることができる。
【００５７】
以上ように、本発明の面型光素子実装体は、波長１．１μｍ以上の光を発光または受光が可能な面型光素子上（面型光素子の発光部または受光部上）に、光を９０°曲げるために、Ｓｉ（１１１）面によって形成された４５°傾けて設置されたミラー構造と、Ｓｉ（１１１）面で形成された光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物とを有していることを特徴としている。
【００５８】
ここで、前記光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物は、底面を平坦なものにすることができる。
【００５９】
また、ミラー構造及び／または光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物と面型光素子との間には、Ｓｉ異方性エッチングをストップするエッチングストップ膜が設けられている。
【００６０】
ここで、エッチングストップ膜には、熱酸化ＳｉＯ２を用いることができる。
【００６１】
また、エッチングストップ膜には、高濃度Ｐ＋シリコン膜を用いることができる。この場合には、高濃度Ｐ＋シリコン膜上に、上部電極取り出し用配線を設けることができる。
【００６２】
また、上述した本発明の面型光素子実装体において、面型光素子の一部に貫通孔を設け、該貫通孔に導電性材料を充填して、上部電極が面型光素子の下部から取り出されるように構成することができる。
【００６３】
また、上述した本発明の面型光素子実装体において、面型光素子は複数アレイ化され、それに対応して、ミラー構造及び／または光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物もアレイ化されて形成されていても良い。
【００６４】
また、上述した本発明の面型光素子実装体が、実装基板に、駆動が可能なように電気的接続を有して実装され、前記光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物には光ファイバが固定されていても良い。
【００６５】
次に、本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明する。
【００６６】
先ず、例えば図５に示すような面型光素子（図５の例では、面型発光素子）が形成されたウエハを用意する。
【００６７】
次いで、このような面型光素子が形成されたウエハの上部に、図１，図２に示したようなＳｉウエハを貼りつける。図１０，図１１は、面型光素子（例えば図５の面型発光素子）の上部にＳｉウエハ（図１，図２のＳｉウエハ）を貼りつけた状態を示す図である。なお、図１０は平面図であり、図１１は図１０のＡ−Ａ線における断面図である。
【００６８】
このように、面型光素子が形成されたウエハとＳｉウエハを貼りつける。この時、オリフラ方向に光が出射するように位置を合わせて貼りつける。なお、光出射方向はＳｉ結晶方位により決定されるので、この場合の位置合わせは概略で良い。また、Ｓｉウエハと面型光素子との貼り合せには透明接着剤を用いるのが簡便であるが、発光部（受光素子の場合には受光部）を除いた部分を導電性接着剤又は金属接合で貼りつけることもできる。金属接合を用いる場合、Ａｕ−Ｓｎ接合を用いるのが簡便である。
【００６９】
次いで、Ｓｉウエハ上に感光性樹脂を塗布しプリベークを行う。感光性樹脂は通常のフォトレジスト（例えば東京応化製ＯＦＰＲ８００）を用いる。
【００７０】
次いで、所定のフォトマスクを用い、面型光素子のパターンを赤外線でモニターしつつ、Ｓｉ表面に所定のパターンを所定位置に露光，現像によって形成する。
【００７１】
次いで、耐異方性エッチング膜をエッチングし、所定の耐異方性エッチング膜パターンを形成する。例えば耐異方性エッチング膜にＳｉＯ２を用いる場合は、フッ酸液を用いてエッチングする。
【００７２】
図１２，図１３には、耐異方性エッチング膜パターンを形成した状態が示されている。なお、図１２は断面図、図１３は平面図である。
【００７３】
次いで、アルカリ性の液でＳｉを異方性エッチングする。図１４，図１５には、異方性エッチング終了時の状態が示されている。なお、図１４は断面図、図１５は側面図である。図１４，図１５からわかるように、耐異方性エッチング膜パターンに応じてＳｉ（１１１）面が残された立体形状が形成される。
【００７４】
本発明の方法によれば、写真製版による位置合わせ精度で、面型光素子（この例では、発光素子とする）の光出射部（面型光素子が受光素子のときは入射部）と４５°ミラーの位置を合わせることができる。また、４５°ミラーとＶ溝位置は、フォトマスク精度で合わせることができる。
【００７５】
また、４５°ミラーとＶ溝の方向は、Ｓｉ結晶によって決定された方向に自動的に整合する。また、本プロセスはウエハ状態で一括で半導体プロセスを用いて実施できる。従って、高精度にかつ安価に形成できるという長所がある。
【００７６】
次いで、図１６に示すように、ミラー面とＶ溝の切り離しを行い、光ファイバーをミラー出射面に密着させられるようにする。ミラー面とＶ溝の切り離し方法としては、ドライエッチングを用いることも可能であるが、ダイヤモンド砥石を用いて機械的に切り離すのが簡便である。
【００７７】
次いで、図１７に示すように、エッチングストップ膜の一部に開口を設け、面型光素子の上部電極取り出し部を設ける。
【００７８】
最後に、各素子を切り離して完成となる。
【００７９】
このように、本発明の面型光素子実装体は、複数の面型光素子が形成されたウエハを準備する工程と、
＜１１０＞オリフラと前記オリフラに対して（１００）面から９．７４°傾いた表面を有するＳｉウエハを準備する工程と、
前記Ｓｉウエハの裏面にエッチングストップ膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面に耐エッチング膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハを貼りつける工程と、
前記Ｓｉウエハ上に感光性樹脂を塗布してプリベークする工程と、
前記面型光素子のパターンを、赤外線でモニターし、Ｓｉ表面に前記面型光素子のパターンと所定の位置関係を有するパターンを写真製版で形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面の耐エッチング膜をエッチングして所定のパターンを形成する工程と、
前記Ｓｉウエハをアルカリ性の液体で異方性エッチングする工程と、
によって作製することができる。
【００８０】
上述した説明では、面型光素子が発光素子である場合を例にとったが、面型光素子が受光素子であっても、本発明を同様に適用できる。
【００８１】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１，請求項２記載の発明によれば、複数の面型光素子が形成されたウエハを準備する工程と、
＜１１０＞オリフラと前記オリフラに対して（１００）面から９．７４°傾いた表面を有するＳｉウエハを準備する工程と、
前記Ｓｉウエハの裏面にエッチングストップ膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面に耐エッチング膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハを貼りつける工程と、
前記Ｓｉウエハ上に感光性樹脂を塗布してプリベークする工程と、
前記面型光素子のパターンを、赤外線でモニターし、Ｓｉ表面に前記面型光素子のパターンと所定の位置関係を有するパターンを写真製版で形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面の耐エッチング膜をエッチングして所定のパターンを形成する工程と、
前記Ｓｉウエハをアルカリ性の液体で異方性エッチングする工程と、
を含む面型光素子の製造方法によって、面型光素子および面型光素子実装体を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いるＳｉウエハを示す図（平面図）である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】本発明の面型光素子実装体の第１の構成例を示す図（断面図）である。
【図４】本発明の面型光素子実装体の第１の構成例を示す図（側面図）である。
【図５】面型光素子の一例を示す図である。
【図６】本発明の面型光素子実装体の第２の構成例を示す図（断面図）である。
【図７】本発明の面型光素子実装体の第２の構成例を示す図（側面図）である。
【図８】本発明の面型光素子実装体の第３の構成例を示す図である。
【図９】本発明の面型光素子実装体の第４の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１３】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１４】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１５】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１６】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１７】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１８】従来の面型光素子実装体の一例を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光送信モジュール，光送受信モジュール，光通信システムなどに用いられる面型光素子の製造方法、および、面型光素子実装体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高速光接続のための光モジュールが開発されている。しかし、光素子と光ファイバなどの光伝送体との結合に関しては、特に、低コスト化，高性能化などの観点から課題が多い。
【０００３】
光素子として、受光素子では、作製の容易性や感度などの点で面型の素子が主に使用されているが、光ファイバと該面型素子の主面とで光結合させる場合に、受光素子を動作させないでアライメントするパッシブアライメントが低コスト化のためには必須である。そのための手法として、一般には固定部材を作製して組み立てるという方法が用いられている。しかし、固定部材の機械精度が要求され、その弾性係数や熱膨張係数などに制約があり、また部品点数も多くなるために、コスト低減が困難であった。特に、コスト低減のためにプラスチックモールドなどを用いると、光結合の歩留まりや長期信頼性に欠けるという問題点がある。
【０００４】
発光素子においても、基板面から垂直に光出射を行う垂直共振器型面発光レーザが、光伝送モジュールの低消費電力化、低コスト化の観点で改善できる可能性があり、盛んに研究されている。該面発光レーザでは、１ｍＡ以下の低しきい値で駆動でき、ウエハレベルの検査が可能で、へき開精度を必要としないため、低コスト化が可能である。このような面発光レーザと光ファイバとの光結合においても、上記と同様な問題が生じている。
【０００５】
そこで、光ファイバとの結合のためのガイド穴をホトリソグラフィの精度で作製する方法が提案されている。例えば特許文献１，特許文献２には、面型受光素子もしくは発光素子を作製した基板側に光ファイバを固定するための穴を光感光性あるいは電子ビーム硬化性を持ちホトリソグラフィでパターニングすることで選択的に硬化が可能な厚膜材料により形成する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、図１８に示すように、光装置１００の面発光レーザ１０２が設置されている側の面上に、所定の膜厚を有する融着層３００が形成され、光装置１００は、光ファイバ２００の端面と融着層３００を介して接合される技術が開示されている。
【０００７】
これらの従来技術では、部品点数を減少させることができ、組み立ても非常に簡単なので、低コスト化が可能である。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−３３５４６号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開２００２−２１４４８５号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開２００２−１０７５８１号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１，特許文献２のように厚膜材料によりガイド穴を作製する場合、厚膜材料が薄ければ、テーパ形状や穴径の制御性は良いが、機械的強度が不足し、厚膜材料が厚ければ、機械的強度は良いが、テーパ形状や穴径の制御性が不充分になるという問題点がある。
【００１３】
また、特許文献３のように融着層を用いる場合には、発光点又は受光点とファイバーとの位置合わせが困難であるという不都合がある。
【００１４】
又、厚膜材料によりガイド穴を作製する場合、融着層を用いる場合のいずれも、光ファイバーは面型光素子に垂直に接続されることになる。光ファイバーは急激に曲げることができないため、同一ボード内での接続に適用すると、ボード上に高いループを形成することになり、機器内で広い空間を占有することになり、好ましくないという問題がある。
【００１５】
又、従来の一般的な方法として、完成した面型光素子に、ミラー及びファイバー固定材を順次アセンブリする方法があるが、部品点数が多くなる事、高精度アセンブリが困難である事、アセンブリに長時間を要する事等の不具合がある。
【００１６】
本発明は、部品点数の増加やプロセス制御性の向上を必要とせずに、面型光素子と光導波路を９０°曲げて接続することができ、さらに、光ファイバの固定作業も容易にして生産性を向上させ、低コスト化することの可能な面型光素子の製造方法、および、面型光素子実装体の製造方法を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、複数の面型光素子が形成されたウエハを準備する工程と、
＜１１０＞オリフラと前記オリフラに対して（１００）面から９．７４°傾いた表面を有するＳｉウエハを準備する工程と、
前記Ｓｉウエハの裏面にエッチングストップ膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面に耐エッチング膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハを貼りつける工程と、
前記Ｓｉウエハ上に感光性樹脂を塗布してプリベークする工程と、
前記面型光素子のパターンを、赤外線でモニターし、Ｓｉ表面に前記面型光素子のパターンと所定の位置関係を有するパターンを写真製版で形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面の耐エッチング膜をエッチングして所定のパターンを形成する工程と、
前記Ｓｉウエハをアルカリ性の液体で異方性エッチングする工程と、
を含むことを特徴とする面型光素子の製造方法である。
【００１９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の面型光素子の製造方法により面型光素子を製造する工程と、
該面型光素子上に光を９０°曲げるために、Ｓｉ（１１１）面によって形成されたミラー構造を４５°傾けて設置する工程と、
前記面型光素子上にＳｉ（１１１）面で形成された光ファイバーガイド用Ｖ溝構造を形成する工程と、
を含むことを特徴とする面型光素子実装体の製造方法である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
本発明の面型光素子実装体においては、面型光素子の表面にＳｉウエハを貼りつけ、Ｓｉ異方性エッチングにより、精度良く、４５°ミラー構造と光ファイバーガイド用Ｖ溝構造体とを面型光素子上に作り込むことを特徴としている。
【００２９】
すなわち、Ｓｉ結晶をアルカリ性のエッチング液でエッチングすると、結晶方位によってエッチング速度が大幅に異なることが知られている。即ち、Ｓｉの（１１０）面のエッチング速度は（１００）面のエッチング速度とほぼ同じであり、（１１１）面のエッチング速度よりも十分大きい。この特性を用いてＳｉウエハに種々の構造を形成する技術が、シリコンマイクロマシニングとして知られている。
【００３０】
本発明は、この特性を利用して、例えば後述の図３，図４などに示すように、面型光素子の表面に、Ｓｉの４５°ミラー構造と光ファイバーガイド用Ｖ溝構造体を作り込むことを特徴としている。
【００３１】
Ｓｉの（１００）面をアルカリ性エッチング液を用いて異方性エッチングすると、表面と５４．７４°の角度をなし逆四角錐構造を持つＳｉ（１１１）面が４面得られる。
【００３２】
本発明に用いるＳｉウエハは、図１，図２に示すように、＜１１０＞オリフラと、オリフラに直角方向に（１００）面と９．７４°傾いた表面を持っている。これにより、Ｓｉ表面（＝裏面）とＳｉ（１１１）面の１つとがなす角度が４５°となる。さらに他の１面が６４．４８°となり、他の２面が５４．７４°となる。この５４．７４°をなす２面を光ファイバーガイド用Ｖ溝構造体として用いる。なお、図１はＳｉウエハの平面図、図２は図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【００３３】
また、図２を参照すると、本発明に用いるＳｉウエハの表面には耐エッチング膜が形成され、Ｓｉウエハの裏面にはエッチングストップ膜が形成されている。
【００３４】
ここで、耐エッチング膜は、写真製版，エッチングによって所定パターンにパターニングされ、異方性エッチング時に表面必要部を保護して所定の立体形状を得るために用いられる。耐エッチング膜としては、ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等が適している。
【００３５】
また、エッチングストップ膜は、アルカリ液にエッチングされない材料で形成され、所定形状形成後の過剰エッチングを防止するためと、面型光素子をアルカリ性エッチング液から保護するために用いられる。エッチングストップ膜としては、熱酸化ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４等を用いることが可能である。
【００３６】
また、高濃度Ｐ＋シリコンがアルカリ性液に溶解しないことから、Ｓｉウエハの裏面からイオン注入を行って高濃度Ｐ＋シリコン膜を形成し、これをエッチングストップ膜として用いることも可能である。この場合、高濃度Ｐ＋シリコン膜は導電性を有していることから、面型光素子の上面から電極を取り出すことが容易になるという利点がある。
【００３７】
なお、Ｓｉは、波長１μｍ以下の光に対しては吸収が大きいため、本発明の適用は困難であるが、波長１．１μｍ以上の光に対しては事実上透明である。光通信には１．３μｍ及び１．５μｍ付近の波長が主に用いられており、本発明の利用に適している。
【００３８】
また、面型光素子については、面発光レーザや面型受光素子などが用いられ、ウエハ状態で本発明による方法で一括して４５°ミラーと光ファイバーガイド用Ｖ溝構造体を作り込んだ後に、各素子（各素子実装体）に分割される。
【００３９】
このように、本発明の面型光素子実装体は、波長１．１μｍ以上の光を発光または受光が可能な面型光素子上（面型光素子の発光部または受光部上）に、光を９０°曲げるために、Ｓｉ（１１１）面によって形成された４５°傾けて設置されたミラー構造と、Ｓｉ（１１１）面で形成された光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物とを有していることを特徴としている。
【００４０】
換言すれば、本発明は、面型光素子の発光部又は受光部上に、Ｓｉ異方性エッチングによって形成されたＳｉ（１１１）面よりなる４５°傾いたミラー構造と、このミラー構造の形成と同時にＳｉ異方性エッチングで形成されたＳｉ（１１１）面よりなる光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物を設けることを特徴としている。これにより、部品点数の増加やプロセス制御性の向上を必要とせずに、面型光素子と光導波路を９０°曲げて接続することができる。さらに、光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物によりアライメント精度を向上させ、これにより、光ファイバの固定作業も容易にして生産性を向上させ、低コスト化することができる。
【００４１】
本発明の面型光素子実装体の構成例をより詳細に説明する。
【００４２】
（第１の構成例）
図３，図４は本発明の面型光素子実装体の第１の構成例を示す図である。なお、図３は断面図、図４は側面図である。
【００４３】
図３，図４を参照すると、この第１の構成例では、面型光素子（この例では、後述の図５に示すような面型発光素子）上に、Ｓｉ異方性エッチングで形成した４５°ミラー（ミラー構造）と、このミラー構造の形成と同時にＳｉ異方性エッチングで形成された光ファイバーガイド用Ｖ溝とが設けられたものとなっている。
【００４４】
ここで、ミラー表面には、光反射用として誘電体多層膜又は金属膜が形成されている。
【００４５】
なお、Ｓｉ異方性エッチングを行うと、４５°ミラーの反対側（光出射側）にも斜面（図３に破線で示す）が形成される。この角度は６４．４８°である。光出射部と光ファイバーを密着させるため、この斜面は、切り離し、除去される。
【００４６】
図３，図４の構成では、光ファイバーはＶ溝によって位置合わせされ、４５°ミラーの光出射部に突き当てて固定される。固定方法は通常の接着材を用いることができる。
【００４７】
また、図５は面型光素子の一例を示す図である。図５の面型光素子は、面型発光素子（面発光型半導体レーザ）として構成されている。
【００４８】
すなわち、図５の面型光素子（面型発光素子）は、基板（ＧａＡｓ）上に、下部反射鏡，下部スペーサ層，活性層，上部スペーサ層，電流狭窄層，上部反射鏡が形成されている。なお、下部スペーサ層から上部反射鏡まではメサ加工されており、メサ側部は絶縁膜で埋め込まれて平坦化されている。そして、この面型光素子の上部には、光出射部を除いて上部電極が形成され、また、基板の裏側には下部電極が形成されている。ここで、上部電極には例えばＡｕが用いられる。
【００４９】
（第２の構成例）
図６，図７は本発明の面型光素子実装体の第２の構成例を示す図である。なお、図６は断面図、図７は側面図である。
【００５０】
この第２の構成例の面型光素子実装体が第１の構成例の面型光素子実装体と異なるのは、図７に示すように、Ｖ溝下部に平面を有することである。第２の構成例では、Ｖ溝下部に平面を有することにより、４５°ミラーを小さくでき、光ファイバーへ効率良く光を導入できる。
【００５１】
（第３の構成例）
図８は本発明の面型光素子実装体の第３の構成例を示す図である。
【００５２】
第３の構成例では、面型光素子（例えば図５に示すような面型発光素子）の一部に貫通孔を設け、貫通孔に導電材料を充填し（貫通電極を形成し）、面型光素子の上部電極を、貫通孔の導電材料（貫通電極）を介して面型光素子の下部より取り出すようにしている。
【００５３】
このように、第３の構成例では、面型光素子の上部電極を、貫通孔の導電材料（貫通電極）を介して面型光素子の下部より取り出すことができる。
【００５４】
（第４の構成例）
図９は本発明の面型光素子実装体の第４の構成例を示す図である。
【００５５】
第４の構成例では、図９の面型光素子実装体において、Ｓｉ異方性エッチングをストップするエッチングストップ膜が、高濃度Ｐ＋シリコン膜であり、高濃度Ｐ＋シリコン膜上に、上部電極取り出し用配線が設けられていることを特徴としている。
【００５６】
このように、エッチングストップ膜を高濃度Ｐ＋シリコン膜とすることで、面型光素子の上部電極を、エッチングストップ膜である高濃度Ｐ＋シリコン膜を介して、実装体の上部に取り出すことができる。この場合、面型光素子とＳｉウエハの貼り付けには、発光部又は受光部を除く部分に導電性接着剤又は金属接合を用いることができる。
【００５７】
以上ように、本発明の面型光素子実装体は、波長１．１μｍ以上の光を発光または受光が可能な面型光素子上（面型光素子の発光部または受光部上）に、光を９０°曲げるために、Ｓｉ（１１１）面によって形成された４５°傾けて設置されたミラー構造と、Ｓｉ（１１１）面で形成された光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物とを有していることを特徴としている。
【００５８】
ここで、前記光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物は、底面を平坦なものにすることができる。
【００５９】
また、ミラー構造及び／または光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物と面型光素子との間には、Ｓｉ異方性エッチングをストップするエッチングストップ膜が設けられている。
【００６０】
ここで、エッチングストップ膜には、熱酸化ＳｉＯ２を用いることができる。
【００６１】
また、エッチングストップ膜には、高濃度Ｐ＋シリコン膜を用いることができる。この場合には、高濃度Ｐ＋シリコン膜上に、上部電極取り出し用配線を設けることができる。
【００６２】
また、上述した本発明の面型光素子実装体において、面型光素子の一部に貫通孔を設け、該貫通孔に導電性材料を充填して、上部電極が面型光素子の下部から取り出されるように構成することができる。
【００６３】
また、上述した本発明の面型光素子実装体において、面型光素子は複数アレイ化され、それに対応して、ミラー構造及び／または光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物もアレイ化されて形成されていても良い。
【００６４】
また、上述した本発明の面型光素子実装体が、実装基板に、駆動が可能なように電気的接続を有して実装され、前記光ファイバーガイド用Ｖ溝構造物には光ファイバが固定されていても良い。
【００６５】
次に、本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明する。
【００６６】
先ず、例えば図５に示すような面型光素子（図５の例では、面型発光素子）が形成されたウエハを用意する。
【００６７】
次いで、このような面型光素子が形成されたウエハの上部に、図１，図２に示したようなＳｉウエハを貼りつける。図１０，図１１は、面型光素子（例えば図５の面型発光素子）の上部にＳｉウエハ（図１，図２のＳｉウエハ）を貼りつけた状態を示す図である。なお、図１０は平面図であり、図１１は図１０のＡ−Ａ線における断面図である。
【００６８】
このように、面型光素子が形成されたウエハとＳｉウエハを貼りつける。この時、オリフラ方向に光が出射するように位置を合わせて貼りつける。なお、光出射方向はＳｉ結晶方位により決定されるので、この場合の位置合わせは概略で良い。また、Ｓｉウエハと面型光素子との貼り合せには透明接着剤を用いるのが簡便であるが、発光部（受光素子の場合には受光部）を除いた部分を導電性接着剤又は金属接合で貼りつけることもできる。金属接合を用いる場合、Ａｕ−Ｓｎ接合を用いるのが簡便である。
【００６９】
次いで、Ｓｉウエハ上に感光性樹脂を塗布しプリベークを行う。感光性樹脂は通常のフォトレジスト（例えば東京応化製ＯＦＰＲ８００）を用いる。
【００７０】
次いで、所定のフォトマスクを用い、面型光素子のパターンを赤外線でモニターしつつ、Ｓｉ表面に所定のパターンを所定位置に露光，現像によって形成する。
【００７１】
次いで、耐異方性エッチング膜をエッチングし、所定の耐異方性エッチング膜パターンを形成する。例えば耐異方性エッチング膜にＳｉＯ２を用いる場合は、フッ酸液を用いてエッチングする。
【００７２】
図１２，図１３には、耐異方性エッチング膜パターンを形成した状態が示されている。なお、図１２は断面図、図１３は平面図である。
【００７３】
次いで、アルカリ性の液でＳｉを異方性エッチングする。図１４，図１５には、異方性エッチング終了時の状態が示されている。なお、図１４は断面図、図１５は側面図である。図１４，図１５からわかるように、耐異方性エッチング膜パターンに応じてＳｉ（１１１）面が残された立体形状が形成される。
【００７４】
本発明の方法によれば、写真製版による位置合わせ精度で、面型光素子（この例では、発光素子とする）の光出射部（面型光素子が受光素子のときは入射部）と４５°ミラーの位置を合わせることができる。また、４５°ミラーとＶ溝位置は、フォトマスク精度で合わせることができる。
【００７５】
また、４５°ミラーとＶ溝の方向は、Ｓｉ結晶によって決定された方向に自動的に整合する。また、本プロセスはウエハ状態で一括で半導体プロセスを用いて実施できる。従って、高精度にかつ安価に形成できるという長所がある。
【００７６】
次いで、図１６に示すように、ミラー面とＶ溝の切り離しを行い、光ファイバーをミラー出射面に密着させられるようにする。ミラー面とＶ溝の切り離し方法としては、ドライエッチングを用いることも可能であるが、ダイヤモンド砥石を用いて機械的に切り離すのが簡便である。
【００７７】
次いで、図１７に示すように、エッチングストップ膜の一部に開口を設け、面型光素子の上部電極取り出し部を設ける。
【００７８】
最後に、各素子を切り離して完成となる。
【００７９】
このように、本発明の面型光素子実装体は、複数の面型光素子が形成されたウエハを準備する工程と、
＜１１０＞オリフラと前記オリフラに対して（１００）面から９．７４°傾いた表面を有するＳｉウエハを準備する工程と、
前記Ｓｉウエハの裏面にエッチングストップ膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面に耐エッチング膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハを貼りつける工程と、
前記Ｓｉウエハ上に感光性樹脂を塗布してプリベークする工程と、
前記面型光素子のパターンを、赤外線でモニターし、Ｓｉ表面に前記面型光素子のパターンと所定の位置関係を有するパターンを写真製版で形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面の耐エッチング膜をエッチングして所定のパターンを形成する工程と、
前記Ｓｉウエハをアルカリ性の液体で異方性エッチングする工程と、
によって作製することができる。
【００８０】
上述した説明では、面型光素子が発光素子である場合を例にとったが、面型光素子が受光素子であっても、本発明を同様に適用できる。
【００８１】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１，請求項２記載の発明によれば、複数の面型光素子が形成されたウエハを準備する工程と、
＜１１０＞オリフラと前記オリフラに対して（１００）面から９．７４°傾いた表面を有するＳｉウエハを準備する工程と、
前記Ｓｉウエハの裏面にエッチングストップ膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面に耐エッチング膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハを貼りつける工程と、
前記Ｓｉウエハ上に感光性樹脂を塗布してプリベークする工程と、
前記面型光素子のパターンを、赤外線でモニターし、Ｓｉ表面に前記面型光素子のパターンと所定の位置関係を有するパターンを写真製版で形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面の耐エッチング膜をエッチングして所定のパターンを形成する工程と、
前記Ｓｉウエハをアルカリ性の液体で異方性エッチングする工程と、
を含む面型光素子の製造方法によって、面型光素子および面型光素子実装体を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いるＳｉウエハを示す図（平面図）である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。
【図３】本発明の面型光素子実装体の第１の構成例を示す図（断面図）である。
【図４】本発明の面型光素子実装体の第１の構成例を示す図（側面図）である。
【図５】面型光素子の一例を示す図である。
【図６】本発明の面型光素子実装体の第２の構成例を示す図（断面図）である。
【図７】本発明の面型光素子実装体の第２の構成例を示す図（側面図）である。
【図８】本発明の面型光素子実装体の第３の構成例を示す図である。
【図９】本発明の面型光素子実装体の第４の構成例を示す図である。
【図１０】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１１】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１３】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１４】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１５】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１６】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１７】本発明の面型光素子実装体の作製方法を説明するための図である。
【図１８】従来の面型光素子実装体の一例を示す図である。
Claims (2)
- 複数の面型光素子が形成されたウエハを準備する工程と、
＜１１０＞オリフラと前記オリフラに対して（１００）面から９．７４°傾いた表面を有するＳｉウエハを準備する工程と、
前記Ｓｉウエハの裏面にエッチングストップ膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面に耐エッチング膜を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハを貼りつける工程と、
前記Ｓｉウエハ上に感光性樹脂を塗布してプリベークする工程と、
前記面型光素子のパターンを、赤外線でモニターし、Ｓｉ表面に前記面型光素子のパターンと所定の位置関係を有するパターンを写真製版で形成する工程と、
前記Ｓｉウエハ表面の耐エッチング膜をエッチングして所定のパターンを形成する工程と、
前記Ｓｉウエハをアルカリ性の液体で異方性エッチングする工程と、
を含むことを特徴とする面型光素子の製造方法。 - 請求項１記載の面型光素子の製造方法により面型光素子を製造する工程と、
該面型光素子上に光を９０°曲げるために、Ｓｉ（１１１）面によって形成されたミラー構造を４５°傾けて設置する工程と、
前記面型光素子上にＳｉ（１１１）面で形成された光ファイバーガイド用Ｖ溝構造を形成する工程と、
を含むことを特徴とする面型光素子実装体の製造方法。
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