JPH07151940A - 光結合構造とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光結合構造とその製造方法に関し、部品間の
光軸の高さの調整を容易にし，プラスチック導波路の熱
的影響を回避する。 【構成】 表面には光部品を位置決めするためのＶ溝と
光半導体素子を搭載するボンディングパッドと光導波路
のいずれか２つ以上が形成され、裏面には再配列用溝
（メサ）状レールが形成された実装用基板から分離切断
されたＶ溝付きサブキャリアチップ、パッド付きサブキ
ャリアチップ、光導波路付きサブキャリアチップのいず
れか２つ以上と，表面に再配列用メサ（溝）状レールが
形成された再配列用基板とを有し，該溝状レールが該メ
サ状レールに嵌合されて前記サブキャリアチップが該再
配列用基板上に再配列されている光結合構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ−と光回路と
光半導体素子の光結合構造とその製造方法に関する。

【０００２】光ファイバ−と分岐合波等の光回路と光半
導体素子の光結合を容易にして光通信用光部品の製造を
従来に比較して容易にする技術として利用できる。

【０００３】

【従来の技術】従来の光ファイバ−と分岐合波等の光回
路と光半導体素子の光結合を容易にする技術には、図２
４、図２５に示すように、光回路を微小球レンズ３０４
などの微小光学部品で構成し、シリコン基板３０１を異
方性エッチングして形成したＶ溝３０２を使用して微小
光学部品３０４を位置決めし、フリップチップボンディ
ングで光半導体素子３０３を位置決めする方法と、図２
６に示すように、光回路を平面型光導波路３０８で構成
し、シリコン基板３０１を異方性エッチングして形成し
たＶ溝３０２を使用して光ファイバー３０９を位置決め
し、フリップチップボンディングで光半導体素子３０３
を位置決めする方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２４
の従来例１においては球レンズ３０４を通過する光ビー
ムの直径が大きくなるため、３０６の部分に示すように
光ビームにケラレが生じる問題がある。光ビームのケラ
レを防止するために図２５の従来例２のようにスペーサ
３０７を設けて光半導体素子３０３の光軸を高くする必
要がある。しかし、スペーサの高さを１μｍ以下の精度
で精密に調整することが難かしいという欠点がある。

【０００５】次に、図２６の従来例３の場合には、導波
路３０８にプラスチック導波路を使用し、ボンディング
パッド３０５を形成後スピンコーティングで導波路の層
構造を形成し、フォトリソグラフィーで導波路パターン
を形成する。この場合には、次に説明するように、導波
路と光半導体素子との高さずれと導波路の耐熱性の２つ
の問題がある。

【０００６】光結合効率を向上させるために、導波路
は、コア層とクラッド層の屈折率の差を小さくして、コ
ア層を厚くすることが望ましい。しかし、屈折率差を小
さくすると光がクラッド層に滲み出すため、基板側のク
ラッド層を厚くする必要がある。例えば屈折率差を0.5
％程度、コア層３０８b の厚さを８μｍにすると、下側
のクラッド層３０８a の厚さを１５μｍ以上にする必要
がある。このとき光軸高さは１９μｍという比較的大き
い値になる。このため、フリップチップボンディングに
図３３に示すように厚さ数μｍのボンディングパッド３
０５を使用すると、光軸高さを一致させることが難しく
なる欠点がある。

【０００７】さらに、通常のプラスチック導波路の耐熱
温度は１００度程度であるで、光半導体素子を導波路付
き基板のボンディングパッドにボンディングする際に融
材として半田等を使用することが難しいという欠点があ
る。

【０００８】なお、石英導波路等の高融点導波路を使用
するとボンディングの際の耐熱性の問題は解決される
が、次のような理由からボンディングパッドの位置合わ
せが難しくなる欠点がある。即ち、導波路を形成する際
のプロセス温度が高いので、プラスチック導波路のよう
にボンディングパッドを形成した後に導波路を形成し
て、フォトリソグラフィーで位置合わせする方法を用い
ることができなくなる。逆に、導波路を形成後にボンデ
ィングパッドを形成する場合は、導波路端面に段差がで
きるため、ボンディングパッドを精度良く形成すること
が困難になる。そのため従来の技術を用いる限り、石英
導波路を使用して高い位置合わせ精度を得ることは非常
に困難である。

【０００９】つまり，従来例１、２の問題点は部品間の
光軸の高さを精度良く調整することは難しいことであ
り，従来例３の問題点は、光半導体素子をフリップチッ
プボンディングする際の導波路の熱ストレスである。

【００１０】本発明はこの二つの問題、即ち部品間の光
軸の高さの調整を容易にし，プラスチック導波路の熱的
影響を回避することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点は、表面には
光部品を位置決めするためのＶ溝と光半導体素子を接続
するボンディングパッドと光導波路のいずれか２つ以上
が形成され、裏面には位置合わせの基準となる第１の位
置合わせ構造が形成された第１の基板から分離切断され
た、光部品を位置決めするためのＶ溝付サブキャリアチ
ップ、光半導体素子を搭載するためのボンディングパッ
ド付サブキャリアチップ、光導波路付サブキャリアチッ
プのいずれか２つ以上と、表面に前記第１の位置合わせ
構造と位置合わせするための第２の位置合わせ構造を持
った第２の基板とを有し、前記第１の位置合わせ構造と
前記第２の位置合わせ構造とを使用して前記第２の基板
上に２つ以上の前記サブキャリアチップを位置合わせし
て再配列した光結合構造を用いることによって解決され
る。

【００１２】具体的には、前記第１の基板と前記第２の
基板に（１００）面シリコン基板を使用し、前記第１の
位置合わせ構造と前記第２の位置合わせ構造の組み合わ
せに該シリコン基板を異方性エッチングして形成したＶ
字形あるいは逆台形の再配列用溝状レールと該シリコン
基板を異方性エッチングして形成した逆Ｖ字形あるいは
台形の再配列用メサ状レールの組み合わせを使用し、前
記再配列用メサ状レールに前記再配列用溝状レールを嵌
合させて位置合わせし、再配列した光結合構造、あるい
は、前記再配列用溝状レールあるいは前記再配列用メサ
状レールの少なくとも一方の少なくとも一部に台形ある
いは逆台形のレールを使用し、該再配列用溝状レールあ
るいは該再配列用メサ状レールの少なくとも一方の少な
くとも一部分のレール幅がレールの長手方向の途中でス
テップ状に変化しており、複数の前記サブキャリアチッ
プの相対的表面高さが異なるように該再配列状メサ状レ
ールと該再配列用溝状レールとが嵌合されて再配列した
光結合構造、あるいは、前記第１の基板と前記第２の基
板に（１００）面シリコン基板を使用し、前記第１の位
置合わせ構造と前記第２の位置合わせ構造に該シリコン
基板を異方性エッチングして形成したＶ字形あるいは逆
台形溝を使用し、円柱状の部品を前記第１の基板と前記
第２の基板のＶ字形あるいは逆台形溝に挟み込んで位置
合わせし、再配列した光結合構造、あるいは、前記Ｖ溝
の間口の幅を変化させて、あるいは前記円柱状の部品の
直径を変化させ、あるいは両方を組み合わせて複数の前
記サブキャリアチップの相対的表面高さを調整した光結
合構造、あるいは、前記第１の基板と前記第２の基板に
（１００）面シリコン基板を使用し、前記第１の位置合
わせ構造と前記第２の位置合わせ構造に該シリコン基板
を異方性エッチングして形成した逆ピラミッド状の溝を
使用し、球状の部品を前記第１の基板と前記第２の基板
の逆ピラミッド状の溝に挟み込んで位置合わせし、再配
列した光結合構造、あるいは、前記逆ピラミッド状の溝
の間口の幅を変化させて、あるいは前記球状の部品の直
径を変化させ、あるいは両方を組み合わせて複数の前記
サブキャリアチップの相対的表面高さを調整した光結合
構造を用い、第１の基板の裏面に位置合わせの基準とし
て使用できる第１の位置合わせ構造を形成し、次いで、
該第１の基板の表面に光部品を位置決めするためのＶ溝
と光半導体素子を搭載するボンディングパッドと光導波
路のいずれか２つ以上を形成する工程と、次いで、該第
１の基板を光部品を位置決めするためのＶ溝付サブキャ
リアチップと光半導体素子を搭載するためのボンディン
グパッド付サブキャリアチップと光導波路付サブキャリ
アチップのいずれか２つ以上に分割する工程と、該サブ
キャリアチップを該第１の位置合わせ構造と位置合わせ
するための第２の位置合わせ構造を持った第２の基板上
に位置合わせして再配列する工程とを用いて前記光結合
構造を製造するか、あるいは、第１の基板の裏面に位置
合わせの基準として使用できる第１の位置合わせ構造を
形成し、更にそれに加えて第１の基板の表面にも位置合
わせの基準として使用できる第３の位置合わせ構造を形
成し、次いで、第１の表面を加工する工程と、該第１の
基板を複数の部分基板に分割する工程と、該部分基板の
表面に形成されている前記第３の位置合わせ構造を基準
にして該部分基板毎に更に表面を加工する工程と、次い
で、該部分基板を更に小さいサブキャリアチップに分割
する工程と、該サブキャリアチップの裏面に形成された
前記第１の位置合わせ構造と位置合わせするための第２
の位置合わせ構造を持った第２の基板上に位置合わせし
て再配列する工程とを用いて前記光結合構造を製造する
ことによって上記問題が解決される。

【００１３】なお、前記第３の位置合わせ構造には第１
の基板表面に形成された誘電体あるいは金属あるいは半
導体をエッチングして形成したパターンを用いれば製造
上の問題を生じることなく従来技術の問題を解決するこ
とができる。

【００１４】

【作用】１枚の基板の表面に光導波路とボンディングパ
ッドを形成し、ボンディングパッドを含む部分を切断し
て導波路部分と分離した後に光半導体素子をフリップチ
ップボンディングすることによって、導波路が高温に曝
されることが避けられる。さらに各部品を含む基板部分
を個別のチップに切断分離し、再配列用基板のレール上
で再配列することにより精度良く再配列することが可能
になる。なぜなら各チップの表面のボンディングパッド
と部品および裏面の再配列用溝状レールは分割前に一括
して形成されているからである。

【００１５】さらに、前記再配列用基板のメサ状レール
の幅を変えて高さを調整することができる。レールの長
手方向にステップ状に幅が変化するメサ状レールを形成
すると、図２１に示すように、上に載せるチップの裏面
の再配列用溝状レール２１１、２１２の溝幅が同じ場合
には、再配列用メサ状レール１１のメサ幅が広い部分１
１a に載るチップが相対的に高くなる。これにより光軸
高さを精密に調整することが可能になる。なお、上に載
るチップの裏面に再配列用メサ状のレールを形成し、再
配列用基板の表面に再配列用溝状レールを形成して再配
列を行うことも可能なことはいうまでもない。この場合
は再配列用基板の表面の再配列用溝状レールの溝幅を変
化させると高さが変化する。

【００１６】図２１は本発明の高さ調整の作用の説明図
である。図において，上に載せるチップの裏面の再配列
用溝状レール２１１、２１２の溝幅は同時にエッチング
しているので同じである。

【００１７】再配列用メサ状レール１１a と１１b は幅
の絶対値は必要なく、幅の差が一定であれば, 上に載せ
るチップの高さの差は一定になる。従って, 溝形成用の
マスク幅の差を一定にし, 同時にエッチングすればその
差は一定に保たれる。

【００１８】以上は、実装用基板の表面のプロセスをす
べて終了させた後に各部品毎にチップに分離するもので
あったが、前記第３の手段を用いて表面に位置合わせマ
ークを形成し、再配列用の溝を形成した段階で基板を二
つ以上に分割し、基板毎にプロセスし、その後個々の部
品にチップ化して再配列しても、精密な位置合わせが可
能になる。

【００１９】例えば、実装用基板を３枚の部分基板に分
割し、第１の部分基板にボンディングパッド、第２の部
分基板に石英導波路、第３の部分基板にファイバー位置
決め用Ｖ溝を形成する。次に、各部分基板を部品１個毎
にチップ化し、再配列基板上の再配列用レールに嵌合さ
せて再配列する。このような手段を用いると部品ごとに
プロセスされるため熱処理、化学処理などのプロセス条
件が部分基板毎にアイソレーションされるようになる。
たとえば石英導波路は製造工程で１０００℃以上の高温
で熱処理されるが、部分基板に分割してプロセスするこ
とにより他の部品が高温にさらされることがなくなる。
即ち他の部品は熱的に絶縁されるようになる。しかもボ
ンディングパッドと石英導波路とファイバ−固定用Ｖ溝
は、分割前に一括して形成された位置合わせマークを基
準にして位置決めされるので、再配列したときには自動
的に位置合わせが行われるようになる。

【００２０】以上の作用は、光半導体素子用基板とは異
なる実装用基板にボンディングパッドなどを形成する場
合であるが、本発明によれば光半導体用基板そのものを
実装用基板とし、この基板上に直接光半導体素子を形成
することも可能である。例えば、１枚の半導体基板の表
面の１部分に光半導体素子を形成し、その後該半導体基
板を光半導体素子が形成された部分のその他の部分の少
なくとも２つ以上の複数の部分基板に分離し、各部分基
板毎にプロセスする。その後再配列用基板再を用いて再
配列することにより位置合わせが行われる。ボンディン
グパッドを形成する工程と光半導体素子をボンディング
パッドにボンディング工程が不要になる。また，ボンデ
ィングによる位置ずれが無くなる効果が生まれる。

【００２１】

【実施例】図１に本発明を用いて形成した光コリメータ
装置を示す（実施例１）。ここに１は再配列用基板２１
はパッド付きサブキャリアチップ、２２は溝付きサブキ
ャリアチップ、３は光半導体素子、４は球レンズ、１１
は再配列用メサ状レール、２１１と２２１は再配列用溝
状レール、２１２はボンディングパッド、２２２は溝で
ある。

【００２２】本装置は球レンズ４で光半導体素子３から
出射した光ビームを平行光に変換するものである。再配
列用基板１とパッド付きサブキャリアチップと溝付きサ
ブキャリアには（１００）Si基板を使用し、再配列用メ
サ状レール１１と再配列用溝状レール２１１および２２
１はフォトリソグラフィー加工した基板をKOH水溶液で
ケミカルエッチングして形成した。 パッド付きサブキ
ャリアチップ２１と溝付きサブキャリアチップ２２は、
１枚の基板に再配列用溝状レール２１１、２２１とボン
ディングパッド２１２と溝２２２を形成後分割したもの
である。従って、裏面の再配列用溝状レールの溝の間口
の幅はどちらも４９５μｍで同じである。再配列用メサ
状レールの頂上の平らな部分の幅は途中で変化してお
り、広い方の幅は３１５μｍ、狭い方の幅は１０３μｍ
である。このようにレール幅を変化させて、パッド付き
サブキャリアチップ２１の表面を溝付きサブキャリアチ
ップ２２の表面よりも１５０μｍ高くしている。サブキ
ャリアチップ２１と２２上の光半導体素子３と球レンズ
４は、各サブキャリアチップを分割後に実装した。光半
導体素子３はボンディングパッド２１２にAuSn合金でボ
ンディングしている。レンズ４の溝２２２への固定には
低融点ガラスを使用した。低融点ガラスの融点は４００
℃、AuSnの融点は２８０℃なので、従来のように分割し
ない場合には基板上にAuSn融材を蒸着した場合には低融
点ガラスによるレンズの固定ができなかったが、本実施
例では分割後ボンディングしたのでそのような制約はな
かった。

【００２３】次に図２〜４は図１に示されるの光コリメ
ータ装置の製造工程を示すものである（実施例２）。こ
こで２は実装用基板であり、図３（b ）、図２（c ）の
b1とc1は実装用基板の表面、b2とc2は実装用基板の裏面
である。

【００２４】実装用基板２は両面を研磨し、両面に熱酸
化膜５を形成した（１００）面Si基板である。フォトリ
ソグラフィーにおける表面と裏面の回転方向の位置合わ
せ精度を高くするために、まず４インチSiウエハの両面
について、図２（a1) のように端の部分の約５mmの酸化
膜膜５を除去し、KOH 水溶液で３０分間エッチングし、
図２(a2)、(a3)のように（１１０）の方向のエッジ２a
を形成し、このエッジを回転方向の位置合わせの基準に
した。これにより角度ずれが0.005 度以下に抑えられ
た。次に、図３（b ）のように、フォトリソグラフィー
とドライエッチングで基板の表面の熱酸化膜５には正方
形の窓５１を形成し、裏面の熱酸化膜５には帯状の窓５
２を形成した。５１の１辺の長さは１０００μｍ、５２
のストライプ幅は４９５μｍである。

【００２５】次に、図３（c ）のように、３０％重量パ
ーセント、８０℃のKOH 水溶液で約５時間ケミカルエッ
チングして溝５３、５４を形成した。次にフォトリソグ
ラフィーと真空蒸着でAuSnはんだ付きのボンディングパ
ッド５５を形成し、その後基板を切断し、パッド付きサ
ブキャリアチップ２１と溝付きサブキャリアチップ２２
に分割した。

【００２６】次にパッド５５上のAuSnはんだを用いて光
半導体素子３をボンディングパッド２１２にボンディン
グし、低融点ガラス用いて球レンズ４を溝２２２に固定
した。

【００２７】次に図４（d ）、（e ）に示すように、パ
ッド付きサブキャリアチップ２１と溝付きサブキャリア
チップ２２の再配列用溝状レール２１１、２２１を再配
列基板１の再配列用メサ状レール１１に嵌合させて再配
列した。この際、図４（e ）のようにパッド付きサブキ
ャリアチップ２１と溝付きサブキャリアチップ２２を接
触させて光軸方向の位置合わせを行った。

【００２８】本実施例によれば、図２２のように光半導
体素子を実装する基板であるパッド付きサブキャリアチ
ップ２１とレンズを実装する基板である溝付きサブキャ
リアチップ２２とに精密な段差を設定することができ、
光のケラレが防止された。

【００２９】本実施例において、パッド付きサブキャリ
アチップ２１と溝付きサブキャリアチップ２２をSiを異
方性エッチングして形成した再配列用溝状レールと再配
列用メサ状レールを嵌合させて再配列したので、光軸に
垂直な上下、左右方向とも位置ずれを小さくすることが
できた。

【００３０】光軸方向についてもパッド付きサブキャリ
アチップ２１と溝付きサブキャリアチップ２２を突き合
わせることで、高い位置精度を得ることができた。図２
１に示したように、パッド付きサブキャリアチップ２１
と溝付きサブキャリアチップ２２の高さの差は、再配列
用メサ状レール１１の幅の大きさの差分のみによって決
まる。この幅の差はマスクの幅の差だけで決まるので高
い精度を得ることができた。ここで特筆すべき特徴とし
て、レール１１の幅の差は、再配列用基板のエッチング
時間やオーバーエッチングには異存しないということが
ある。即ちオーバーエッチングが起こっても広い方も狭
い方も等しくオーバーエッチングされるので幅の差には
変化を生じないのである。このため高さ調整を精密に行
うことができた。

【００３１】再配列によるパッド付きサブキャリアチッ
プ２１と溝付きサブキャリアチップ２２の位置ずれは、
光軸に垂直な方向は左右、高さ方向とも±0.5 μｍ以
下、光軸方向が±２μｍ以下であった。レンズに直径１
mmの球レンズを使用し、コリメートされたビームの直径
が約３００μｍになるようにレンズを選んだので、上記
位置ずれによる光学的特性の劣化は無視できるものであ
った。

【００３２】図２〜４の実施例２では、最初に実装用基
板２の表面に溝２２２（図３では表面の５３に相当）を
形成したため、パッド２１２（図３では５５に相当）の
形成の際に塗布したフォトレジストの厚さが溝２２２の
周囲で不均一になった。本実施例ではフォトリソグラフ
ィーに密着露光を用いたので、このフォトレジストの厚
さの不均一性のためプロセス精度がやや低下した。

【００３３】この問題を解決するための実施例を図５
（実施例３）に示す。最初に裏面のみに窓を設けて溝５
４（図１では裏面の溝２１１および２２１に相当）を形
成し、裏面の溝を途中までエッチングした後、表面の酸
化膜に位置合わせマーク用の窓を設け、更に継続してエ
ッチングした。このようにして、表面に位置合わせマー
ク５８を形成し、裏面に溝５４を形成した。次に、表裏
の両面に化学気相成長(CVD) 法でSi₃N₄ 膜を形成し、エ
ッチング用窓５１を形成した後ボンディングパッド５５
を形成した。次に基板２をボンディングパッドを含むパ
ッド付きサブキャリア用部分基板2a,2b とエッチング用
窓５１を含む溝付きサブキャリア用部分基板2c,2d とに
分割し、部分基板2c,2d のみについてエッチングし、溝
５３を形成した。

【００３４】次に、溝付きサブキャリア用部分基板2c,2
d については球レンズ４を実装した後溝付きサブキャリ
アチップ２２に分割し、パッド付きサブキャリア用部分
基板については、パッド付きサブキャリアチップ２１に
分割後光半導体素子３をボンディングした。

【００３５】次にパッド付きサブキャリアチップ２１と
溝付きサブキャリアチップ２２を再配列用基板１の上で
再配列して光結合した。以上の工程を用いることによ
り、ボンディングパッドを形成する際のプロセスを平坦
な基板上で行うことができた。このため、密着露光プロ
セスを用いた場合でもプロセス精度が向上する効果が得
られた。

【００３６】以上は光半導体素子と球レンズとの位置合
わせを行う実施例であったが、図６には光ファイバーの
位置合わせを含む実施例を示す（実施例４）。ここに２
３は光ファイバ−固定用サブキャリアチップ、２３２は
ファイバ−ガイド用Ｖ溝である。ファイバ−ガイド用Ｖ
溝２３２は既に述べた実施例において球レンズ用溝２２
２を形成した方法と同じ方法で作成した。なお図では見
えていないが、光ファイバ−固定用サブキャリアチップ
の裏面には再配列用メサ状レール１１に嵌合する再配列
用溝状レール２３１が形成されている。

【００３７】次に、本発明を用いて光導波路を含む光結
合を行う例を示す。図７は光導波路と光半導体素子との
光結合を行う実施例（実施例５）、図８は光ファイバ−
と光導波路と光半導体素子の光結合を行う実施例（実施
例６）である。ここに光導波路付きサブキャリアチップ
２４、２５上の光導波路２４２、２５２は有機溶剤で柔
らかくしたプラスチックをスピンコートし、フォトリソ
グラフィ−と酸素プラズマエッチングで矩形に加工して
形成したものである。また３１と３２は光半導体素子で
ある。図７では見えていないが光導波路付きサブキャリ
アチップ２４の裏面には再配列用メサ状レール１１に嵌
合する再配列用溝状レール２４１が形成されている。図
８の実施例では光導波路付きサブキャリアチップ２５は
裏面に形成された再配列用溝状レール２５１で再配列用
メサ状レール１１に嵌合している。

【００３８】次に図９、図10はそれぞれ図７と図８の構
造の製造方法を示す実施例（実施例７、８）である。ま
ず、図９（実施例７）では、（１００）面Si基板２の裏
側に帯状のＶ溝５４を形成する。次に表面にボンディン
グパッド５５を形成後、スピンコーティングとドライエ
ッチングで導波路５６を形成する。

【００３９】次に、ボンディングパッドを含む部分と導
波路を含む部分について各々チップ状のパッド付きブキ
ャリアチップ２１と導波路付きサブキャリアチップ２４
に切断、分離する。パッド付きサブキャリアチップ２
１、光半導体素子３１、３２をボンディングした後、再
配列基板上１で再配列し、光結合を行う。なお、図８に
おいて、導波路２４２は多数配列された導波路５６から
ひとつの導波路を切り出したものである。同様にボンデ
ィングパッド２１２は多数配列されたボンディングパッ
ド５５から１チップ分を切り出したものである。

【００４０】次に、図10（実施例８）では、（１００）
面Si基板２の表面と裏面を同時にエッチングしてＶ溝５
４と５７を形成する。次に表面にボンディングパッド５
５を形成し、その後スピンコーティングとドライエッチ
ングで導波路５６を形成する。

【００４１】次に、ボンディングパッドを含む部分と導
波路を含む部分を各々パッド付きサブキャリアチップ２
１と導波路Ｖ溝付きサブキャリアチップ２５に切断分離
し、パッド付きサブキャリアチップ２１に光半導体素子
をボンディングした後、再配列基板１上で再配列し、光
結合を行った。

【００４２】更に、平坦プロセスを行うために、図１１
（実施例９）に示すように最初に表面のＶ溝５７を形成
し、Siのダイレクトボンディングを利用してSiO₂膜で基
板表面のＶ溝５７を覆い、平坦化し、その後に裏面の溝
54を形成する工程を含む基板加工も行った。この実施例
によれば、表面に最初に形成したＶ溝５７による凹凸を
無くすことができ、密着露光によるフォトリソグラフィ
ープロセス精度の向上とＶ溝中への導波路材料の入り込
みが防止される効果が得られた。

【００４３】以上のプラスチック光導波路を含む実施例
においては、実装用基板１をパッド付きサブキャリア２
１と導波路のついたサブキャリア部分２４、２５とに分
離してから、光半導体素子をパッド付きサブキャリアに
フリップチップボンディングするため、ボンディングの
際に光導波路が高温にさらされなくなる効果があった。
更に、図２３に示すように光半導体素子３１、３２と光
導波路２５２の光軸の高さ調整が容易になる効果もあっ
た。

【００４４】次に、図１２（実施例１０）は、図10に示
した実施例に改良を加えたものであ。本実施例では、導
波路とＶ溝がついた部分を、導波路付きサブキャリア25
a とＶ溝付きサブキャリア25b に切断分離してチップ化
し、再配列した。この方法を用いることにより、光導波
路の端面を壁開で形成して滑らかな面にしたり、光導波
路の端面を研磨して滑らかな面にすることが可能になっ
た。この結果光結合効率が向上した。

【００４５】次に、図１３（実施例１１）は、基板を、
パッドを形成するための部分基板2eと導波路を形成する
ための部分基板2fとＶ溝を形成するための部分基板2g,2
h に切断分離した後に、各部分基板毎にプロセスするも
のである。各プロセスでの位置合わせのため、最初に表
面に位置合わせマークを形成する。位置合わせマークの
形成方法は図４の実施例で説明した方法と同じである。
なお，本実施例では導波路に石英導波路を使用した。本
実施例を用いることにより、平坦な面上にパッドと導波
路を作成できるようになった。更に各基板がプロセス的
に分離されるので、高温プロセスを伴う石英導波路の形
成が可能になった。更に石英導波路の端面を研磨して平
坦な端面を形成することも可能になり、光結合損失が著
しく低下した。

【００４６】次に図１４（実施例１２）は、基板２ｘに
InP 基板を使用する実施例である。まず基板上にSiO₂膜
を形成しフォトリソグラフィーとケミカルエッチングを
行って裏面に再配列用溝状レールを形成した。本実施例
ではピッチの大きい再配列状溝状レール５４a とピッチ
の小さい再配列状溝状レール５４b を形成した。裏面の
再配列用溝状レールのエッチングが終了した後、表面に
エッチング用窓を設け、短時間のケミカルエッチングを
行って基板に深さ0.1 μｍの位置合わせマーク５８を形
成した。次に基板の一部分を残してSiO₂膜を形成し、Si
O₂膜の無い部分にInGaAsP 層を活性層とする半導体レー
ザ用結晶３３をエピタキシャル成長した。さらにストラ
イプのエッチングとストライプの埋め込み成長を行いス
トライプレーザ３３a を形成した。次に基板を４つの部
分基板に分離し、半導体レーザ用結晶をエピタキシャル
成長した部分基板2iには電極を形成し、壁開してレーザ
用ミラー付きレーザチップ３x を形成した。その他の部
分2j,2k,2lには光ファイバ−ガイド用Ｖ溝５７ｘ, Ｖ溝
付きサブキャリアチップ２６x を形成する。そして再配
列用基板を用いて再配列して位置合わせする。光半導体
素子チップをパッド付きサブキャリアにボンディングす
る必要が無くなったので、位置精度が向上する効果が得
られた。

【００４７】次に図１５(A) 〜(C) （実施例１３）は光
半導体素子の位置決めにもＶ溝ガイドを使用する実施例
を示すものである。メサレール付きサブキャリアチップ
２７にメサ状のレール２７２、２７３を形成し、これに
光半導体素子３に形成したＶ溝３１１、３１２を嵌合さ
せて位置合わせする。これまでに示したボンディングパ
ッド２１２と同じように、切断前にフォトリソグラフィ
ーでメサ状のレール２７２、２７３と溝３１１、３１２
を形成することにより、光半導体素子３を高い精度で位
置決めすることができるようになる。本実施例は、本発
明の特徴である再配列によるサブキャリア２７とサブキ
ャリア２２の間の高さ調整機能によりはじめて実用に供
するようになったものである。即ち、図１５ (c)のよう
にサブキャリアチップ２７をサブキャリアチップ２２よ
りも高くしたため、基板による光のケラレが無くなり球
レンズ４との光結合が可能になった。

【００４８】次に図１６（実施例１４／１）はマイクロ
オプティックス技術を用いて光トランシーバを構成する
実施例を示すものである。本実施例では３対の再配列用
溝状レール７１〜７６を持つ基板７上に、5 つのサブキ
ャリアチップ８１〜８５を配列した。サブキャリアチッ
プ８１と８３にはフォトダイオード３５、３６を、８２
には半導体レーザ３４を、８４には光ファイバ−６を、
８５には４つの球レンズ４１〜４４とひとつのキューブ
型ハーフミラー４５を実装した。拡大斜視図に示すよう
に、フォトダイオード３５、３６には面入射型を使用
し、サブキャリアチップ８１、８３に形成したＶ溝９１
のひとつの面で光を反射させて光結合した。フォトダイ
オードはパッド９２にフリップチップボンディングしワ
イヤ９３で配線９０に接続した。

【００４９】半導体レーザにはエッジ出射型のファブリ
ペロー型レーザを使用した。実装にはフォトダイオード
と同様にフリップチップボンディングを使用した。光フ
ァイバー６はサブキャリアチップ８４に形成したＶ溝９
４で位置決めし、球レンズ４１〜４４はサブキャリアチ
ップ８５に形成した溝８６〜８９で位置決めした。ハー
フミラー４５は、図１７（実施例１４／２）に示すガイ
ド治具９５を使用して各面が光軸に垂直になるように角
度調整して接着固定した。

【００５０】本実施例１４によれば、ハーフミラー４５
を除くと無調整で光結合が行われるため、従来の約１／
１０の時間で光トランシーバを組み立てることが可能に
なった。

【００５１】図１８〜２０は実施例１５の説明図であ
る。図１８において，前記第１，第２の基板に（１０
０）面シリコン基板を使用し、前記第１の位置合わせ構
造と前記第２の位置合わせ構造に該シリコン基板をエッ
チングして形成されるＶ溝を使用し、円柱状の部品を前
記第１の基板と前記第２の基板のＶ溝間に挟み込んで位
置合わせする実施例を示すものである。ここに(a) はサ
ブキャリアチップ１（292)のＶ溝（2921）嵌合する第１
の基板(291）のＶ溝（2911）と円柱状の部品（2912）と
サブキャリアチップ２（293)のＶ溝（2931）に嵌合する
第１の基板（291)のＶ溝（2911）と円柱状の部品(2912)
を共通にし、サブキャリアチップ２（293)のＶ溝（293
1）の幅をひろくしてサブキャリアチップ２（293)の高
さが低くなるように調整する実施例、(c) はサブキャリ
アチップ１（292）のＶ溝（2921）嵌合する第１の基板
（291)のＶ溝と円柱状の部品とサブキャリアチップ２
（293)のＶ溝（2931）に嵌合する第１の基板(291）のＶ
溝と円柱状の部品を各々（2913）と（2914）、（2915）
と（2916）に分離し、（2914）を（2913）よりも広く
し、（2921）、（2931）の幅と（2915）、（2916）の直
径を同じにしてサブキャリアチップ２（293)の高さが低
くなるように調整する実施例、(c) はサブキャリアチッ
プ１（292)のＶ溝（2921）に嵌合する第１の基板（291)
のＶ溝と円柱状の部品とサブキャリアチップ２（293)の
Ｖ溝（2931）に嵌合する第１の基板（291)のＶ溝と円柱
状の部品を各々（2913）と（2914）、（2915）と（291
6）に分離し、（2916）の直径を（2915）の直径よりも
小さくし、（2921）、（2931）の幅と（2913）、（291
4）の幅を同じにしてサブキャリアチップ２（293)の高
さが低くなるように調整する実施例である。本実施例に
おいても他の実施例と同様に第１の基板（291）とサブ
キャリアチップ１（292)、サブキャリアチップ２（293)
には（100)面シリコン基板を使用し、Ｖ溝（2911）、
（2913）、（2914）、（2921）、（2931）はエッチャン
トにKOH水溶液を用いる異方性エッチングで形成した。
円柱状の部品（2912）、（2915）、（2916）には石英製
の円柱を使用した。Ｖ溝（2911）の間口の幅は542 μ
ｍ、図(a) のＶ溝（2921）と（2931）の幅はそれぞれ43
5.6 μｍ、577 μｍ、石英製の円柱の直径は500 μｍで
ある。このときサブキャリアチップ１とサブキャリアチ
ップ２の高さの差を 100μｍ±１μｍの精度で設定する
ことができた。

【００５２】図１９のＶ溝（2913）、（2914）、（292
1）、（2931）の幅はそれぞれ435.6μｍ、577 μｍ、54
2 μｍ、542 μｍ、石英製の円柱（2915）、（2916）の
直径は500 μｍ、500 μｍである。このときサブキャリ
アチップ１とサブキャリアチップ２の高さの差を 100μ
ｍ±１μｍの精度で設定することができた。

【００５３】次に、図２０のＶ溝（2913）、（2914）、
（2921）、（2931）の幅はそれぞれ500 μｍ、500 μ
ｍ、500 μｍ、500 μｍ、石英製の円柱（2915）、（29
16）の直径は495 μｍ、437 μｍである。このときサブ
キャリアチップ１とサブキャリアチップ２の高さの差を
100μｍ±１μｍの精度で設定することができた。な
お、本図には明記されていないが、先に説明した実施例
と同様に、サブキャリアチップ１とサブキャリアチップ
２の表面には半導体レーザや球レンズなどの光部品を載
せることができる。更にＶ溝の幅と円柱状の部品の直径
の両方を変化させて高さ調整することも可能なことはい
うまでもない。

【００５４】以上のように本実施例１５においても，高
い位置合わせ精度を得ることができた。なお、本実施例
１５における基板上とサブキャリアチップの下面のＶ溝
の代わりに間口が正方形の逆ピラミッド状の溝を用い、
更に本実施例における円柱状の部品のかわりに球レンズ
やボールベヤリング用のボールなどを使用して位置合わ
せと高さ合わせを行うこともできる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば部品間の光軸の高さの調
整を容易にし，プラスチック導波路の熱的影響を回避す
ることができる。この結果，光ファイバと分岐合波等の
光回路と光半導体素子間の光結合を容易にし，光通信用
光部品の製造を容易にすることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の説明図

【図２】 本発明の実施例２の説明図(1)

【図３】 本発明の実施例２の説明図(2)

【図４】 本発明の実施例２の説明図(3）

【図５】 本発明の実施例３の説明図

【図６】 本発明の実施例４の説明図

【図７】 本発明の実施例５の説明図

【図８】 本発明の実施例６の説明図

【図９】 本発明の実施例７の説明図

【図１０】 本発明の実施例８の説明図

【図１１】 本発明の実施例９の説明図

【図１２】 本発明の実施例１０の説明図

【図１３】 本発明の実施例１１の説明図

【図１４】 本発明の実施例１２の説明図

【図１５】 本発明の実施例１３の説明図

【図１６】 本発明の実施例１４の説明図(1)

【図１７】 本発明の実施例１４の説明図(2)

【図１８】 本発明の実施例１５の説明図(1)

【図１９】 本発明の実施例１５の説明図(2)

【図２０】 本発明の実施例１５の説明図(3）

【図２１】 本発明の高さ調整の作用の説明図

【図２２】 本発明の効果を説明する図(1)

【図２３】 本発明の効果を説明する図(2)

【図２４】 従来例の説明図(1)

【図２５】 従来例の説明図(2)

【図２６】 従来例の説明図(3）

【符号の説明】

１ 再配列用基板 １１、１１a 、１１b 再配列用メサ状レール ２ 実装用基板 2y,2z シリコン基板 2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g,2h 部分基板 ２ｘ 化合物半導体基板 2i,2j,2k,2l 部分基板 ２７４、２７５、２７６ 溝 ３、3b、３x、３１、３２ 光半導体素子 ３３ 半導体結晶 ３３a レーザストライプ ３４ 半導体レーザ ３５、３６ フォトダイオード ３１１、３１２ Ｖ溝 ４、４１、４２、４３、４４ 球レンズ ４５ ハーフミラー ５,5b,5c,5d,5x SiO₂膜 ５１、５２ 酸化膜に形成したエッチング用窓 ５３、５４、54a,54b 溝 ５５ ボンディングパッド ５６ 光導波路 ５７、５７ｘ Ｖ溝 ５８ 位置合わせマーク ６ 光ファイバ− ２１ パッド付きサブキャリアチップ ２１１、２２１、２３１、２４１、２５１、２６１、２
７１ 再配列用溝状レール ２１２ ボンディングパッド ２２ 溝付きサブキャリアチップ ２２２ 溝 ２３、２５b Ｖ溝付きサブキャリアチップ ２３２ Ｖ溝 ２４、２５a 導波路付きサブキャリアチップ ２４２ 導波路 ２５ 導波路Ｖ溝付きサブキャリアチップ ２５２ 導波路 ２５３ Ｖ溝 ２６x Ｖ溝付きサブキャリアチップ ２６３ Ｖ溝 ２７ メサレール付きサブキャリアチップ ２７２、２７３ メサ状レール ７１、７２、７３、７４、７５、７６ 再配列用メサ状
レール ８１、８２、８３、８４、８５ サブキャリアチップ ８６、８７、８８、８９ 溝 ９０ 配線 ９１ Ｖ溝 ９２ ボンディングパッド ９５ ガイド治具 ３０１ シリコン基板 ３０２ Ｖ溝 ３０３ 光半導体素子 ３０４ 球レンズ ３０５ ボンディングパッド ３０６ ケラレを生じる部分 ３０７ スペーサ ３０８ 光導波路 ３０８a 、３０８b 、３０８c はそれぞれ光導波路のコ
ア、クラッド、コア、３０９は光ファイバー ２９１ 第１の基板 ２９２、２９３ サブキャリアチップ ２９１１、２９１３、２９１４、２９３１ Ｖ溝 ２９１２、２９１５、２９１６ 石英製の円柱状部品

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｍ 7630−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｄ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面には光部品を位置決めするためのＶ
   溝と光半導体素子を接続するボンディングパッドと光導
   波路のいずれか２つ以上が形成され、裏面には位置合わ
   せの基準となる第１の位置合わせ構造が形成された第１
   の基板から分離切断された、光部品を位置決めするため
   のＶ溝付サブキャリアチップ、光半導体素子を搭載する
   ためのボンディングパッド付サブキャリアチップ、光導
   波路付サブキャリアチップのいずれか２つ以上と、表面
   に前記第１の位置合わせ構造と位置合わせするための第
   ２の位置合わせ構造を持った第２の基板とを有し、前記
   第１の位置合わせ構造と前記第２の位置合わせ構造とを
   使用して前記第２の基板上に２つ以上の前記サブキャリ
   アチップを位置合わせして再配列したことを特徴とする
   光結合構造。
2. 【請求項２】 前記第１の基板と前記第２の基板に（１
   ００）面シリコン基板を使用し、前記第１の位置合わせ
   構造と前記第２の位置合わせ構造の組み合わせに該シリ
   コン基板を異方性エッチングして形成したＶ字形あるい
   は逆台形の再配列用溝状レールと該シリコン基板を異方
   性エッチングして形成した逆Ｖ字形あるいは台形の再配
   列用メサ状レールの組み合わせを使用し、前記再配列用
   メサ状レールに前記再配列用溝状レールを嵌合させて位
   置合わせし、再配列したことを特徴とする請求項１記載
   の光結合構造。
3. 【請求項３】 前記再配列用溝状レールあるいは前記再
   配列用メサ状レールの少なくとも一方の少なくとも一部
   に台形あるいは逆台形のレールを使用し、該再配列用溝
   状レールあるいは該再配列用メサ状レーの少なくとも一
   方の少なくとも一部分のレール幅がレールの長手方向の
   途中でステップ状に変化しており、複数の前記サブキャ
   リアチップの相対的表面高さが異なるように該再配列状
   メサ状レールと該再配列用溝状レールとが嵌合されて再
   配列されたことを特徴とする請求項２記載の光結合構
   造。
4. 【請求項４】 前記第１の基板と前記第２の基板に（１
   ００）面シリコン基板を使用し、前記第１の位置合わせ
   構造と前記第２の位置合わせ構造に該シリコン基板を異
   方性エッチングして形成したＶ字形あるいは逆台形溝を
   使用し、円柱状の部品を前記第１の基板と前記第２の基
   板のＶ字形あるいは逆台形溝に挟み込んで位置合わせ
   し、再配列したことを特徴とする請求項１記載の光結合
   構造。
5. 【請求項５】 前記Ｖ溝の間口の幅を変化させて、ある
   いは前記円柱状の部品の直径を変化させ、あるいは両方
   を組み合わせて複数の前記サブキャリアチップの相対的
   表面高さを調整したことを特徴とする請求項４記載の光
   結合構造。
6. 【請求項６】 前記第１の基板と前記第２の基板に（１
   ００）面シリコン基板を使用し、前記第１の位置合わせ
   構造と前記第２の位置合わせ構造に該シリコン基板を異
   方性エッチングして形成した逆ピラミッド状の溝を使用
   し、球状の部品を前記第１の基板と前記第２の基板の逆
   ピラミッド状の溝に挟み込んで位置合わせし、再配列し
   たことを特徴とする請求項１記載の光結合構造。
7. 【請求項７】 前記逆ピラミッド状の溝の間口の幅を変
   化させて、あるいは前記球状の部品の直径を変化させ、
   あるいは両方を組み合わせて複数の前記サブキャリアチ
   ップの相対的表面高さを調整したことを特徴とする請求
   項６記載の光結合構造。
8. 【請求項８】 第１の基板の裏面に位置合わせの基準と
   して使用できる第１の位置合わせ構造を形成し、次い
   で、該第１の基板の表面に光部品を位置決めするための
   Ｖ溝と光半導体素子を搭載するボンディングパッドと光
   導波路のいずれか２つ以上を形成する工程と，次いで、
   該第１の基板を光部品を位置決めするためのＶ溝付サブ
   キャリアチップと光半導体素子を搭載するためのボンデ
   ィングパッド付サブキャリアチップと光導波路付サブキ
   ャリアチップのいずれか２つ以上に分割する工程と、該
   サブキャリアチップを該第１の位置合わせ構造と位置合
   わせするための第２の位置合わせ構造を持った第２の基
   板上に位置合わせして再配列する工程とを有することを
   特徴とする光結合構造の製造方法。
9. 【請求項９】 第１の基板の裏面と表面に各々位置合わ
   せの基準として使用できる第１の位置合わせ構造と第３
   の位置合わせ構造を形成し、次いで第１の基板の表面を
   加工する工程と、該第１の基板を複数の部分基板に分割
   する工程と、該部分基板の表面に形成されている前記第
   ３の位置合わせ構造を基準にして該部分基板毎に更に表
   面を加工する工程と、次いで、該部分基板を更に小さい
   サブキャリアチップに分割する工程と、該サブキャリア
   チップの裏面に形成された前記第１の位置合わせ構造と
   位置合わせするための第２の位置合わせ構造を持った第
   ２の基板上に位置合わせして再配列する工程とを有する
   ことを特徴とする光結合構造の製造方法。
10. 【請求項10】 前記第１および前記第２の位置合わせ構
    造に請求項２記載の構造を用い、且つ、前記第３の位置
    合わせ構造に第１の基板表面に形成された誘電体あるい
    は金属あるいは半導体をエッチングして形成したパター
    ンを用いることを特徴とする請求項９記載の光結合構造
    の製造方法。