JPH04102810A - 小形発光モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 小形発光モジュールの製造方法に関し、同一基板上に形
成された光導波路に発光素子。

たとえば、半導体レーザチンプを効率よく結合させて搭
載接合することを目的とし、 基板上に形成された光導波路に発光素子を位置合わせし
て前記基板上に接合する小形発光モジュールの製造方法
において、前記基板上に位置合わせマーカを有する下部
電極を設け、前記位置合わせマーカを基準として光導波
路を形成したあと、前記基板の下方から基板を透過する
光を用いて観察しながら、前記下部電極に設けた位置合
わせマーカに前記発光素子に設けた位置合わせマーカを
位置合わせして接合するように小形発光モジュールの製
造方法を構成する。

［産業上の利用分野］ 本発明は光伝送用光送信モジュール、とくに、小型・軽
量化のために１枚の基板上にベアチップ状の発光素子と
光導波路とをハイブリッド実装する小形発光モジュール
の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

第２図は小型発光モジュールの外観を示す斜視図である
。

図中、１は基板で、たとえば、シリコンあるいはガラス
などである。３は光導波路、たとえば、基板１上に形成
されたプラスチック光導波路であり、３０はそのコアで
ある。４は発光素子、たとえば、半導体レーザチップ、
４０は活性領域、４１’ａ、４１’ｂは活性領域４０の
両側に設けられたメサ・ストライプ構造の溝である。２
゛は下部電極で基板１の上に形成され、発光素子４がダ
イボンディングされるとともに一方の電極の引き出し端
子パッドを構成する。５は電極端子バンドで同じく基板
１上に形成され、発光素子４のもう一方の電極との間を
ワイヤ５０でワイヤボンディングされる。

いま、電極端子パッド５と下部電極２゛の間に図示して
ない電源制御回路部から電圧を印加すると発光素子４の
活性領域４０で発光し光導波路３のコア３０に結合して
光が伝送されるように構成されたもので極めて小型化さ
れた発光モジュールである。

このような小型のモジュールの性能を決めるもの一重要
な問題の一つは発光素子４と先導波路３との間の光結合
を高効率で行う必要があるということである。

第３図は従来の小型発光モジュールの実装方法の例を示
す図で、同図（イ）は側面図、同図（ロ）は上面図であ
る。

図中、６は真空ピンセット、９は電源で発光素子４を励
起する電圧を与へる。１０は光検知器、１１はパワーメ
ータである。

なお、前記の図面で説明したものと同等の部分について
は同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明は省
略する。

実際に基板１上に発光素子４を搭載して接合するには、
先ず光導波路３を基板１上に形成したあと発光素子４．
たとえば、半導体レーザチップを真空ピンセット６で吸
着し、それを基板１の下部電極２に接触させ、電源９か
ら適当なプローブ（たとえば、この場合一方は金属製の
真空ピンセット６を利用すればよい）で発光素子４の上
部電極と下部電極２“に所定電圧を印加して発光素子４
を発光させ、光導波路３の右端から出射する光の強度を
光検知器１０とパワーメータＩＩで測定しながら、すな
わち、発光素子４と光導波路３との結合状態を確認しな
がら発光素子４の位置を調整して下部電極２゛に接合、
たとえば、熱圧着ボンディングして小型発光モジュール
を製造している。

［発明が解決しようとした課題］ 最近のシングルモードのレーザ光を結合させるには１μ
ｍ以下の位置合わせ精度が必要となっている。

しかし、上記の従来方法では発光素子４を下部電極２”
に接触したま＼でこのような微細な移動を行うことは難
しく１通常、−度発光素子４．たとえば、半導体レーザ
チップを下部電極２゛から浮かし僅かにずらしてから、
また接触５発光、光強度測定の操作を繰り返し行い位置
合わせを行っている。このため発光素子４の位置合わせ
接合作業が極めて煩雑となり、かつ、長時間を要すると
いう問題があり、その解決が必要であった。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、基板１上に形成された光導波路３に発光
素子４を位置合わせして前記基板１上に接合する小形発
光モジュールの製造方法において、前記基板１上に位置
合わせマーカ２０を有する下部電極２を設け、前記位置
合わせマーカ２０を基準として光導波路３を形成したあ
と、前記基板１の下方から基板１を透過する光を用いて
観察しながら、前記下部電極２に設けた位置合わせマー
カ２０に前記発光素子４に設けた位置合わせマーカ４１
を位置合わせして接合する小形発光モジュールの製造方
法によって解決することができる。なお、前記発光素子
４の位置合わせマーカ４１として活性領域４０の両側に
設けられたメサ・ストライプ構造の溝を利用することが
できる。

（作用〕 本発明方法によれば、位置合わせに際して−々発光素子
４を発光させる必要がなく、下部電極２に設けた位置合
わせマーカ２０ａ　、　２０ｂを基準として光導波路３
を形成し、さらに、前記位置合わせマーカ２０ａ、２０
ｂと発光素子４に設けた位置合わせマーカ４１ａ、４１
ｂとを顕微鏡による拡大映像を観察しながら位置合わせ
して基板１に発光素子４を接合するので、位置合わせ接
合作業が極めて容易であり、かつ、作業時間は極めて短
時間で済ませることができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例方法を示す図で、主な工程を図
示したものである。

図中、２は下部電極、２０ａ、２０ｂは下部電極２に設
けられた位置合わせマーカ、４１ａ、４１ｂは発光素子
４に設けられた位置合わせマーカ、７は顕微鏡、８はＴ
Ｖモニタである。

なお、前記の諸図面で説明したものと同等の部分につい
ては同一符号をイ」シ、がっ、同等部分についての説明
は省略する。

以下、主な工程を順を追って説明する。

工程（１）；基板１．たとえば、シリコン基板の上に熱
酸化により約３００ｎｍの厚さの５ｉｎ２膜を形成し、
その上に厚さＬＯＯｎｍのＴｉ膜、厚さ２５０ｎｍの篩
膜、厚さ２μｍのＩｎ膜を下から順次形成し、公知のホ
トリソグラフィ技術を用いて図示したごとき形状の電極
端子パッド５と下部電極２を形成スル。この時、位置合
わせマーカ２０ａ、２０ｂ　、　タトえば、図示したご
とき巾３μｍ、長さ５０μｍの細長い溝状の切り欠き部
を中央部の両サイドに同時に形成する。

工程（２）：上記処理基板の電極が形成されていなイ部
分の基板１上（ＳｉＯ□膜は残されている）にコア３０
を有する光導波路３を形成する。

具体的には、たとえば、プラスチック光導波路などを形
成すればよい。このようなプラスチック光導波路として
は、アクリル系ポリマをクラッドとしアクリル系ポリマ
とポリビニールカルバゾール（ＰＶＣＺ）の混合体をコ
アとした薄膜光導波路を光重合反応で形成する方法が既
に本発明者らにより提案されている（特願平１−８９５
９７）。コノ方法によればクラッド層、コア層をそれぞ
れ薄膜状にコートし、コア部は通常のホトリソグラフィ
技術の露光と同様にマスクを用いて紫外線露光し光重合
を起こさせて形成するので、露光時のマスクに設けた位
置合わせマーカと前記位置合わせマーカ２０ａ、２０ｂ
を位置合わせして露光すれば、所定の位置にコア３０を
正確に配置した光導波路３が形成される。

工程（３）：上記処理基板の下部電極２の反対側すなわ
ち、基板１の下面側から基板１を透過する光、たとえば
、シリコン基板の場合は赤外線を用いる顕微鏡７をセッ
トシ、拡大像をＴＶモニタ８上で観察できるように基板
１を配置する。なお、移動制御機構その他は図面の簡略
化のため省略しである。

（３）−１は上から見た状態で真空ピンセット６で発光
素子４．たとえば、半導体レーザチップを吸弓して下部
電極２の上に静かに近接させる。なお、顕微鏡７やＴＶ
モニタ８は図示してない。

（３）−２は側面から見た状態であり、発光素子４の活
性領域４０と光導波路３のコア３ｏは予めそれぞれの高
さ、すなわち、それぞれの薄膜の厚さを考慮して形成さ
れているので、下部電極２」二に発光素子４を載置すれ
ば０．２μｍ以内の精度で高さの整合が可能である。こ
の場合、発光素子４は活性領域４０に近い面を下部電極
２に接合するようにすれば、全て薄膜部分どうしの高さ
制御であるので極めて高精度の高さ位置合わせが可能で
ある。

（３）−３は基板１の下方から見た図（イ）およびｙ−
ｙ矢視断面図（ロ）であり、基板１．たとえば、シリコ
ン基板は赤外線を透過するので、電極端子バッド５およ
び下部電極２ば（イ）に図示したごとく位置合わせマー
カ２０ａ、　２０ｂを含めて　たとえば、ＴＶモニタ８
上に拡大されて明瞭に観察できる。

４１ａ、４１ｂは発光素子４の下面に設けられた位置合
わせマーカで、たとえば、通信用に使用される半導体レ
ーザチップの場合には発光領域４０の両側に設けられた
メサ・ストライプ構造の溝４１’ａ、４１”ｂを用いる
ことができる。−回はこのようにメサストライプ構造の
溝４１’ａ、４１’ｂを位置合わせマーカ４１ａ、４１
ｂとして利用した場合であり、約１０μｍの間隔のメサ
・ストライプ構造の溝４１’ａ、４１’ｂの中央に下部
電極２の位置合わせマーカ２０ａ、２０ｂを合わせるこ
とにより、活性領域４０と下部電極２の位置合わせマー
カ２０ａ　、　２０ｂが正確に合致する。したがって、
予め下部電極２の位置合わせマーカ２０ａ、２０ｂに合
わせて形成されている光導波路３のコア３０と発光素子
４の活性領域４０とが正確に位置合わせされ、結局、発
光素子４は光導波路３に高効率で結合される。この状態
で約１６０°Ｃで加熱圧着すればＩｎ層による融着が行
われ本発明の小型発光モジュールが作製されるのである
。これにより従来に比較して位置合わせ接合作業が極め
て容易になり、かつ、作業時間は従来の約１７１０に短
縮された。

なお、上記実施例では基板１としてシリコン基板を用い
たが、これに限定されるものではなくガラスその他の基
板を用いてもよいことは言うまでもない。光導波路３も
プラスチック光導波路以外の光ファイバや強誘電体によ
る光導波路であってもよい。

また、上記実施例では発光素子４の位置合わせマーカ４
１として活性領域４０の両側のメサ・ストライプ構造の
溝４１’ａ、４１’ｂを利用したが、本発明はこれに限
るものではなく予め他の形状や配置の専用のマーカを形
成して用いてよいことは勿論であり、下部電極２の位置
合わせマーカ２０についても同様である。

以上述べた実施例は一例を示したもので、本発明の趣旨
に添うものである限り、使用する素材や構成など適宜好
ましいもの、あるいは、その組み合わせを用いてよいこ
とは言うまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明方法によれば位置合わせに
際して−々発光素子４を発光させる必要がなく、下部電
極２に設けた位置合わせマーカ２０ａ、２０ｂを基準と
して光導波路３を形成し、さらに、前記位置合わせマー
カ２０ａ　、　２０ｂと発光素子４に設けた位置合わせ
マーカ４１ａ、４１ｂとを顕微鏡による拡大映像を観察
しながら位置合わせして基板１に発光素子４を接合する
ので、位置合わせ接合作業が極めて容易であり、かつ、
作業時間は極めて短時間で済ませることができ、小型発
光モジュールの品質安定化と低価格化に寄与するところ
が極めて大きい。

図において、 １は基板、 ２は下部電極、 ３は先導波路、 ４は発光素子、 ５は電極端子パッド、 ６は真空ピンセント、 ７は顕微鏡、 ８はＴＶモニタ、 ２０（２０ａ、２０ｂ）、４１（４１ａ、４１ｂ）は位
置合わせマーカ、３０はコア、 ４０は活性領域である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例方法を示す図、第２図は小型発
光モジュールの外観を示す斜視図、 第３図は従来の小型発光モジュールの実装方法の例を示
す図である。 う−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１］基板（１）上に形成された光導波路（３）に発光
   素子（４）を位置合わせして前記基板（１）上に接合す
   る小形発光モジュールの製造方法において、前記基板（
   １）上に位置合わせマーカ（２０）を有する下部電極（
   ２）を設け、 前記位置合わせマーカ（２０）を基準として光導波路（
   ３）を形成したあと、 前記基板（１）の下方から基板（１）を透過する光を用
   いて観察しながら、前記下部電極（２）に設けた位置合
   わせマーカ（２０）に前記発光素子（４）に設けた位置
   合わせマーカ（４１）を位置合わせして接合することを
   特徴とした小形発光モジュールの製造方法。 ［２］前記発光素子（４）の位置合わせマーカ（４１）
   が活性領域（４０）の両側に設けられたメサ・ストライ
   プ構造の溝であることを特徴とした請求項［１］記載の
   小形発光モジュールの製造方法。