JP4253288B2

JP4253288B2 - 光結合装置の製造方法

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Publication number: JP4253288B2
Application number: JP2004256472A
Authority: JP
Inventors: 隆行山口
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2004-09-03
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2024-09-03
Also published as: JP2006072055A

Description

本発明は、光結合装置の製造方法に関する。

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。

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、この方法では、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。

また、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。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。

また、特許文献１に示されているように、光ファイバ先端を４５度反射面として光ファイバの側面を介して入射した光を導波方向に反射させる構造、または、光ファイバの導波方向に進む光を該光ファイバの側面を介して受発光素子の方向に反射させる構造を有する光結合装置が提案されている。しかし、この光結合装置では、光ファイバ反射面と面型光素子のアライメントが困難であるという問題がある。

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２，特許文献３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ものが開示されている。

また、特許文献４にも、面発光レーザ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が形成され、面発光レーザが光ファイバの端面と融着層を介して接合される方法が開示されている。

特許文献２〜特許文献４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。

しかしながら、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。

一方、融着層を用いる方法では、発光点又は受光点と光ファイバとの位置合わせが困難であるという不都合がある。

また、上述した特許文献２〜特許文献４において、厚膜材料によりガイド穴を作製する場合と融着層を用いる方法との双方とも、光ファイバ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って好ましくないという問題がある。

また、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。
特開２０００−５６１８１号公報特開２００２−３３５４６号公報特開２００２−２１４４８５号公報特開２００２−１０７５８１号公報

本発明は、面型光素子と光ファイバなどの光伝送体とを、広い空間を占有せずに、また、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、高アライメント精度で光結合させることの可能な光結合装置を得る光結合装置の製造方法を提供することを目的としている。

すなわち、本発明は、面型光素子の発光部または受光部上に、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Ｖ溝及びストップ壁を有する構造体を設置し、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、面型光素子と光伝送体（例えば光ファイバ）を９０°曲げて接続することができる光結合装置を得る光結合装置の製造方法を提供することを目的にしている。さらに、光伝送体ガイド用Ｖ溝構造体によりアライメント精度を向上させ、このことから、光伝送体の固定作業も容易にして生産性を向上させ、低コスト化できる光結合装置を得る光結合装置の製造方法を提供することを目的にしている。

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、(１００）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層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハの表面に耐エッチング膜層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハと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してＶ溝とストップ壁とを形成する工程と、
前記Ｖ溝と前記ストップ壁とが形成された前記複数の面型光素子が形成されたウエハを、単独の面型光素子に分離切断する工程と、
光伝送体を前記Ｖ溝に固定する工程と
を含むことを特徴としている。

また、請求項２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３５．２６°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層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハの表面に耐エッチング膜層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハと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してＶ溝とストップ壁とを形成する工程と、
前記Ｖ溝と前記ストップ壁とが形成された前記複数の面型光素子が形成されたウエハを、単独の面型光素子に分離切断する工程と、
光伝送体を前記Ｖ溝に固定する工程と
を含むことを特徴としている。

請求項１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、(１００）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層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハの表面に耐エッチング膜層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハと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してＶ溝とストップ壁とを形成する工程と、
前記Ｖ溝と前記ストップ壁とが形成された前記複数の面型光素子が形成されたウエハを、単独の面型光素子に分離切断する工程と、
光伝送体を前記Ｖ溝に固定する工程と
を含むので、後述の図２，図６に示すような光結合装置を得ることができる。

また、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３５．２６°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層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハの表面に耐エッチング膜層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハと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してＶ溝とストップ壁とを形成する工程と、
前記Ｖ溝と前記ストップ壁とが形成された前記複数の面型光素子が形成されたウエハを、単独の面型光素子に分離切断する工程と、
光伝送体を前記Ｖ溝に固定する工程と
を含むので、後述の図４，図８に示すような光結合装置を得ることができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

（第１の形態）
本発明の第１の形態は、発光機能および／または受光機能を有する面型光素子と、前記面型光素子上に設けられ、Ｓｉ異方性エッチングにより形成されたＶ溝とストップ壁とを有する構造体と、前記構造体のＶ溝及びストップ壁により固定された光伝送体とを備え、前記光伝送体の少なくとも一方の端面に反射面を有し、該反射面は、前記面型光素子から前記光伝送体の側面を介して入射した光を光伝送体の導波方向に反射させる機能および／または前記光伝送体の導波方向に進む光を該光伝送体の側面を介して前記面型光素子の方向に反射させる機能を有し、前記面型光素子は、前記光伝送体の側面を介して該光伝送体と光結合されていることを特徴としている。

この構造を用いることにより、面型光素子の発光部または受光部上に、Ｓｉ異方性エッチングによって形成されたストップ壁と同時にＳｉ異方性エッチングで形成された光伝送体ガイド用のＶ溝を有する構造体を設置し、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、面型光素子の光導波路と光伝送体（例えば光ファイバ）の光導波路を９０°曲げて接続することができる。さらに、光伝送体ガイド用のＶ溝構造体によりアライメント精度を向上させ、このことから、光伝送体（例えば光ファイバ）の固定作業も容易にして生産性を向上させ、低コスト化を図ることができる。

（第２の形態）
本発明の第２の形態は、第１の形態の光結合装置において、前記構造体は、前記面型光素子と接する底面が平坦であることを特徴としている。

第２の形態によれば、第１の形態の光結合装置において、前記構造体は、前記面型光素子と接する底面が平坦であるので、面型素子の光出射部と光伝送体（例えば光ファイバ）との距離を近くでき、光伝送体（例えば光ファイバ）へ効率良く光を導入できる。

（第３の形態）
本発明の第３の形態は、第２の形態の光結合装置において、前記構造体の底面平坦部は、Ｓｉ異方性エッチングをストップする材料よりなることを特徴としている。

第３の形態によれば、第２の形態の光結合装置において、前記構造体の底面平坦部は、Ｓｉ異方性エッチングをストップする材料よりなるので、異方性エッチング時の面型光素子の保護が可能であり、また、第２の形態に示した構造体の構造（底面が平坦である構造）を容易に得ることができる。

（第４の形態）
本発明の第４の形態は、第３の形態の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングをストップする材料は、ＳｉＯ_２又はＳｉ_３Ｎ_４であることを特徴としている。

第４の形態によれば、第３の形態の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングをストップする材料は、ＳｉＯ_２又はＳｉ_３Ｎ_４であるので、光はエッチングストップ層のみを通過しＳｉ内を通過しない。従って、エッチングストップ層にＳｉＯ_２またはＳｉ_３Ｎ_４を用いることにより、使用する光波長の範囲を広くすることができる。

（第５の形態）
本発明の第５の形態は、第１乃至第４のいずれかの形態の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された構造体のストップ壁は、光の出射面又は入射面に対して垂直に形成されていることを特徴としている。

第５の形態によれば、第１乃至第４のいずれかの形態の光結合装置において、前記Ｓｉ異方性エッチングにより形成された構造体のストップ壁は、光の出射面又は入射面に対して垂直に形成されており、ストップ壁が垂直であることにより、光伝送体（例えば光ファイバ）の先端位置合わせを確実にできる。

（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第１乃至第５のいずれかの形態の光結合装置において、前記光伝送体の反射面は、前記光伝送体の導波方向に対して４５°の角度をなしていることを特徴としている。

第６の形態によれば、第１乃至第５のいずれかの形態の光結合装置において、前記光伝送体の反射面は、前記光伝送体の導波方向に対して４５°の角度をなしているので、面型光素子から光伝送体（例えば光ファイバ）に入射した光を９０°曲げて、光伝送体（例えば光ファイバ）のコアに導入できる。

（第７の形態）
本発明の第７の形態は、第１乃至第６のいずれかの形態の光結合装置において、前記光伝送体の反射面に、反射型の回折格子が形成されていることを特徴としている。

第７の形態によれば、第１乃至第６のいずれかの形態の光結合装置において、前記光伝送体の反射面に、反射型の回折格子が形成されているので、光結合効率を向上できる。

（第８の形態）
本発明の第８の形態は、第１乃至第６のいずれかの形態の光結合装置において、前記光伝送体の反射面上に反射膜が形成されていることを特徴としている。

第８の形態によれば、第１乃至第６のいずれかの形態の光結合装置において、前記光伝送体の反射面上に反射膜が形成されているので、光結合効率を向上できる。

（第９の形態）
本発明の第９の形態は、第１乃至第８のいずれかの形態の光結合装置において、前記面型光素子と前記構造物のＶ溝に載置された光伝送体との間に透明接着材が充填されていることを特徴としている。

第９の形態によれば、第１乃至第８のいずれかの形態の光結合装置において、前記面型光素子と前記構造物のＶ溝に載置された光伝送体との間に透明接着材が充填されているので、光伝送体（例えば光ファイバ）をしっかりと固定できる。

（第１０の形態）
本発明の第１０の形態は、第９の形態の光結合装置において、前記光伝送体は光ファイバであって、前記透明接着材の屈折率が前記光ファイバのクラッド材の屈折率と同一であることを特徴としている。

第１０の形態によれば、第９の形態の光結合装置において、前記光伝送体は光ファイバであって、前記透明接着材の屈折率が前記光ファイバのクラッド材の屈折率と同一であるので、光が通過する光伝送体（光ファイバ）側面での光ロスを低減することができる。

（第１１の形態）
本発明の第１１の形態は、第１乃至第９のいずれかの形態の光結合装置において、前記面型光素子の一部に貫通孔を設け、貫通孔に導電性材料を充填し、上部電極を面型光素子下部から取り出す構造となっていることを特徴としている。

第１１の形態によれば、第１乃至第９のいずれかの形態の光結合装置において、前記面型光素子の一部に貫通孔を設け、貫通孔に導電性材料を充填し、上部電極を面型光素子下部から取り出す構造となっているので、上部電極を面発光素子下部から取り出すことができる。

（第１２の形態）
本発明の第１２の形態は、第１乃至第１１のいずれかの形態の光結合装置において、前記面型光素子が複数個でアレイ化されており、それに対応させて前記構造物及び光伝送体も共にアレイ化されて形成されていることを特徴としている。

第１２の形態によれば、第１乃至第１１のいずれかの形態の光結合装置において、前記面型光素子が複数個でアレイ化されており、それに対応させて前記構造物及び光伝送体も共にアレイ化されて形成されているので、アレイ化された光結合装置を得ることができる。

（第１３の形態）
本発明の第１３の形態は、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、(１００）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層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハの表面に耐エッチング膜層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハと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してＶ溝とストップ壁とを形成する工程と、
各素子に分離切断する工程と、
光伝送体を前記Ｖ溝に固定する工程と
を含むことを特徴としている。

第１３の形態によれば、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、(１００）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層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハの表面に耐エッチング膜層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハと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してＶ溝とストップ壁とを形成する工程と、
各素子に分離切断する工程と、
光伝送体を前記Ｖ溝に固定する工程と
を含むので、後述の図２，図６に示すように、第１乃至第４、第６乃至第１２の形態の光結合装置を得ることができる。

（第１４の形態）
本発明の第１４の形態は、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３５．２６°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層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハの表面に耐エッチング膜層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハと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してＶ溝とストップ壁とを形成する工程と、
各素子に分離切断する工程と、
光伝送体を前記Ｖ溝に固定する工程と
を含むことを特徴としている。

第１４の形態によれば、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３５．２６°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層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハの表面に耐エッチング膜層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハと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してＶ溝とストップ壁とを形成する工程と、
各素子に分離切断する工程と、
光伝送体を前記Ｖ溝に固定する工程と
を含むので、後述の図４，図８に示すように、第１乃至第１２の形態の光結合装置を得ることができる。

（第１５の形態）
本発明の第１５の形態は、第１乃至第１２のいずれかの形態の光結合装置が用いられることを特徴とする光送信モジュールである。

このように、第１乃至第１２のいずれかの形態の光結合装置が用いられることにより、高精度の光送信モジュールを提供することができる。

（第１６の形態）
本発明の第１６の形態は、第１乃至第１２のいずれかの形態の光結合装置が用いられることを特徴とする光送受信モジュールである。

このように、第１乃至第１２のいずれかの形態の光結合装置が用いられることにより、高精度の光送受信モジュールを提供することができる。

（第１７の形態）
本発明の第１７の形態は、第１乃至第１２のいずれかの形態の光結合装置が用いられることを特徴とする光通信システムである。

このように、第１乃至第１２のいずれかの形態の光結合装置が用いられることにより、高精度の光通信システムを提供することができる。

換言すれば、本発明は、面型光素子の表面にＳｉウエハを貼りつけ、異方性エッチングにより精度良くＶ溝及びストップ壁を有する構造体を作り込むことを特徴としている。

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、エッチング速度は（１１１）面＜＜（１１０）面≒（１００）面となる。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。

本発明は、この特性を利用して、面型光素子の表面に、すなわち構造体（Ｓｉ構造体）に、Ｖ溝及びストップ壁を作り込むことを特徴としている。

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°の角度を成し逆四角錐構造を持つＳｉ（１１１）面が４面得られる。

本発明に用いるＳｉウエハは、図１１に示すように＜１１０＞オリフラを持っている。

Ｓｉウエハの表面には、図１２（ａ）に示すように、（１００）面を用いることが可能である。この場合、ＳｉのＶ溝壁及びストップ壁の成す角度は５４．７４°であり、図２又は図６の構造が得られる。

あるいは、図１２（ｂ）に示すように、Ｓｉウエハの表面には、オリフラに直角方向に（１００）面と３５．２６°傾いた表面を用いることが可能である。この場合、ＳｉのＶ溝壁の成す角度は５４．７４°であり、ストップ壁の成す角度は９０°であり、図４又は図８の構造が得られる。

さらに、また、本発明に用いるＳｉウエハは、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、表面に耐エッチング膜が形成され、裏面にエッチングストップ層が形成されている。

ここで、耐エッチング膜は、写真製版，エッチングにより所定パターンが形成され、異方性エッチング時に表面の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、ＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４等が適している。

また、エッチングストップ層は、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層としては、ＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４を用いることが可能である。

なお、Ｓｉは波長１μｍ以下の光に対しては吸収が大きいため、図２又は図６の構造では適用は困難であるが、波長１．１μｍ以上で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。さらに図４又は図８の構造では、使用する光はエッチングストップ層のみを通過し、Ｓｉ内を通過しない。従って、エッチングストップ層に透明材料を用いることにより、使用光波長の制限をなくすことができる。この点から、エッチングストップ層としては、ＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４を用いることが好適である。さらに、光ファイバの材料として主に石英が用いられることにより、エッチングストップ層としては、ＳｉＯ_２を用いることが最も良いといえる。

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Ｖ溝及びストップ壁構造体を作り込んだ後に、各素子に分割される。

本発明による面型光素子上の構造体の形成方法を図１，図１１〜図２０に基づいて説明する。

図１は面型光素子の構成例を示す図である。図１の例では、面型光素子は、面型発光素子（面発光レーザ）として構成されている。すなわち、図１の例の面型光素子（面発光レーザ）は、基板（ＧａＡｓ）上に、下部反射鏡，活性層，電流狭窄層，上部反射鏡が順次に形成されている。そして、上部反射鏡の上には、光出射部を除いて上部電極が形成され、基板の裏面には、下部電極が形成されている。また、活性層，電流狭窄層，上部反射鏡の側面は、メサ加工されて、絶縁膜が形成されている。なお、上部電極には、通常、Ａｕが用いられる。

また、Ｓｉ構造体は、以下のように形成される。すなわち、まず、図１１，図１２に示したように、＜１１０＞オリフラとオリフラに直角方向に（１００）面と９．７４°傾いた表面を持ったＳｉウエハを準備する。

次いで、Ｓｉウエハと面型光素子とを貼り合せる。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（又は受光部）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。図１３は面型光素子（この例では発光素子）とＳｉウエハとを貼りつけた状態を示す図（断面図）である。また、図１４は図１３の平面図である（換言すれば、図１３は図１４のＡ−Ａ線における断面図である）。図１３，図１４を参照すると、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。

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。

次いで、所定のフォトマスクを用い、面発光素子（又は受光素子）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。

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ＳｉＯ_２を用いた場合はフッ酸液を用いてエッチングする。

図１５，図１６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１５は断面図、図１６は図１５の平面図である。

次いで、アルカリ性の液でＳｉを異方性エッチングする。図１７，図１８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１８は図１７の側面図である。図１７，図１８を参照すると、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。

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の光出射部（あるいは光入射部）とストップ壁の位置を合わせることができる。また、ストップ壁とＶ溝位置はフォトマスク精度で合わせることができる。また、ストップ壁と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。

次いで、図１９に示すように、エッチングストップ層の一部に開口を設け、面型光素子の上部電極取りだし部を設ける。

その後、各素子を切り離す。各素子の切り離しにはダイヤモンド砥石を用いるのが簡便である。なお、ストップ壁の反対側（光出射側）にもＳｉ（１１１）面に対応した壁が形成される。この壁は、不要であり、除去する必要がある。通常のエッチングで除去することも可能であるが、各素子切り離し時に同時にダイヤモンド砥石で除去するのが適している。

最後に光ファイバをＶ溝及びストップ壁に突き当て、固定することによって、完成となる。

以下に、本発明の実施例を説明する。なお、以下の説明では、面型光素子は、便宜上、発光素子であるとするが、受光素子でも同様である。

図２，図３は本発明の実施例１の光結合装置を示す図である。なお、図３は図２の側面図である。

実施例１では、面型光素子上に、Ｓｉ構造体が設けられ、Ｓｉ構造体には、Ｓｉ異方性エッチングで形成されたストップ壁と同時にＳｉ異方性エッチングで形成された光伝送体（実施例１では光ファイバ）ガイド用のＶ溝が形成されている。

ここで、光ファイバは、Ｖ溝によって位置合わせされ、ストップ壁に突き当てられて固定される。

光ファイバを固定するのには、通常の透明接着材を用いることができる。なおこの時、透明接着剤の屈折率を光ファイバのクラッド材の屈折率と略同一の屈折率とすることにより、光が通過するファイバ側面での光ロスを低減することができる。

図４，図５は本発明の実施例２の光結合装置を示す図である。なお、図５は図４の側面図である。

この実施例２が実施例１と異なるのは、ストップ壁が光出射面に対して垂直になっていることである。このためには、表面が、オリフラに直角方向に（１００）面と３５．２６°傾いたＳｉウエハを用いることが必要である。ウエハが標準品でないため、ややコスト高となる欠点があるが、ストップ壁が垂直であるため、光ファイバの先端位置合わせには、実施例１よりも優れている。

図６，図７は本発明の実施例３の光結合装置を示す図である。なお、図７は図６の側面図である。

この実施例３が実施例１と異なるのは、Ｖ溝下部に平面を有することである。これにより、面型光素子の光出射部と光ファイバとの距離を近くでき、光ファイバへ効率良く光を導入できる。

また、光はエッチングストップ層のみを通過し、Ｓｉ内を通過しない。従って、エッチングストップ層にＳｉＯ_２またはＳｉ_３Ｎ_４を用いることにより、使用光波長の範囲を広くすることができる。

図８，図９は本発明の実施例４の光結合装置を示す図である。なお、図９は図８の側面図である。

実施例４が実施例２と異なるのは、Ｖ溝下部に平面を有することである。これにより、面型光素子の光出射部と光ファイバとの距離を近くでき、光ファイバへ効率良く光を導入できる。

図１０は本発明の実施例５を示す図である。

この実施例５は、面型光素子の上部電極を、貫通穴を用いて下部より取り出した例である。

面型光素子の構成例を示す図である。本発明の実施例１の光結合装置を示す図である。本発明の実施例１の光結合装置を示す図である。本発明の実施例２の光結合装置を示す図である。本発明の実施例２の光結合装置を示す図である。本発明の実施例３の光結合装置を示す図である。本発明の実施例３の光結合装置を示す図である。本発明の実施例４の光結合装置を示す図である。本発明の実施例４の光結合装置を示す図である。本発明の実施例５の光結合装置を示す図である。本発明に用いるＳｉウエハを示す図である。本発明に用いるＳｉウエハを示す図である。面型光素子（この例では発光素子）とＳｉウエハとを貼りつけた状態を示す図（断面図）である。面型光素子（この例では発光素子）とＳｉウエハとを貼りつけた状態を示す図（断面図）である。耐異方性エッチング膜パターンを形成した状態を示す図である。耐異方性エッチング膜パターンを形成した状態を示す図である。異方性エッチング終了時の状態を示す図である。異方性エッチング終了時の状態を示す図である。エッチングストップ層の一部に開口を設け、面型光素子の上部電極取りだし部を設ける状態を示す図である。

Claims

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、(１００）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層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハの表面に耐エッチング膜層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハと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してＶ溝とストップ壁とを形成する工程と、
前記Ｖ溝と前記ストップ壁とが形成された前記複数の面型光素子が形成されたウエハを、単独の面型光素子に分離切断する工程と、
光伝送体を前記Ｖ溝に固定する工程と
を含むことを特徴とする光結合装置の製造方法。
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３５．２６°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層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハの表面に耐エッチング膜層を形成する工程と、
前記Ｓｉウエハと前記面型光素子が形成されたウエハと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してＶ溝とストップ壁とを形成する工程と、
前記Ｖ溝と前記ストップ壁とが形成された前記複数の面型光素子が形成されたウエハを、単独の面型光素子に分離切断する工程と、
光伝送体を前記Ｖ溝に固定する工程と
を含むことを特徴とする光結合装置の製造方法。