JP6500336B2 - 光導波路型モジュール装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路型モジュール装置および製造方法に関する。

近年のＬＳＩ(Large Scale Integrated circuit)等のデバイスの高速化技術の発展にともなって電気的な通信の速度限界が問題となっている。そのため、電気的な通信の代替として光通信等の開発・研究が進められている。光導波路型モジュールは光通信の伝送路である光導波路を備えるモジュールである。光導波路型モジュールは、例えば光信号または電気信号の入力を受け付け、相互に変換して出力を行う機能を持つ。

光導波路型モジュールにおいて、特に制限されないが、例えば２５Ｇｂｐｓ(Giga bits per second)を超えるような通信速度の高速化のためには、光素子の受発光領域の電気回路パタンに存在する静電容量を低減することが好ましい。そのためには、光素子の受発光領域を小さくすることが可能な光素子を用いる事が好ましい。この種の光素子として受発光部に接続する電気回路パタン（例えば電極パタン等）が形成された面（例えば表面）と反対側の面から光を入出力するタイプの裏面型光素子が用いられる。

また、光導波路型モジュールに用いる光導波路基板の光導波路の素材としては、主に、石英（ＳｉＯ_２）が用いられていた。近年は、光導波路基板において、シリコン（Ｓｉ）による光導波路の開発が進んでいる。シリコンは石英と比較して屈折率が高い。シリコンによる光導波路は、石英による光導波路よりも小さい曲率半径で、狭い領域内に、光回路を構築することができる。このため、光導波路基板の小型化および低コスト化が可能となる。

しかしながら、シリコンは石英に比べて屈折率が高い事から以下のような問題もある。すなわち、シリコンによる光導波路の端部から外部に放射する光の放射角度が石英による光導波路の場合と比べ２倍程度にまで拡大してしまう。光導波路基板端面におけるシリコンによる光導波路のＮＡ(Numerical Aperture：開口数）は０．６２といった高い数値である。対空気の場合において放射角は、例えば全角（ピーク強度が１／２となる広がりの幅：半値全角）で約７７度となる。

例えば特許文献１には、光導波路が形成された光導波路基板と裏面型光素子とを有する光導波路型モジュールが開示されている（特許文献１の例えば図１とその関連説明参照）。光導波路基板の一端部には、光導波路に交差する方向の面であり光導波路のコアの端部が露出しているフィルタ接合面と、フィルタ接合面に対して平行な面でありフィルタ接合面よりも外側に出っ張った位置に、配線パタンが形成されている配線基板が設けられている。フィルタ接合面にはフィルタが接合されている。配線基板に裏面型受光素子が、その受光領域が形成されている面と反対側の面が光導波路のコアの端部と対向するように位置決めされて固定されている。

特開２００８−１７０８６８号公報

以下に関連技術の分析を与える。

特許文献１に開示されている光導波路型モジュールに対して、例えば、シリコンの光導波路を採用した場合（参考例：プロトタイプ）について検討する。

空気との屈折率との差が大きいことから、シリコンの光導波路のコア端部から放射された光は、フィルタを通って、裏面型光素子の内部を透過する。裏面型光素子の内部を透過した光が、裏面型光素子内部の表面側に配設された受発光領域（受光部／発光部が作りこまれた領域）に到達する際に、大きな放射角度で拡散する。大きな放射角度で拡散した光は、裏面型光素子の外部に漏れ広がる。このため、裏面型光素子との光結合効率が低下する。光素子の感度特性が十分に得られないことになる。

本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであって、その目的は、例えば裏面型光素子の光結合効率の低下の抑止・改善を図り、さらに、小型化や低コスト化を実現可能とした高速用の光導波路型モジュールおよびその製造方法を提供することにある。

本発明の１つの側面によれば、光導波路を含む第１の基板と、表面側に電極が形成され裏面側から光信号の受発光を行う光素子と、前記光素子を搭載し前記光素子の表面側の前記電極と電気的に接続する接続部を備えた第２の基板とを含み、前記光導波路の端部は、前記第１の基板の一側面で露出し、前記光素子は、前記光素子の前記裏面が前記第１の基板の前記一側面に対向し、前記光導波路の前記端部に対して、前記光素子の表面側に配設された受発光部が光学的に結合するように配置され、前記光素子は、前記裏面と前記表面との間の厚さ寸法が所定の値に設定されてなる光導波路型モジュールが提供される。

本発明の他の側面によれば、表面側に電極が形成され裏面側から光信号の受発光を行う光素子の集合体の表面側を、前記光素子の表面側の前記電極と電気的に接続する接続部を備えた第２の基板に接合し、
前記光素子集合体を裏面側から研磨して前記裏面と前記表面との間の厚さ寸法を所定の値とし、
前記第２の基板と前記光素子の集合体の構造体を、単位構造体に、切断・分割し、
光導波路の端部が一側面で露出した第１の基板の前記一側面に対向し、前記光導波路の前記端部に対して、前記単位構造の前記光素子の表面側に配設された受発光部が光学的に結合するように、前記光素子の配置を調整する光導波路型モジュールの製造方法が提供される。

本発明によれば、上述した課題を解決し、例えば裏面型光素子の光結合効率の低下の抑止・改善を図り、さらに小型化や低コスト化を実現可能としている。

本発明の実施形態１を説明する図である。 本発明の実施形態２を説明する図である。 本発明の実施形態３を説明する図である。 本発明の実施形態４を説明する図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は本発明の実施形態の製造を説明する図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は本発明の実施形態の製造を説明する図である。 本発明の実施形態の製造（調整）を説明する図である。 本発明の実施形態１、２の製造工程を説明する図である。 本発明の実施形態３の製造工程を説明する図である。 本発明の実施形態４の製造工程を説明する図である。 本発明の基本原理を説明する図である。

以下では、はじめに本発明の基本概念を説明し、つづいて本発明の例示的な実施形態について説明する。

図１１は、本発明の基本概念を説明する図である。本発明のいくつかの好ましい形態（ｍｏｄｅｓ）の１つによれば、光導波路２０７を含む第１の基板２０１と、表面側に電極２０５（電極パタン）が形成され裏面２０９の側から光信号の受発光（入射又は出射）を行う光素子２０２と、光素子２０２を搭載し前記光素子２０２の表面側の前記電極２０５（電極パタン）と電気的に接続する接続部２１０を備えた第２の基板２０４とを含む。前記光導波路２０７の端部２０６は、前記第１の基板２０１の一側面２０８で露出している。前記光素子２０２は、前記光素子２０２の裏面２０９が前記第１の基板２０１の前記一側面２０８に対向している。前記光素子２０２は、前記光導波路２０７の前記端部２０６に対して、前記光素子２０２の表面側に配設された受発光部２０３（受光部、発光部）が光学的に結合するように配置される。前記光素子２０２は、前記裏面２０９と前記表面との間の厚さ寸法（ｔ_ＰＤ）が予め定められた所定の値に設定されている。

本発明の形態（ｍｏｄｅｓ）の１つによれば、図１１において、前記光素子２０２の前記裏面と前記表面との間の前記厚さ寸法（ｔ_ＰＤ）は、例えば、前記光素子２０２の前記裏面２０９から内部を透過した光が前記光素子２０２の表面側に至る際に、前記光素子の表面側の受発光部２０３の受光部の外へ漏れることなく、前記受光部に到達するような値に設定してもよい。

すなわち、本発明の形態（ｍｏｄｅｓ）の１つによれば、図１１の前記光素子２０２の前記裏面と前記表面との間の厚さ寸法（ｔ_ＰＤ＞０）は、
ｔ_ＰＤ＜Ｄ_ＰＤ／（２×ｔａｎθ_ＰＤ）
で与えられる。
ただし、
θ_ＰＤ＝ｓｉｎ^−１（ＮＡ／ｎ_ＰＤ）
で与えられる。
ここで、
Ｄ_ＰＤは光素子の受発光部２０３の領域の直径（受発光部２０３の光軸（図１１の破線）方向に直交する方向の寸法）
ｎ_ＰＤは光素子の屈折率、
θ_ＰＤは屈折率がｎ_ＰＤであって第１の基板の端面に接続されている光素子の内部に対して光導波路から放射される光の放射角（半角（半値角））、
ＮＡは光導波路のＮＡ（Numerical Aperture）である。前記光素子の前記裏面と前記表面との間の厚さ寸法ｔ_ＰＤを、上記のように設定することで、前記光素子２０２の前記裏面２０９から内部を透過した光が前記光素子２０２の表面側に至る際に、前記光素子の表面側の受発光部２０３の受光部の外へ漏れることなく受光部に到達する。

本発明の形態（ｍｏｄｅｓ）の１つによれば、例えば、光素子内の受発光部の領域の直径をφ２０μｍとし、光導波路をシリコン（Ｓｉ）とし、ＮＡ＝０．６２とすると、前記光素子の前記裏面と前記表面との間の厚さ寸法ｔ_ＰＤは、５０μｍ未満の所定の値である。

本発明の形態（ｍｏｄｅｓ）の１つによれば、図１１の前記第２の基板２０４において、前記光素子の表面側の前記電極２０５と電気的に接続する接続部２１０は、
前記第２の基板２０４（例えば図１のインターポーザ基板４に対応）の前記光素子２０２（図１の裏面型光素子２に対応）の表面に対向する側の第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面の間のスルーホールに設けられたスルーホール電極（図１の１３参照）、又は、
前記第２の基板２０４（例えば図２、図３のインターポーザ基板４に対応）の前記第１の面と前記第２の面間の所定の面に露出した導電部材（図２、図３の電極１６）、又は、
前記第２の基板２０４（例えば図４のインターポーザ基板４に対応）の前記第１の面と前記第２の面間を貫通する貫通穴（図４の１８）内を挿入される導電部材（図４の８）
のいずれかを備えた構成としてもよい。

本発明の形態（ｍｏｄｅｓ）の１つによれば、前記光素子の表面側の前記電極（例えば図１−図４の１２）は、前記接続部２１０（例えば図１の１４、図２、図３の１６）と、前記接続部２１０に接続する導電部材（図１、図２、図３の８）を介して所定の電気回路の端子（図１、図２、図３の１５）に接続されるか、又は、前記第２の基板（図４のインターポーザ基板４）の前記接続部（図４の１８）の貫通穴（図４の１８）に設けられた導電部材（図４の８）を介して、所定の電気回路の端子（図４の１５）に接続される。

本発明によれば、裏面型光素子の光結合効率の低下を抑止し、さらに、小型化や低コスト化を実現可能としている。

本発明の一形態の製造方法によれば、裏面型光素子（例えば図１の２、図５（Ｄ）の１０２）の集合体（例えばウェハ）をインターポーザ基板（例えば図１の４、図５（Ｄ）の１０４）に実装（接合）する。接合後に、裏面型光素子の裏面側から研磨し（図６（Ａ）参照）、裏面型光素子の厚さを極めて薄い寸法（例えば、好ましくは、５０μｍ（micro meter）程度か、未満）に加工する。なお、インターポーザ基板は、搭載するベアチップ（図１では、裏面型光素子２）を機械的に支持するとともに、当該ベアチップ上の端子（電極パッド）に接続し配線パタン（例えばスルーホール、ビア等も含む）を介して、当該ベアチップの端子をインターポーザ基板（図１の４）の半田ボール等の電極（例えばプリント基板接続用あるいは他のＩＣ等の電気回路の端子接続用の電極）に電気的に接続する。

裏面型光素子の集合体（例えばウェハ）の裏面側からの研磨後に、裏面型光素子（の集合体）の裏面に光の反射を抑制する機能や特定の波長の光を選択的に透過する機能を有する光特性調整膜（図１の３、図６（Ｂ）の１０３）を形成する。

インターポーザ基板（図６（Ｂ）の１０４）と裏面型光素子（図６（Ｂ）の１０２）の集合体を接合した一体構造を、図６（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、参個々のインターポーザ基板と裏面型光素子を接合した単位構造体に、切断・分割する。図６（Ｃ）は、個々の単位構造体に切断・分割された状態を上からみた上面図である。図６（Ｄ）は、図６（Ｃ）の側面からみた状態を模式的に示した図である。

切断・分割した単位構造体に関して、裏面型光素子の裏面を、光導波路（例えば図１の７）の端部が露出する光導波路基板（図１の１）の一側面に対向して、光導波路（例えば図１の７）の端部に対して、裏面型光素子の表面側に配設された受発光部が光学的に結合するように、その位置に調整した上で固定する。その際、前記単位構造体における前記光素子の前記電極パタンの位置を前記第２の基板を透かして観察した画像を認識することにより計測し、前記光導波路の端部および前記光素子の電極パタンのぞれぞれの位置情報に基づいて前記光素子を前記光導波路に対する配置を調整した上で、固定するようにしてもよい。

例えばシリコンによる光導波路（図１の７）の場合、光導波路（図１の７）の端部から放射される光が、光特性調整膜（図１の３）及び裏面型光素子（図１の２）の内部を透過して裏面型光素子（図１の２）の表面側に至る際に、光が拡がっても、裏面型光素子（図１の２）の厚さ寸法が薄く、表面と裏面間の距離が短いことから、裏面型光素子（図１の２）の表面側に形成されている微小な受光領域（例えば直径φ２０μｍ程度）の外部に光が漏れないようにして、裏面型光素子（図１の２）内において受光領域に光を到達させることができる。

その結果、本発明によれば、光導波路型モジュールにおいて、光を集光するためのレンズ等の光学部品を不要としている。

また、本発明によれば、裏面型光素子に関わる機能ユニットの複数個を一括して組み立てる製造方法が提供される。これにより、光導波路型モジュールの製造コストをより低減可能としている。以下、いくつかの具体的な実施形態について図面を参照して説明する。

＜実施形態１＞
図１を参照して本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施形態の光導波路型モジュールを説明する図である。図１には、光導波路の中心を通る面で切断した断面を模式的に例示されている。

図１を参照すると、本実施形態の光導波路型モジュールは、光導波路基板１と、裏面型光素子２、光特性調整膜３、インターポーザ基板４、接合材５、信号増幅用ＩＣ（Integrated Circuit）６、導電線８、ベース（基板）９、接着材１１を備えている。光導波路基板１には、光導波路７が形成されている。

裏面型光素子２は、光導波路基板１の端面に接合材５で固定されている。

光特性調整膜３は、裏面型光素子２の光導波路基板１に接合される側の面上に薄く形成されている。

インターポーザ基板４は、裏面型光素子２の光特性調整膜３が形成されている面と反対側の面に形成されている裏面型光素子２の表面側の電極パタンに対し、表面側の電極パタンを接続している。図１では、裏面型光素子２の電極（電極端子パッド）１２は、インターポーザ基板４の表面と裏面間に設けられたスルーホール内に形成された貫通電極（スルーホール電極）１３を介して、表面側の電極（電極端子パッド）１４に接続されている。なお、図１では、説明の簡単のため、裏面型光素子２の電極（電極端子パッド）１２は１つのみが示されているが、電極の数は１つに制限されるものでなく、任意であることは勿論である（図１乃至図４等も同様である）。

信号増幅用ＩＣ６は、インターポーザ基板４の表面側の電極１４（スルーホール電極１３を介して裏面型光素子２の電極１２（電極パタン）に接続される）と導電線８を介して電気的に接続されている端子（電極）１５を有する。信号増幅用ＩＣ６は、例えば裏面型光素子２の受光部で検出された検出信号（電気信号）を端子（電極）１５から入力して増幅する。なお、裏面型光素子２の電源とＧＮＤ（Ground）の各電極はインターポーザ基板４を介して、信号増幅用ＩＣ６の電源端子とＧＮＤ端子と共通の電源パタン、ＧＮＤパタンにそれぞれ接続するようにしてもよい。

ベース９は、光導波路基板１および信号増幅用ＩＣ６を固定する。

光導波路基板１において、例えばシリコン（Ｓｉ）による基材の表面に半導体プロセスにより光導波路７が形成されている。

光導波路７の素材は、例えばシリコン（Ｓｉ）を主材としたシリコン（Ｓｉ）光導波路であってよい。シリコン（Ｓｉ）光導波路は、光通信で使用される赤外波長のレーザ光を透過できる。あるいは、光導波路７の素材として石英（ＳｉＯ_２）や有機素材であってもよい。

裏面型光素子２は、ＩｎＰやＧａＡｓなどの化合物半導体による光半導体素子であってよい。裏面型光素子２の表面側には、受光／発光を行う受発光部（不図示）が作成されている。光信号は受発光部が作り込んである表面側とは反対側の裏面側から入出力（入射／出射）される。裏面型光素子２の内部を透過した光は、裏面型光素子２内の表面側に設けられた受発光部（受光部）に至る。

光特性調整膜３は、裏面型光素子２の裏面に形成されている。光特性調整膜３は、例えば光の反射を抑制する機能や特定の波長の光を選択的に透過する機能を有する誘電体膜などであってよい。

裏面型光素子２は、光導波路基板１の端面に対して接合材５を介して固定されている。裏面型光素子２の光導波路基板１の端面に対する固定位置は、光導波路基板１の端面に露出する光導波路７の端部から出入りする光信号が、裏面型光素子２の内部を通過して表面側の受発光を行う機能部と光学的に結合する位置となっている。

接合材５は、例えば紫外線や加熱により硬化するエポキシ樹脂による接着剤などであってよい。

裏面型光素子２の表面側の電極１２のパタンとインターポーザ基板４の表面側の電極１４のパタンとは構造的又は電気的に接続されている。電気的な接続を担う物質は、例えばインターポーザ基板４の表面側の電極パタン上に蒸着等により、例えば１μｍ〜２μｍの厚さの薄膜状に形成された金スズ（ＡｕＳｎ）はんだなどであってよい。

インターポーザ基板４の基材は、例えば近赤外光を透過するシリコンや可視光から近赤外光の光を透過する透明なガラスなどであってよい。

またインターポーザ基板４の裏面側の電極パタンと信号増幅用ＩＣ６の端子（電極）１５とを電気的に接続するための導電線８は、例えば一般的にワイヤボンディングで用いられる金からなるワイヤや金からなるリボンなどの線材であってよい。なお、図１では、単に、説明の容易化のため、導電線８は１本が示されているが、信号増幅用ＩＣ６とインターポーザ基板４間の配線の本数は１本に制限されるものでないことは勿論である（図１乃至図４等も同様である）。

光導波路基板１および信号増幅用ＩＣ６はベース９の上面に、例えば銀ペーストといった導電性の接着剤（接合材）１１などで固定されている。

本実施形態によれば、光導波路７の端部から放射される光が、光特性調整膜３及び裏面型光素子２の内部を透過し、効率よく、裏面型光素子２の表面側の受光機能の領域に到達させることができる。すなわち、裏面型光素子２の表面側に光が到達する際に、光が拡がっても、裏面型光素子２の表面側の受光機能の外部に光が漏れないようにすることができる。これは、裏面型光素子２の厚さを薄くしているためである。本実施形態によれば、光導波路型モジュールにおいて、光を集光するためのレンズ等の光学部品を不要としている。

＜実施形態２＞
次に、図２を参照して本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図２は、本発明の第２の実施形態の光導波路型モジュールを説明する図である。図２には、光導波路の中心を通る面で切断した断面が模式的に例示されている。本実施形態の光導波路基板１、裏面型光素子２、光特性調整膜３、接合材５、信号増幅用ＩＣ６および光導波路７に関しては、前記第１の実施形態と同様である。このため、以下では、前記第１の実施形態と同一部分の説明は重複を回避するため適宜省略し、主に、相違点について説明する。

本発明の第２の実施形態では、裏面型光素子２が接続されているインターポーザ基板４の表面側の電極パタンと連通しているビア、または表面と裏面を貫通するスルーホールに設けられた電極の断面がインターポーザ基板４の上面側に露出する構成とされている。インターポーザ基板４の上面に露出する電極の一部１６が導電線８を介して信号増幅用ＩＣ６の端子１５と電気的に接続される。

導電線８の素材は、前記第１の実施形態と同様に、例えば一般的にワイヤボンディングで用いられる金からなるワイヤや金からなるリボンなどの線材であってよい。

また、ベース９の上面には、インターポーザ基板４の上面と信号増幅用ＩＣ６の上面とが同じ高さとなるように、信号増幅用ＩＣ６の高さ方向の位置を設定するための段差１７が設けられている。

光導波路基板１と信号増幅用ＩＣ６に加え、裏面型光素子２、光特性調整膜３およびインターポーザ基板４の各部品とベース９の上面との間の空間にも、例えば銀ペーストといった導電性の接着剤１１などの固定用の材料が充填されている。これにより、各部品が固定されている。

本実施形態によれば、前記第１の実施形態の作用効果に加え、導電線８は同一高さの電極を接続すればよいことから、導電線８の接続工程等を容易化している。

＜実施形態３＞
次に、図３を参照して本発明の第３の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図３は、本発明の第３の実施形態の光導波路型モジュールを説明するための図である。図３には、光導波路の中心を通る面で切断した断面が模式的に例示されている。本実施形態において、裏面型光素子２、光特性調整膜３、接合材５および光導波路７に関しては、前記第１の実施形態と同様である。このため、以下では、前記第１の実施形態と同一部分の説明は重複を回避するため適宜省略し、主に、相違点について説明する。

第３の実施形態では、前記第１、第２の実施形態における光導波路基板１と信号増幅用ＩＣ６と同等の信号増幅機能をあわせ持った光導波路基板であるＩＣ機能付き光導波路基板１０を備えている。信号増幅用ＩＣ６と同等の信号増幅機能は、例えば光導波路基板１を構成するシリコン（Ｓｉ）に実装してもよいし、あるいはＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造（例えば石英基板上のＳＯＩ層等）としてもよい。

ＩＣ機能付き光導波路基板１０の上面に、ＩＣ機能付き光導波路基板１０の信号増幅機能に関わる端子（電極パッド）１５が設けられている。

裏面型光素子２が接続されているインターポーザ基板４の上面側には、インターポーザ基板４の表面側の電極パタンと連通している電極ビアが露出している。インターポーザ基板４の上面側において電極ビアの露出面の一部（電極）１６が導電線８を介して電極パッド１５と電気的に接続される。

図３において、インターポーザ基板４の上面の電極ビアは、図１の表面と裏面間のスルーホール電極１３とは異なり、導電性を有する部分がインターポーザ基板４の表面側から裏面側に至る構造でなくてもよい。導電線８の素材は、前記第１の実施形態と同様に、例えば一般的にワイヤボンディングで用いられる金からなるワイヤや金からなるリボンなどの線材であってよい。

ベース９の上面には、裏面型光素子２、光特性調整膜３およびインターポーザ基板４の各部品の直下に相当する位置に段差が設けられている。

ベース９に固定配置されるＩＣ機能付き光導波路基板１０、裏面型光素子２、光特性調整膜３およびインターポーザ基板４の各々とベース９の上面との間の空間にも、例えば銀ペーストといった導電性接着剤などの固定用の材料が充填されている。

本実施形態によれば、前記第１、第２の実施形態と比較し、信号増幅用ＩＣ６のベース９への実装工程が不用とされ、製造をより簡易化している。

＜実施形態４＞
次に、図４を参照して本発明の第４の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図４は、本発明の第４の実施形態の光導波路型モジュールを説明する図である。図４には、光導波路の中心を通る面で切断した断面が模式的に例示されている。

第４の実施形態の光導波路基板１、裏面型光素子２、光特性調整膜３、接合材５、信号増幅用ＩＣ６、光導波路７およびベース９に関しては、前記第１の実施形態と同様である。このため、以下では、前記第１の実施形態と同一部分の説明は重複を回避するため適宜省略し、主に、相違点について説明する。

第４の実施形態では、インターポーザ基板４に表面側と裏面側を連通する貫通穴１８が形成されている。また、インターポーザ基板４の貫通穴１８以外の部分に、裏面型光素子２の実装用の電極パタンが形成されている。

第４の実施形態によれば、前記第１乃至第３の実施形態等と相違して、インターポーザ基板４の実装用の電極パタンと、裏面型光素子２の実装用の電極パタンとが構造的に接続された場合に、裏面型光素子２の光信号の送受信を行う電気的回路の電極パタンに対して、インターポーザ基板４の裏面側から貫通穴１８を通して直接接触することが可能とされている。

インターポーザ基板４の貫通穴１８を通じて裏面型光素子２の光信号の送受信を行う電気的回路の電極１２が導電線８を介して信号増幅用ＩＣ６の端子（電極）１５と電気的に接続されている。導電線８の素材は第１の実施形態と同様に、例えば一般的にワイヤボンディングで用いられる金からなるワイヤや金からなるリボンなどの線材であってよい。

＜製造方法＞
次に、図５乃至図７、及び、図８乃至図１０を参照して、前記した各実施形態の光導波路型モジュールについてその製造方法を説明する。

複数の裏面型光素子が集合的に形成された、例えば化合物半導体ウェハといった裏面型光素子の集合体であるウェハ１０２を用意する。図５（Ａ）は、ウェハ１０２の上面を模式的に例示した図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）のウェハ１０２の側面を模式的に例示した図である。

複数の裏面型光素子２の集合体の実装位置に相当する位置に、表面側の電極パタンが集合的に形成されたインターポーザ基板１０４の集合体を用意する。図５（Ｃ）は、インターポーザ基板１０４の表面を上からみた構成を模式的に示す図である。図５（Ｃ）の破線は、インターポーザ基板１０４の裏面に接合された図５（Ａ）のウェハ１０２を表している。図５（Ｄ）は、図５（Ｃ）を側面からみた状態を模式的に示す図である。なお、図５（Ｃ）のインターポーザ基板１０４の貫通電極（スルーホール電極）部は例えば図１の貫通電極（スルーホール電極）１３に対応する。図５（Ｃ）のインターポーザ基板１０４の光素子機能部位置は、裏面型光素子２の受発光部（図１１の２０３）の位置に対応している。

裏面型光素子の集合体のウェハ１０２の表面（受光素子、発光素子を含む受発光機能部が作り込んである）をインターポーザ基板１０４の集合体の裏面側の電極パタンに対して接合する（図５（Ｄ）参照）。接合材料としては、例えばインターポーザ基板１０４の表面側の電極パタン上に蒸着などの工法によって、例えば１μｍ〜２μｍの厚さの薄膜状に形成した金スズ（ＡｕＳｎ）はんだといった高い融点を有する材料が好ましい。すなわち、金スズはんだ等、後工程の組立時の加熱で再溶融する事により電気的な接続が外れたり固定位置がずれたりする事がない実装材料が好適である。

裏面型光素子２とインターポーザ基板１０４の互いの集合体の対応する電極パタン同士の位置を合わせるように密着させた上で、金スズはんだの融点（２８０℃）以上の温度となるように全体を加熱する。金スズはんだの溶融後に冷却・固化することで、裏面型光素子２およびインターポーザ基板１０４の集合体同士を構造的および電気的に接続する。

次に、ウェハ１０２（裏面型光素子の集合体）のインターポーザ基板１０４との接続面と反対側の裏面から、ウェハ１０２（裏面型光素子の集合体）を研磨し、厚さ寸法が、例えば５０μｍ程度に加工する（図６（Ａ））。加工の方法は、一般的に用いられている半導体ウェハの研磨に用いられる方法であってよい。また、ウェハ１０２の厚さ、したがって、図１乃至図４の裏面型光素子２の厚さ寸法をｔ_ＰＤ（＞０）とすると、ｔ_ＰＤは式（１）、（２）により導出される数値とすればよい。

（１）

（２）

ここで、
Ｄ_ＰＤは裏面型光素子２の受発光を行う機能部（受発光部）の領域の直径（光軸を中心とし該光軸に直交する直径）、
ｎ_ＰＤは裏面型光素子２の屈折率、
θ_ＰＤは屈折率ｎ_ＰＤであって光導波路基板１の端面に密着して接続されている裏面型光素子２の内部に対してＳｉ光導波路７から放射される光の放射角（半角）、
０．６２は前述のシリコン（Ｓｉ）光導波路のＮＡ（Numerical Aperture）である（NA(0.62)=n_PDsin(θ_PD)）。

例えばＧａＡｓ等の化合物半導体を基材とし、裏面型光素子２において、受発光部の領域の直径Ｄ_ＰＤがφ２０μｍ、
屈折率ｎ_ＰＤが３．２である場合、
裏面型光素子２の厚さ寸法ｔ_ＰＤは式（１）および式（２）により、
ｔ_ＰＤ＜５０．６μｍ
（３）
と導出される。

なお、上記ＧａＡｓ等の化合物半導体を基材とした裏面型光素子２は、例えば２５Ｇｂｐｓ以上の高速信号に対応するために、受発光部を極めて小さい領域に構成し、その直径Ｄ_ＰＤをφ２０μｍとしている。逆に、上式（１）、（２）から、受発光部の領域の直径Ｄ_ＰＤがφ２０μｍをわずかに超える場合には、ｔ_ＰＤは５０μｍ程度であってもよい。

ウェハ１０２（裏面型光素子の集合体）の裏面の研磨において、研磨の加工精度を考慮し、裏面型光素子２の厚さ寸法ｔ_ＰＤを、例えば５０μｍ未満と設定する（図６（Ａ）参照）。 この製造方法が適用される裏面型光素子の表面側の受発光部の直径は、上述したようにφ２０μｍとし、後のモジュールの組み立て工程において、シリコン光導波路に対向して配置が調整される（光軸のずれ等の調整が行われる）ものとする。

これにより、裏面型光素子の受発光部の領域の外部に光が漏れない様に光を到達させることが可能となる。

また２５Ｇｂｐｓを超える高速対応の裏面型光素子であって、受発光を行う機能部の領域の直径Ｄ_ＰＤがφ２０μｍよりも小さい寸法の場合でも、裏面型光素子２の厚さ寸法が式（１）および式（２）により導出されるｔ_ＰＤの数値未満となる様に、ウェハ１０２（裏面型光素子の集合体）を研磨加工すればよい。

次に、ウェハ１０２（裏面型光素子の集合体）のインターポーザ基板４との接続面と反対側の面（裏面）に、光特性調整膜１０３を形成する（図６（Ｂ）参照）。この形成の方法は、一般的に用いられている誘電体材料を真空蒸着するといった成膜方法であってよい（図６（Ｂ）参照）。

次に、ウェハ（裏面型光素子の集合体）１０２、光特性調整膜１０３およびインターポーザ基板１０４が接続された集合体を、光導波路型モジュールの１単位数の構成に必要な個片状に切断し分割する。図６（Ｃ）は、光導波路型モジュールの１単位に切断し分割した状態を上面から模式的に示した図である。図６（Ｄ）は、図６（Ｃ）の側面図である。切断の方法は、一般的に用いられている半導体のダイシングといった切断加工の方法であってよい。

切断・分割の際に、前記第２の実施形態においては、前述したように、インターポーザ基板４の表面側と裏面側の電極パタンと連通している貫通電極またはスルーホール電極の断面がインターポーザ基板４の上面に露出している。また前記第３の実施形態においては、前述したように、インターポーザ基板４の表面側の電極パタンと連通している電極ビアの断面がインターポーザ基板４の上面に露出する。

次に、インターポーザ基板４に実装された裏面型光素子２の裏面側を、第１、第２および第４の実施形態においては、光導波路基板１の端面に対して、第３の実施形態においては、ＩＣ機能付き光導波路基板１０の端面に対して接合材５を介して固定する。その際に、基板端面に露出する光導波路７の端部と、裏面型光素子２の受発光を行う機能部とが光学的に結合する位置となるように固定位置を計測し、微調整する必要がある。

図７は、固定位置の計測を説明する図である。固定位置の計測方法は、例えば光導波路７の端部から基板端面に対する垂線を仮想的に設定し、その垂線を光軸とする対物レンズ２１、鏡筒２２および認識用カメラ２３を設ける。そして、インターポーザ基板４の基材を透かして、光導波路７の端部および裏面型光素子２の受発光部（図１１の２０３）を画像認識することで、各々の位置を計測する方法であってよい。

また固定位置を微調整する場合、例えばインターポーザ基板４を精密な位置に駆動できる微動ステージ機構（不図示）上に把持し、計測された位置データに基づいて、裏面型光素子２が密着している基板端面の面内方向において、光導波路７の端部と裏面型光素子２の受発光部（図１１の２０３）を相対的に最適位置に微調整するようにしてもよい。

インターポーザ基板４の基材がシリコンである場合、近赤外光に対応できる仕様の対物レンズ２１、鏡筒２２、および認識用カメラ２３であればよい。

また、インターポーザ基板４の基材がガラスである場合には、近赤外光に対応できる仕様でも構わないが、可視光に対応できる仕様の対物レンズ２１、鏡筒２２、および認識用カメラ２３であってもよい。

＜実施形態１−４の製造工程一覧＞
図８は、前記第１、第２の実施形態の製造工程の一覧を流れ図にて例示した図である。図９は、前記第３の実施形態の製造工程の一覧を流れ図にて例示した図である。図１０は、前記第４の実施形態の製造工程の一覧を流れ図にて例示した図である。

図８、図９、図１０において、裏面側光素子２とインターポーザ基板４の接合、光特性調整膜３の成膜は、図５（Ｄ）乃至図６（Ｂ）に対応する。

また、図８、図９、図１０において、切断・分割は、図６（Ｄ）の切断・分割の工程に対応する。

次に、接合材５を硬化させて光導波路基板１（図１、図２、図４）、もしくはＩＣ機能付き光導波路基板１０（図３）と裏面型光素子２とを固定する。例えば、接合材５が加熱により硬化するタイプの接着剤である場合には、ヒータ等のツールにより加熱を行うようにしてもよい。あるいは、光線により硬化するタイプの接着剤である場合には、所定の光線を接合材５に向けて照射を行ったりしてもよい（図８、図９、図１０の（接合材５）の接合材料：UV(Ultra Violet)エポキシ接着剤、加熱硬化エポキシ接着剤参照）。

次に、前記第１、第２、第４の実施形態においては、ベース９に信号増幅用ＩＣ６をその回路形成面が上方向になるように実装する。接合材料は、例えば銀ペーストといった熱により硬化する導電性接着剤などであってよい（図８、図１０）。

前記第３の実施形態においては、信号増幅用ＩＣ６の機能が光導波路基板１の中に組み込まれているため、本工程は不要である（図９には、図８、図１０におけるベース９への信号増幅用ＩＣ６の接合工程はない）。

次に、ベース９に対して光導波路基板１を実装する（図８、図９の図１０における光導波路基板１のベースへの接合：接合材料：銀ペースト等）。

前記第１、第２の実施形態においては、インターポーザ基板４の裏面の電極パタン、もしくは上面の貫通電極またはスルーホール電極の断面の一部が信号増幅用ＩＣ６の所定の電極と導電線８を介して電気的に接続できるように位置調整した上で固定を行う。

前記第４の実施形態においては、インターポーザ基板４の裏面側から貫通穴を通して視認できる裏面型光素子２の光信号の送受信を行う電気的回路の電極パタンが信号増幅用ＩＣ６の所定の電極と導電線８を介して電気的に接続できるように位置調整した上で固定を行う。

また前記第２の実施形態においては、インターポーザ基板４の上面の貫通電極またはスルーホール電極の断面の一部に導電線８を接続する際にインターポーザ基板４に加わる下方向の加圧力を支えることができるように、光導波路基板１だけでなく裏面型光素子２、光特性調整膜３およびインターポーザ基板４とベース９の上面との間の空間に接合材（接着剤１１）を充填する。

また前記第３の実施形態においては、インターポーザ基板４の上面の電極ビアの断面の一部に導電線８を接続する際にインターポーザ基板４に加わる下方向の加圧力を支えることができるように、ＩＣ機能付き光導波路基板１０、裏面型光素子２、光特性調整膜３およびインターポーザ基板４の各部品とベース９の上面との間の空間に本工程の実装材料を充填する。実装材料は、例えば銀ペーストといった、熱により硬化する導電性接着剤などであってもよい。

次に、前記第１および第２の実施形態においては、インターポーザ基板４の裏面の電極パタンもしくは上面の貫通電極またはスルーホール電極の断面の一部と信号増幅用ＩＣ６の電極パタンとを導電線８により電気的に接続する（図８の金ワイヤ／金ボンディング等）。

前記第３の実施形態においては、インターポーザ基板４の上面の電極ビアの断面の一部とＩＣ機能付き光導波路基板１０の上面に形成されたＩＣ電極パッド１２とを導電線８により電気的に接続する（図９の金ワイヤ／金ボンディング等）。

また前記第４の実施形態においては、インターポーザ基板４の裏面側から貫通穴を通して裏面型光素子２の光信号の送受信を行う電気的回路の電極パタンと信号増幅用ＩＣ６の電極パタンとを導電線８により電気的に接続する（図１０の金ワイヤ／金ボンディング等）。

以上により、前記各実施形態の光導波路型モジュール製品が製造される。

前記実施形態の代表的な作用効果の一例を以下に説明する。

シリコンによる光導波路の端部から広角に放射する光を、裏面型光素子の厚さを極めて薄い寸法に加工する事で、裏面型光素子の表面側に形成された、小さい受発光を行う機能領域に対して、拡散による外部への漏れなく、光を効率よく到達させることができる。

このため、シリコンによる光導波路を形成した光導波路基板と高速特性に優る裏面型光素子を適用した光導波路型モジュールを製造することができる。

また、広角に放射する光を集光するための光学部品が不要としている。このため、光導波路型モジュールの部品コストを低減することができる。

さらに、広角に放射する光を集光するための光学部品の位置調整および固定を行う工程を不要としている。また裏面型光素子に関わる機能ユニットを複数の集合体のままで一括して組み立てることができる。このため、光導波路型モジュールの製造コストを低減することができる。

なお、上記の特許文献の開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施例の各要素、各数値、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ乃至選択が可能である。また開示した数値以外の数値、選択、組み合わせを含む。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

１ 光導波路基板
２ 裏面型光素子
３ 光特性調整膜
４ インターポーザ基板
５ 接合材
６ 信号増幅用ＩＣ
７ 光導波路
８ 導電線
９ ベース
１０ ＩＣ機能付き光導波路基板
１１ 接着材（接合材）
１２ 電極（端子）
１３ スルーホール電極
１４、１５、１６ 電極（端子）
１７ 段差
１８ 貫通穴
２１ 対物レンズ
２２ 鏡筒
２３ 認識用カメラ
１０２ ウェハ（裏面型光素子の集合体）
１０３ 光特性調整膜
１０４ インターポーザ基板（集合体）
２０１ 第１の基板（光導波路基板）
２０２ 光素子
２０３ 受発光部
２０４ 第２の基板（インターポーザ基）
２０５ 電極
２０６ 光導波路端部（端部）
２０７ 光導波路
２０８ 一側面（光導波路の一側面）
２０９ 裏面（光素子の裏面）
２１０ 接続部

Claims (10)

1. 一面に光導波路が形成された光導波路基板からなる第１の基板と、
   表面側に電極が形成され裏面側から光信号の受発光を行う光素子と、
   前記光素子を搭載し前記光素子の表面側の前記電極と電気的に接続する接続部を備えた第２の基板と、
   を含み、
   前記光導波路の端部は、前記第１の基板の一側面で露出し、
   前記光素子の前記裏面側は、前記裏面側に形成された光特性調整膜を介して前記第１の基板の前記一側面に当接して接合材で固定され、前記光導波路の前記端部に対して、前記光素子の表面側に配設された受発光部が光学的に結合しており、
   前記光素子は、前記裏面と前記表面との間の厚さ寸法が、前記光素子の前記裏面から内部を透過した光が、前記光素子の表面側に至る際に、前記受発光部の受光部の外へ漏れることなく、前記受光部に到達する値に設定されてなる、ことを特徴とする光導波路型モジュール。
2. 前記光素子の前記裏面と前記表面との間の厚さ寸法（ｔ_ＰＤ）は、
   ｔ_ＰＤ＜Ｄ_ＰＤ／（２×ｔａｎθ_ＰＤ）
   ただし、
   θ_ＰＤ＝ｓｉｎ^−１（ＮＡ／ｎ_ＰＤ）
   ここで、
   Ｄ_ＰＤは前記光素子の前記受発光部の領域の直径（光軸方向に直交する方向の寸法）、
   ｎ_ＰＤは前記光素子の屈折率、
   θ_ＰＤは屈折率がｎ_ＰＤであって前記第１の基板の端面に接続されている前記光素子の内部に対して前記光導波路から放射される光の放射角（半角（半値角））、
   ＮＡは前記光導波路のＮＡ（Numerical Aperture）である、こと特徴とする請求項１記載の光導波路型モジュール。
3. 前記光素子の前記裏面と前記表面との間の厚さ寸法は、０よりも大であり、５０μｍ未満の所定の値である、ことを特徴とする請求項１又は２記載の光導波路型モジュール。
4. 前記第２の基板において、
   前記光素子の表面側の前記電極と電気的に接続する接続部が、
   前記第２の基板の前記光素子の表面に対向する側の第１の面と、前記第１の面と反対側の第２面の間のスルーホールに設けられたスルーホール電極、
   前記第２の基板の前記第１の面と前記第２面間の所定の面に露出した導電部材、
   前記第２の基板の前記第１の面と前記第２面間を貫通する貫通穴内を挿入される導電部材
   のうちの少なくともいずれかを備え、
   前記光素子の表面側の前記電極は、前記接続部と前記接続部に接続する導電部材を介して、又は、前記第２の基板の前記接続部の導電部材を介して、所定の電気回路の端子に接続される、ことを特徴とする請求項１又は２記載の光導波路型モジュール。
5. 前記第２の基板において、
   前記第２の基板の前記第１の面と前記第２面間の所定の面に露出した導電部材は、前記第１の面側で開口したビア、又は前記第１の面と前記第２の面間のスルーホール電極の一部が、前記第１の面と前記第２面間の所定の面に露出したものである、ことを特徴とする請求項４記載の光導波路型モジュール。
6. 前記第１の基板に、前記所定の電気回路が形成されている、ことを特徴とする請求項４記載の光導波路型モジュール。
7. 前記第２の基板は、シリコン又はガラスである、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光導波路型モジュール。
8. 表面側に電極が形成され裏面側から光信号の受発光を行う光素子の集合体の表面側を、前記光素子の表面側の前記電極と電気的に接続する接続部を備えた第２の基板に接合し、
   前記光素子の集合体を裏面側から研磨して前記裏面と前記表面との間の厚さ寸法を所定の値とした上で前記光素子の集合体を裏面側に光特性調整膜を形成し、
   前記第２の基板と前記光素子の集合体を一体に接合した構造体を、個々の前記第２の基板と前記光素子の単位構造体に、切断・分割し、
   一面に光導波路が形成された光導波路基板からなり前記光導波路の端部が一側面で露出した第１の基板の前記一側面に、前記光素子の前記裏面側が前記光特性調整膜を介して当接し接合材で固定され、前記光導波路の前記端部に対して、前記単位構造体の前記光素子の表面側に配設された受発光部が光学的に結合するように、前記光素子の配置を調整し、
   前記光素子は、前記裏面と前記表面との間の厚さ寸法が、前記光素子の前記裏面から内部を透過した光が、前記光素子の表面側に至る際に、前記受発光部の受光部の外へ漏れることなく、前記受光部に到達する値に設定してなる、ことを特徴とする光導波路型モジュールの製造方法。
9. 前記単位構造体における前記光素子の電極パターンの位置を前記第２の基板を透かして観察した画像を認識することにより計測し、
   前記光導波路の端部および前記光素子の前記電極パターンのぞれぞれの位置情報に基づいて前記光素子を前記光導波路に対する配置を調整した上で固定する、ことを特徴とする請求項８記載の光導波路型モジュールの製造方法。
10. 前記光素子の前記裏面と前記表面との間の厚さ寸法（ｔ_ＰＤ）は、
    ｔ_ＰＤ＜Ｄ_ＰＤ／（２×ｔａｎθ_ＰＤ）
    ただし、
    θ_ＰＤ＝ｓｉｎ^−１（ＮＡ／ｎ_ＰＤ）
    ここで、
    Ｄ_ＰＤは前記光素子の前記受発光部の領域の直径（光軸方向に直交する方向の寸法）、
    ｎ_ＰＤは前記光素子の屈折率、
    θ_ＰＤは屈折率がｎ_ＰＤであって前記第１の基板の端面に接続されている前記光素子の内部に対して前記光導波路から放射される光の放射角（半角（半値角））、
    ＮＡは前記光導波路のＮＡ（Numerical Aperture）である、ことを特徴とする請求項８又は９記載の光導波路型モジュールの製造方法。

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