JPH0667069A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
- Publication number
- JPH0667069A JPH0667069A JP22371492A JP22371492A JPH0667069A JP H0667069 A JPH0667069 A JP H0667069A JP 22371492 A JP22371492 A JP 22371492A JP 22371492 A JP22371492 A JP 22371492A JP H0667069 A JPH0667069 A JP H0667069A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon substrate
- optical
- spherical lens
- semiconductor device
- hole
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】正方形Ｖ溝状の貫通穴を形成したシリコン基板
を用いて球レンズと光半導体素子とを固定することによ
り、光モジュール組立時に光軸調整を行うことなく良好
な光学的結合が得られ、実装作業も容易であり、また量
産性にもすぐれた光半導体装置を提供する。 【構成】シリコン基板に異方性エッチングにより正方形
の開口部とシリコン基板の結晶方位により定まる一定の
角度をもつ側面を有する貫通穴が形成されており、球レ
ンズが貫通穴の側面に接して固定され、シリコン基板の
もう一方の面に光半導体素子がその発光面もしくは受光
面が小径の開口部から球レンズに面するように固定され
ている。
を用いて球レンズと光半導体素子とを固定することによ
り、光モジュール組立時に光軸調整を行うことなく良好
な光学的結合が得られ、実装作業も容易であり、また量
産性にもすぐれた光半導体装置を提供する。 【構成】シリコン基板に異方性エッチングにより正方形
の開口部とシリコン基板の結晶方位により定まる一定の
角度をもつ側面を有する貫通穴が形成されており、球レ
ンズが貫通穴の側面に接して固定され、シリコン基板の
もう一方の面に光半導体素子がその発光面もしくは受光
面が小径の開口部から球レンズに面するように固定され
ている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光半導体装置に関し、特
に光ファイバ通信に使用される光送受信モジュールに搭
載される光半導体装置に関する。
に光ファイバ通信に使用される光送受信モジュールに搭
載される光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光伝送のロードエンド化や通信機・交換
機等の架内実装の高密度化が進むにつれ、光デバイスに
も小型化・量産化が強く求められている。この要求を実
現するため、高精度なリソグラフィー／エッチング技術
により光学部品固定用Ｖ溝やＬＤ融着用電極パタンを形
成したシリコン基板上に、発受光素子・マイクロオプテ
ィクス部品を一括してベアチップ実装し、小型化・薄型
化・実装工程のバッチ処理化をはかる光送受信モジュー
ルが検討されている。（例えば、１９９２年電子情報通
信学会春季大会Ｃ−２７１）。
機等の架内実装の高密度化が進むにつれ、光デバイスに
も小型化・量産化が強く求められている。この要求を実
現するため、高精度なリソグラフィー／エッチング技術
により光学部品固定用Ｖ溝やＬＤ融着用電極パタンを形
成したシリコン基板上に、発受光素子・マイクロオプテ
ィクス部品を一括してベアチップ実装し、小型化・薄型
化・実装工程のバッチ処理化をはかる光送受信モジュー
ルが検討されている。（例えば、１９９２年電子情報通
信学会春季大会Ｃ−２７１）。
【０００３】図３は従来におけるこの種の光送受信モジ
ュールの斜視図である。この光送受信モジュールは波長
多重機能を付加した同一波長双方向伝送用として作られ
ている。図３に示すようにレーザダイオード（ＬＤ）素
子１０を、シリコン基板３３上に形成された電極パッド
２３上にセルフアライメント融着により位置決め実装
し、干渉膜フィルター２４とハーフミラー１４を組み合
させたプリズム１５、及び球レンズ１６と３１を異方性
エッチングにより形成した光学部品実装溝内に固定し、
パッケージの外側に第２レンズ１９、２０及びファイバ
端末２１、２２を調整固定しれいる。しかしながら受信
用ＰＤ３２及びモニタフォトダイオード（ＰＤ）２４に
ついては、シリコン基板３３の側面に位置決めを行わず
無調整で固定している。
ュールの斜視図である。この光送受信モジュールは波長
多重機能を付加した同一波長双方向伝送用として作られ
ている。図３に示すようにレーザダイオード（ＬＤ）素
子１０を、シリコン基板３３上に形成された電極パッド
２３上にセルフアライメント融着により位置決め実装
し、干渉膜フィルター２４とハーフミラー１４を組み合
させたプリズム１５、及び球レンズ１６と３１を異方性
エッチングにより形成した光学部品実装溝内に固定し、
パッケージの外側に第２レンズ１９、２０及びファイバ
端末２１、２２を調整固定しれいる。しかしながら受信
用ＰＤ３２及びモニタフォトダイオード（ＰＤ）２４に
ついては、シリコン基板３３の側面に位置決めを行わず
無調整で固定している。
【０００４】次にこの光送受信モジュールの動作につい
て説明する。ＬＤ素子１０から出射された１．３μｍ光
は球レンズ１６によりコリメートビーム化された後プリ
ズム１５内を通過し、第２レンズ１９により集光されて
光ファイバ２１に結合し、伝送される。また光ファイバ
２１には１．３μｍ光と１．５５μｍ光が多重化されて
伝送されてきており、１．３μｍ光はレンズ１９により
コリメートビーム化された後ハームミラー１４により分
岐され、光路を直角に曲げられたビームが球レンズ１７
により受信用ＰＤ２３に結合する。
て説明する。ＬＤ素子１０から出射された１．３μｍ光
は球レンズ１６によりコリメートビーム化された後プリ
ズム１５内を通過し、第２レンズ１９により集光されて
光ファイバ２１に結合し、伝送される。また光ファイバ
２１には１．３μｍ光と１．５５μｍ光が多重化されて
伝送されてきており、１．３μｍ光はレンズ１９により
コリメートビーム化された後ハームミラー１４により分
岐され、光路を直角に曲げられたビームが球レンズ１７
により受信用ＰＤ２３に結合する。
【０００５】一方１．３μｍ光に多重化されて伝搬して
きた１．５μｍ光はレンズ１９によりコリメートビーム
化された後、干渉膜フィルター２４で反射して光路を直
角に曲げられ、さらにプリズム１５の端面で再び反射し
て折り曲げられ、レンズ２０により光ファイバ２２に結
合する。このようにして、１．３μｍ帯の同一波長双方
向伝送を行うとともに、１．５５μｍ光による放送モー
ド画像等の波長多重伝送の実現をはかっている。
きた１．５μｍ光はレンズ１９によりコリメートビーム
化された後、干渉膜フィルター２４で反射して光路を直
角に曲げられ、さらにプリズム１５の端面で再び反射し
て折り曲げられ、レンズ２０により光ファイバ２２に結
合する。このようにして、１．３μｍ帯の同一波長双方
向伝送を行うとともに、１．５５μｍ光による放送モー
ド画像等の波長多重伝送の実現をはかっている。
【０００６】以上説明した光送受信モジュールの受信用
ＰＤ３２と球レンズ３１とで構成する光受信部がここで
いう光半導体装置に相当する部分である。
ＰＤ３２と球レンズ３１とで構成する光受信部がここで
いう光半導体装置に相当する部分である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この従来の光送受信モ
ジュールにおける光半導体装置では、受信用ＰＤはベア
チップのままシリコン基盤の側面に無調整で固定されて
おり、また球レンズに対しての光軸は調整されていなか
った。このため、ピームが受信用ＰＤに効率良く結合せ
ず、１．３μｍ光の受信における感度が悪いという問題
があった。また微小なＰＤチップ自体をシリコン基板側
面に固定することは非常に困難な作業であった。さらに
送信用ＬＤ等からの迷光がモジュール内で反射して受信
用ＰＤに入射し、クロストークが発生するという問題が
あった。
ジュールにおける光半導体装置では、受信用ＰＤはベア
チップのままシリコン基盤の側面に無調整で固定されて
おり、また球レンズに対しての光軸は調整されていなか
った。このため、ピームが受信用ＰＤに効率良く結合せ
ず、１．３μｍ光の受信における感度が悪いという問題
があった。また微小なＰＤチップ自体をシリコン基板側
面に固定することは非常に困難な作業であった。さらに
送信用ＬＤ等からの迷光がモジュール内で反射して受信
用ＰＤに入射し、クロストークが発生するという問題が
あった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、中央表面に描かれた表面側正方形からこれと対応す
る裏面に描かれた前記表面側正方形より小さな裏面側正
方形に向って側面が傾斜した貫通穴を形成したシリコン
基板と、前記シリコン基板の前記貫通穴に落し込まれ固
定された球レンズと、前記球レンズと面するように前記
シリコン基板の裏面側に固定された光半導体素子とを備
えている。
は、中央表面に描かれた表面側正方形からこれと対応す
る裏面に描かれた前記表面側正方形より小さな裏面側正
方形に向って側面が傾斜した貫通穴を形成したシリコン
基板と、前記シリコン基板の前記貫通穴に落し込まれ固
定された球レンズと、前記球レンズと面するように前記
シリコン基板の裏面側に固定された光半導体素子とを備
えている。
【０００９】
【実施例】次に本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の一実施例の光半導体装置で
あり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線の断面図、
（ｃ）は背面図である。
て説明する。図１は本発明の一実施例の光半導体装置で
あり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ線の断面図、
（ｃ）は背面図である。
【００１０】厚さ０．５〜１ｍｍのシリコン基板１の
〈１１０〉の面に、二酸化シリコン膜をマスクとして参
加カリウム溶液またはヒドラジンによる異方性エッチン
グを行い、正方形の開口部を有してシリコン基板が貫通
する大きさのＶ溝上の貫通穴を形成している。このＶ溝
の各側面に接するように直径０．８ｍｍ程度の球レンズ
２を低融点ガラスを用いて固定しており、シリコン基板
１１のもう一方の面に受光径２００μｍ程度の裏面入射
型のＰＩＮ−ＰＤ１３を、その受光面が小径の開口部か
ら球レンズに面するようにして、シリコン基板１１に形
成された電極パタン上に半田固定している。
〈１１０〉の面に、二酸化シリコン膜をマスクとして参
加カリウム溶液またはヒドラジンによる異方性エッチン
グを行い、正方形の開口部を有してシリコン基板が貫通
する大きさのＶ溝上の貫通穴を形成している。このＶ溝
の各側面に接するように直径０．８ｍｍ程度の球レンズ
２を低融点ガラスを用いて固定しており、シリコン基板
１１のもう一方の面に受光径２００μｍ程度の裏面入射
型のＰＩＮ−ＰＤ１３を、その受光面が小径の開口部か
ら球レンズに面するようにして、シリコン基板１１に形
成された電極パタン上に半田固定している。
【００１１】以上のエッチング、レンジ固定、ＰＤ素子
固定等の工程を、シリコンウェハ単位で一括して処理
し、最終段階でウェハを切断することにより、製作す
る。また、エッチングにおいてマスク開口部の大きさを
調整してＶ溝の大きさを制御することにより、球レンズ
１２の焦点がＰＩＮ−ＰＤ１３の受光面にほぼ一致して
いる。このため、シリコン基板１に対して垂直に球レン
ズ２へ入射したコリメートビームは、ＰＩＮ−ＰＤ１３
に効率良く結合する。
固定等の工程を、シリコンウェハ単位で一括して処理
し、最終段階でウェハを切断することにより、製作す
る。また、エッチングにおいてマスク開口部の大きさを
調整してＶ溝の大きさを制御することにより、球レンズ
１２の焦点がＰＩＮ−ＰＤ１３の受光面にほぼ一致して
いる。このため、シリコン基板１に対して垂直に球レン
ズ２へ入射したコリメートビームは、ＰＩＮ−ＰＤ１３
に効率良く結合する。
【００１２】次に本発明を光送受信モジュールに適用し
た場合の動作について説明する。図２は、図１に示した
本発明の光半導体装置を、図３に示す従来の光送受信モ
ジュールに適用した例の斜視図である。球レンズ１２と
受信用ＰＤ１３を一体化し、取扱いが容易な形状とした
光半導体装置１を、シリコン基板２５側面の位置決めさ
れた部分に無調整で固定している。光ファイバ２１を伝
送されてきた１．３μｍ光は、レンズ１９によりコリメ
ートビーム化された後ハーフミラー１４により分岐さ
れ、光路を直角に曲げられたビームが球レンズ２により
受信用ＰＤ１３に結合するが、球レンズ１２と受信用Ｐ
Ｄ１３中心軸があらかじめ一致して固定されているため
に、良好な結合が得られる。また受信用ＰＤ１３の受光
面の周囲がシリコン基板１１によりカバーされているた
めに、入射される迷光が少なくなり、クロストークが低
減される。尚、本実施例の光半導体装置は受信用ＰＤを
用いた例であるが、受信用ＰＤの代りに送信用ＬＤを用
いれば光送信部に使用することができる。また球レンズ
を介して光学的に結合するファイバを付加すれば一般的
な受講モジュールあるいは発光モジュールとして使用す
ることができる。
た場合の動作について説明する。図２は、図１に示した
本発明の光半導体装置を、図３に示す従来の光送受信モ
ジュールに適用した例の斜視図である。球レンズ１２と
受信用ＰＤ１３を一体化し、取扱いが容易な形状とした
光半導体装置１を、シリコン基板２５側面の位置決めさ
れた部分に無調整で固定している。光ファイバ２１を伝
送されてきた１．３μｍ光は、レンズ１９によりコリメ
ートビーム化された後ハーフミラー１４により分岐さ
れ、光路を直角に曲げられたビームが球レンズ２により
受信用ＰＤ１３に結合するが、球レンズ１２と受信用Ｐ
Ｄ１３中心軸があらかじめ一致して固定されているため
に、良好な結合が得られる。また受信用ＰＤ１３の受光
面の周囲がシリコン基板１１によりカバーされているた
めに、入射される迷光が少なくなり、クロストークが低
減される。尚、本実施例の光半導体装置は受信用ＰＤを
用いた例であるが、受信用ＰＤの代りに送信用ＬＤを用
いれば光送信部に使用することができる。また球レンズ
を介して光学的に結合するファイバを付加すれば一般的
な受講モジュールあるいは発光モジュールとして使用す
ることができる。
【００１３】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、Ｖ溝状の
貫通穴を形成したシリコン基板を用いて球レンズと光半
導体素子の中心軸に互いに精度良く一致した一体化ユニ
ットを形成するので、位置トレランスが緩和されるた
め、光モジュール組立時に光軸調整を行うことなく良好
な光学的結合が得られる。また光半導体素子をシリコン
基板に実装した状態で扱えるため、光モジュール組立時
の実装作業が容易となる。更に、シリコンウェア上で一
括バッチ処理により製造できるため量産性が向上すると
いう効果がある。
貫通穴を形成したシリコン基板を用いて球レンズと光半
導体素子の中心軸に互いに精度良く一致した一体化ユニ
ットを形成するので、位置トレランスが緩和されるた
め、光モジュール組立時に光軸調整を行うことなく良好
な光学的結合が得られる。また光半導体素子をシリコン
基板に実装した状態で扱えるため、光モジュール組立時
の実装作業が容易となる。更に、シリコンウェア上で一
括バッチ処理により製造できるため量産性が向上すると
いう効果がある。
【図１】本発明の一実施例の光半導体装置の（ａ）は正
面図、（ｂ）はＡ−Ａ線の断面図、（ｃ）は背面図であ
る。
面図、（ｂ）はＡ−Ａ線の断面図、（ｃ）は背面図であ
る。
【図２】図１に示した本発明の光半導体装置を用いた光
送受信モジュールの斜視図である。
送受信モジュールの斜視図である。
【図３】従来の光送受信モジュールの斜視図である。
１ 光半導体装置 １２ 球レンズ １３ ＰＩＮ−ＰＤ
Claims (4)
- 【請求項１】 中央表面に描かれた表面側正方形からこ
れと対応する裏面に描かれた前記表面側正方形より小さ
な裏面側正方形に向って側面が傾斜した貫通穴を形成し
たシリコン基板と、前記シリコン基板の前記貫通穴に落
し込まれ固定された球レンズと、前記球レンズと面する
ように前記シリコン基板の裏面側に固定された光半導体
素子とを備えることを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項２】 前記シリコン基板の表面側に前記球レン
ズにより前記半導体素子と光学的に結合された光ファイ
バを備えることを特徴とする請求項１記載の光半導体装
置。 - 【請求項３】 前記貫通穴は前記シリコン基板と異方性
エッチングにより形成され正方形の開口部と前記シリコ
ン基板の結晶方向により定まる一定の傾斜角度を持つこ
とを特徴とする請求項１および２記載の光半導体装置。 - 【請求項４】 前記光半導体素子は発光半導素子あるい
は受光半導体素子であることを特徴とする請求項１，２
および３記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22371492A JPH0667069A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22371492A JPH0667069A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 光半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0667069A true JPH0667069A (ja) | 1994-03-11 |
Family
ID=16802523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22371492A Pending JPH0667069A (ja) | 1992-08-24 | 1992-08-24 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0667069A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011054995A (ja) * | 2002-11-26 | 2011-03-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd | レンズと一体のパッケージ及びそのパッケージを組み込んだ光学的アセンブリ |
| JP2011512641A (ja) * | 2006-10-24 | 2011-04-21 | チュン， キョン ヒェ | 光モジュールとこれを利用した光センサ及びその製造方法 |
| US8050526B2 (en) | 2005-02-08 | 2011-11-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Micro-optical device and method of making same |
| JP2013533503A (ja) * | 2010-06-01 | 2013-08-22 | アップル インコーポレイテッド | ハイブリッド型光学コネクタ |
| CN104730654A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-24 | 厦门大学 | 一种用于塑料光纤通信光收发芯片封装结构 |
-
1992
- 1992-08-24 JP JP22371492A patent/JPH0667069A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011054995A (ja) * | 2002-11-26 | 2011-03-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co Ltd | レンズと一体のパッケージ及びそのパッケージを組み込んだ光学的アセンブリ |
| US8050526B2 (en) | 2005-02-08 | 2011-11-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Micro-optical device and method of making same |
| JP2011512641A (ja) * | 2006-10-24 | 2011-04-21 | チュン， キョン ヒェ | 光モジュールとこれを利用した光センサ及びその製造方法 |
| JP2013533503A (ja) * | 2010-06-01 | 2013-08-22 | アップル インコーポレイテッド | ハイブリッド型光学コネクタ |
| US8974126B2 (en) | 2010-06-01 | 2015-03-10 | Apple Inc. | Hybrid optical connector |
| CN104730654A (zh) * | 2015-03-26 | 2015-06-24 | 厦门大学 | 一种用于塑料光纤通信光收发芯片封装结构 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19981110 |