JPH095586A

JPH095586A - 光学装置

Info

Publication number: JPH095586A
Application number: JP15914195A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Tabuchi; 晴彦田淵; Masumi Norizuki; 真澄法月; Masami Goto; 正見後藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1995-06-26
Publication date: 1997-01-10

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は複数の光部品が位置合わせされる光
学装置に関し、光部品間の位置合わせの精度、光軸高さ
調整の自由度の向上を図ることを目的とする。【構成】基板２２上に、異方性エッチングにより、光
ファイバ２４を嵌合するガイド溝２６を形成すると共
に、半導体レーザ２３に形成されたバンプ２７を嵌合す
る所定数の溝２５を形成する。そして、基板２２の溝２
５に半導体レーザ２３のバンプ２７を嵌合して固着し、
ガイド溝２６に光ファイバ２４を嵌合して固着すること
で光軸を一致させて光結合させる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の光部品が位置合
わせされる光学装置に関する。近年、複数の光部品を組
み合わせた光学装置を使用するものとして光通信用端末
装置や光情報処理用副装置等があり、装置の品質向上の
要求から光学装置の各光部品間の位置合わせを精密に行
う必要がある。また、精密な位置合わせに際して自由度
の向上が望まれている。

【０００２】

【従来の技術】従来、光学装置を構成する複数の光部品
を位置合わせする場合、各光部品を実装する基板にそれ
ぞれの該光部品を位置合わせして固定することにより、
各光部品の光軸を一致させた位置合わせが行われるもの
で、位置合わせの方法は従来より各種知られている。

【０００３】そこで、図１０に、従来の光部品の基板へ
の各種位置合わせの説明図を示す。図１０（Ａ）は、光
部品１１が機械的により、又はマスクを介して液体によ
るケミカルエッチング若しくはイオン、ラジカル元素な
どを用いたドライエッチングによりその表面に突起部１
１ａが形成される。一方、基板１２に、上記同様の加工
手段で該光部品１１の突起部１１ａに対応する凹形状の
溝１２ａが形成される。この基板１２の溝１２ａに光部
品１１の突起部１１ａを嵌合させて位置合わせするもの
である。

【０００４】図１０（Ｂ）は、光部品１１に上記加工手
段で凹形状の溝１１ｂを形成し、基板１２に上記加工手
段で該溝１１ｂに対応する突起部１２ｂを形成して、該
基板１２の突起部１２ｂに光部品１１の溝１１ｂを嵌合
させて位置合わせする。図１０（Ｃ）は、光部品１１に
例えは異方性エッチングによりテーパ状の突起部１１ｃ
を形成し、基板１２に例えば異方性エッチングにより該
突起部１１ｃに対応するＶ形状の溝１２ｃを形成して、
該基板１２のＶ形状の溝１２ｃに光部品１１の突起部１
１ｃのテーパ部分を一致させて嵌合（ジャンクションダ
ウン）させることにより位置合わせを行う。

【０００５】図１０（Ｄ）は、光部品１１に例えば異方
性エッチングにより複数（図では２つ）のＶ形状の溝１
１ｄ₁，１１ｄ₂を形成し、基板１２に例えば異方性エ
ッチングにより該基板１１ｄ₁，１１ｄ₂に対応する数
のテーパ状（図では断面台形状）の突起部１２ｄ₁，１
２ｄ₂を形成して、該基板１２のテーパ状の突起部１２
ｄ₁，１２ｄ₂に光部品１１のＶ形状の溝１１ｄ₁，１
１ｄ₂のテーパ部分を一致させて嵌合（ジャンクション
ダウン）させることにより位置合わせを行う。

【０００６】図１０（Ｅ）は、基板１２に例えば異方性
エッチングによりＶ形状の溝１２ｅを形成し、この溝１
２ｅに球状又は円柱状の部品（光ファイバ等）１３を嵌
合させて位置合わせを行うものである。また、図１１
に、従来の位置合わせ固定で用いられる自己位置整合ボ
ンディングの説明図を示す。図１１（Ａ）において、２
３は半田などの低融点金属による溶融金属部材、２１ａ
は部品２１に形成されたパターンで、溶融金属部材２３
が溶融したとき、この溶融した金属が表面によくなじん
で被着し易い（以下、これを「濡れ性がある」あるいは
「濡れ性のあるパターン」という）材料で形成されたも
の、２２ａは基板２２に形成された（溶融金属部材２３
に）濡れ性のあるパターンである。通常、溶融金属部材
２３は二つの部品のどちらか一方のパターン（本例の場
合ではパターン２１ａ）に被着させて形成する。

【０００７】このボンディングは、例えば次のようにし
て行われる。通常基板表面にフラックス等の粘性のある
材料による皮膜が形成される。これを仮固定用の糊とし
て使用し、パターン２２ａ上に溶融金属部材２３の先端
を接着し仮固定する。この際、部品２１を搭載するため
の装置は位置決め誤差を有するので、溶融金属部材２３
の先端は図１１（Ａ）の如くパターン２２ａの中心から
ずれた位置に仮固定される。

【０００８】次に、図１１（Ｂ）において、加熱しリフ
ローすると溶融金属部材が液相に相変化（あるいは溶
融）する。溶融金属部材が液相化すると、それに対する
力学的作用は重力（ただし、無重力場に置かれたときに
は重力は作用しない）と表面張力のみになる。溶融した
溶融金属部材は、重力と表面張力によるポテンシャルが
最小になるような形状になろうとする。

【０００９】そこで、重力が加わる方向が垂直方向にな
るようにしておけば、図１１（Ｃ）のように側面が真球
面になるように自動的に形状が変化し、その状態が維持
される。次いで、冷却（自然冷却またはゆっくり冷却ま
たは急冷）することで溶融金属部材２３が固相化する。
この結果部品２１上のパターン２１ａが基板２２上のパ
ターン２２ａに精密に位置合わせされ、固着される。な
おこの詳細は、例えば文献IEEE TRANSACTIONS ON COMPO
NENTS,HYBRIDS,AND MANUFACTURING TECHNOLOGY,VOL.15,
NO.2,APRIL 1992,PP.225-230等に記載されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例に
は次のような問題点がある。図１０（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ）に示す方法を用いて基板と光部品を位置合わせす
る場合には、基板１２に形成する溝１２ａ，１２ｃの深
さや突起１２ｂ，１２ｄ１，１２ｄ２の高さを比較的大
きく（例えは１０μｍ以上）し、かつ、光部品１１に形
成する突起１１ａ，１１ｃの高さや溝１１ｂ，１１ｄ
１，１１ｄ２の深さを比較的大きく（例えば１０μｍ以
上）する必要がある。

【００１１】既に述べたように、図１０（Ａ），（Ｂ）
の場合は液体によるケミカルエッチング（以下この「液
体によるケミカルエッチング」を「ウエットエッチン
グ」という）やイオンやラジカル元素等の粒子によるエ
ッチング（以下この「イオンやラジカル元素などの粒子
によるエッチング」を「ドライエッチング」という。）
を用いる。このようなエッチング方法は一般的にエッチ
ング速度を精密に制御することが困難であり、更に図の
水平方向にもエッチングが進む（以下この水平方向のエ
ッチングを「サイドエッチング」という。）という問題
がある。

【００１２】即ち、エッチング速度そのものを一定に保
つことが困難であるため、例えば図１０（Ｂ）の突起１
２ｂや、図１０（Ｄ）の突起１２ｄ１，１２ｄ２の高さ
を精密に制御するのは難しい。更に、水平方向と垂直方
向のエッチング速度の比（即ちサイドエッチングの大き
さ）を一定に保つことが困難であるため、精度の高い溝
や突起を形成することは困難である。

【００１３】なお、上記エッチング方法のうちドライエ
ッチングには比較的サイドエッチングが生じにくいもの
もあるが、この方法を用いた場合にはそのエッチング速
度が遅くなるという問題がある。例えばＲＩＥ（リアク
ティブイオンエッチング）法等ではそのエッチングの速
度はたかだか１分当たり０．１μｍ程度である。そのた
め、１０μｍの溝や突起の形成にも１００分もの長時間
要するという問題を生ずる。

【００１４】図１０（Ｃ），（Ｄ）に示す方法には、こ
の方法を利用可能となるのが光部品１１が異方性エッチ
ングが可能な単結晶で形成されている場合に限られると
いう問題がある。さらに、図１０（Ｃ）の従来例に特有
の問題として、光部品１１が半導体レーザの場合で、発
光部が形成された側が基板側になるような（以下この
「発光部が形成された側が基板側になるような」配置の
仕方を「ジャンクションダウン」という。）ボンディン
グを行った場合に、光軸が基板表面より低くなり、他の
光部品との光結合が困難になるという問題がある。ま
た、図１０（Ｄ）の従来例に特有の問題として、突起部
１１ｄ１，１１ｄ２の高さの調節が困難になるとともに
他の部品を嵌合させるための他の嵌合部の形成が困難に
なるという問題がある。

【００１５】上記異方性エッチングによる形成の問題に
ついて説明すると、多くの光学装置では例えば光導波路
のように、ガラスや誘電体材料やプラスチックなどで形
成された光部品を位置合わせし固定したい場合がある
が、上述のように、これらの材料で形成された光部品に
ついては、図１０（Ｃ），（Ｄ）の方法を用いることが
困難になる。

【００１６】次に、上記ジャンクションの問題について
は図１２を参照して具体的に説明する。図１２は半導体
レーザ１１を基板１２にジャンクションダウンでボンデ
ィングする場合に図１０（Ｃ）の方法を用いる場合の問
題点を説明するための図である。図１２（Ａ）は正面
図、図１２（Ｂ）は正面図のＹ−Ｙ断面側面図である。
ここに１４は半導体レーザ１１の活性層である。

【００１７】図示したように、半導体レーザの活性層の
位置はその下側表面近傍に形成される。具体的には、表
面から１〜５μｍ程度の位置に形成される。そのため、
溝１２ｃの深さや突起１１ｃの高さが５μｍ以上である
場合には、活性層が基板表面よりも低い部位に位置する
ようになり、他の光部品との光結合が困難になる。上述
のように、溝１２ｃの深さや突起１１ｃの高さは１０μ
ｍ以上なので、他の光部品との光結合が困難になる。

【００１８】続いて、上記高さ調整の問題については図
１３を参照して具体的に説明する。図１３は半導体レー
ザ１１を基板１２にジャンクションダウンでボンディン
グする場合に図１０（Ｄ）の方法を用いる場合の問題点
を説明するための図である。図１３（Ａ）は正面図、図
１３（Ｂ）は側面図である。ここに１４は半導体レーザ
１１の活性層、ｈ１は基板の平坦部の表面からみた突起
部１１ｄ１と１１ｄ２の高さである。ｈ１はエッチング
の速度とエッチングの時間とによって決まるものであ
り、その精密な制御を行うことは困難である。そのため
ｈ１を精密に調節することは困難である。

【００１９】さらに、基板表面の突起部１２ｄ１と１２
ｄ２があるため、フォトリソグラフィー技術等を用いて
この表面に他の部品を位置合わせするための精密な位置
合わせ構造、例えば図１０（Ｅ）のような光ファイバを
位置決めするための溝等、を形成することが困難にな
る。よって、この方法を用いて光部品を精密に位置合わ
せするのは困難である。

【００２０】次に、図１１に示す自己位置整合ボンディ
ングを用いると、次に述べるような理由により、半導体
レーザと光導波路と光ファイバの光軸高さを合わせるこ
とが困難になり、その結果光結合が困難になる問題を生
ずる。上記理由を説明するために、まず半導体レーザと
光導波路の光軸高さの違いについて図１４を参照して説
明し、次いで図１５を参照して光軸高さが違うことに起
因する問題点及び光ファイバとの光結合を行う際の問題
点について説明する。

【００２１】図１４（Ａ）は半導体レーザの活性層の高
さを説明する図、図１４（Ｂ）は石英系導波路の構造を
説明する図である。半導体レーザの活性層１４はその基
板の表面からｈ２（１〜２μｍ）の位置に形成される。
これに電極の厚さが加わり、基板に載置したときその光
軸中心は基板表面より１〜５μｍの高さに位置するよう
になる。次に、石英系光導波路１５はそのコア層１７ａ
の厚さが５〜１０μｍ、クラッド層１７及びクラッド層
１７ｂの厚さが２５〜３０μｍである。

【００２２】そのため、コア層１７ａの中心の高さは２
７μｍ以上になる。このように半導体レーザと石英系導
波路とはその光軸中心高さが大きく異なる。従って、図
１１に示した自己位置整合ボンディングを用いて半導体
レーザと石英系光学導波路とを光結合しようとすると、
図１５（Ｂ）に示すように半導体レーザのボンディング
には比較的大きな溶融金属部材１８が必要になる。

【００２３】しかしながら、文献IEEE TRANSACTIONS ON
COMPONENTS,HYBRIDS,AND MANUFACTURING TECHNOLOGY,V
OL.15,NO.2,APRIL 1992,PP.225-230に記載されているよ
うに、溶融金属部材が大きくなると位置精度が低下しや
すくなる問題が生ずる。次に、図１５（Ｂ）の光結合系
では、光ファイバとの光軸の高さ合わせが困難になる問
題をも生ずる。図１３（Ｅ）あるいは図１５（Ａ）から
明らかなように、光ファイバをシリコン基板１２を異方
性エッチングして形成した溝１２ｅでガイドすると、光
ファイバの中心（これは光軸位置に相当する）の高さは
溝の幅と光ファイバの直径によって決まる。

【００２４】そして、光ファイバを溝１２ｅの斜面に内
接させて載置しようとすると、光ファイバの光軸のとり
うる高さの最大値は光ファイバの直径のみによって決ま
る。幹線系の光通信に最も多く用いられているシングル
モード光ファイバ１３は、その直径が１２５μｍであ
り、この光ファイバを用いたときの光ファイバの光軸の
とりうる高さの最大値は３６μｍである。光ファイバの
光軸の高さを最大値に設定すると安定性が悪いので、実
用性を考慮し実際には光軸高さは３０μｍ以下に設定さ
れる。

【００２５】一方、図１４で説明したように、実用的な
石英系光導波路においては、その表面からコア中心まで
の距離（図１４のｈ３に相当するもの）が２７μｍ以上
のものが用いられる。従って、自己位置整合ボンディン
グを用いて、このような光導波路と光ファイバを光軸高
さを一致させて基板上に載置しようとすると、自己位置
整合ボンディングに用いる溶融金属部材１９の高さを２
〜３μｍ以下にしなければならない。

【００２６】しかし、溶融金属部材が自己位置整合作用
を呈するためにはある程度の厚さが必要であり、例えば
この溶融金属部材１９は、半導体レーザをボンディング
した後においてその高さが少なくとも１０μｍより大で
あることが好ましい。溶融金属部材１９の厚さが１０μ
ｍより大であると、ボンディング後の図１５（Ｂ）の高
さｈ５は３７μｍより大となる。従って、図１５（Ｂ）
に示すように石英系光導波路１５と光ファイバ１３との
高さが一致しなくなる問題を生ずる。そのため、半導体
レーザと石英系光導波路と光ファイバの光結合に自己位
置整合ボンディングを用いることは好ましくない。

【００２７】続いて、図１６を参照して、自己位置整合
ボンディングの他の問題点を説明する。図１６（Ａ）は
図１１に示す自己位置整合ボンディングを用いて半導体
レーザ１１と光導波路１５と光ファイバ１３とを光結合
する例を示すものである。ここにＧ１及びＧ２はそれぞ
れ自己位置整合して固定された後の半導体レーザ１１と
光導波路１５とのギャップ及び光導波路１５と光ファイ
バー１３とのギャップの大きさを示している。高い光結
合効率を得るためにはできるだけＧ１とＧ２を小さくす
ることが望ましい。

【００２８】図から明らかなように、Ｇ２を小さくする
にはパターン１２ｇをできるだけ溝１２ｅに近づける必
要がある。このパターン１２ｇはフォトレジストに転写
したパターンを用いて形成されるものである。しかし、
光ファイバを嵌合させるための溝１２ｅは、フォトリソ
グラフィープロセスを行うには非常に深い（光ファイバ
ーの直径１２５μｍのときその深さは５０μｍ以上）も
のである。

【００２９】そのため、フォトレジストを塗布すると図
１５（Ｂ）に示すように、溝周辺ではフォトレジストの
厚さが不均一になる。このようなフォトレジストを用い
てパターン形成すると、パターン１２ｇのうち溝近傍の
パターンはその形状精度が劣化しやすくなる。このパタ
ーンの形状精度の劣化は、高さ及び位置精度の劣化を招
くため好ましくない。

【００３０】そこで、パターンの形状精度の劣化を防止
するために溝１２ｅの先端とパターン１２ｇとの距離を
大きくしなければならない。この結果、自己位置整合ボ
ンディングを用いて光ファイバと他の光部品との光結合
を行うとＧ２が大となり、結合効率が劣化する問題を生
ずる。

【００３１】次に、ギャップＧ１の大きさについて図１
５を参照し説明する。図１１で説明したように、自己位
置整合ボンディングを行うに際しては最初に仮固定を行
いリフローする。例えば、図１５（Ａ）のように二つの
部品をボンディングする場合には最初に両方の部品を仮
固定し、次いでリフローを行う。この仮固定の際、部品
を載置するための装置の誤差が原因となって、いくらか
の位置誤差を生ずる。例えばこの位置誤差の大きさは１
０μｍ程度である。

【００３２】図１５（Ａ）のように半導体レーザ１１と
光導波路１５を仮固定する場合には、半導体レーザ１１
が右側に１０μｍづれて仮固定され、光導波路が左側に
１０μｍづれて仮固定されると、最大では２０μｍの相
対的ずれを生ずる。従って、ギャップＧ１が２０μｍよ
り小さいと、図１５（Ｃ）のように光導波路が半導体レ
ーザに衝突する問題を生ずる。これを避けるためには、
ギャップＧ１を大としなければならないので、光結合率
が低下する問題を生ずる。

【００３３】さらに、図１０及び図１１の各従来例に共
通の問題として、半導体レーザ、光導波路及び光ファイ
バ等を嵌合させるための嵌合構造を形成する際、その嵌
合すべき部品が異なると、該嵌合構造の形成に用いる加
工手段、その加工工程が進行する時間及び雰囲気が異な
ったものとなるという問題がある。

【００３４】具体的には、例えば、光ファイバを嵌合さ
せるための溝の形成には第１のフォトマスクを用いてパ
ターンを基板上に転写し、この転写されたパターンをマ
スクとして用いてエッチング等により溝を形成する。次
に他のフォトマスクを用いて半導体レーザ用のボンディ
ングパターン形成したりあるいはレーザの突起や溝と嵌
合させるべき部品嵌合部を形成する。

【００３５】このように従来の方法では基板上に部品嵌
合部を形成する際、それぞれの部品ごとに異なるフォト
マスクを使用しなければならない。このようにすると、
フォトマスクを交換するたびに合わせ誤差を生じ、その
結果光部品の位置合わせ精度が低下し、結合効率が低下
する問題がある。

【００３６】さらに、ファイバーを嵌合すべき溝をエッ
チングする時間と他の部品を嵌合すべき溝をエッチング
する時間とが異なると、エッチング速度やサイドエッチ
ングの大きさなどが微妙に異なってくるため（即ち加工
を行う時間の同時性が失われる加工工程の同質性が失わ
れるため）加工誤差が大きくなやすい。特に、エッチン
グの速度の違いによって溝の深さ等の制御性が悪くなる
ため、図１０（Ｄ）の例のように、高さ方向の誤差が大
きくなり易いという問題がある。

【００３７】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、基板上の嵌合部の加工工程の同質性及び同時性
を向上させ、光部品の位置合わせの精度を向上させるこ
とをその一つの目的とするものである。さらに第１の目
的達成のための主要な手段により、光軸高さ調節の自由
度を向上させ、かつ、ギャップＧ１又はＧ２を小さくし
て結合効率を向上させることができる光学装置を提供す
ることを目的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】請求項１では、嵌合部が
形成された少なくとも１個の第１の光部品を基板に形成
した該第１の光部品の嵌合部と嵌合する第１の部品嵌合
部に嵌合させて位置決め固定し、かつ少なくとも１個の
第２の光部品を基板に形成した該第２の光部品と嵌合す
る第２の部品嵌合部に嵌合させて位置決め固定して該第
１の光部品と該第２の光部品とを光結合してなり、前記
基板の前記第１及び第２の部品嵌合部が、共に半導体製
造と同一の加工手段で同時に加工工程を進行させて形成
されてなる光学装置が構成される。

【００３９】請求項２では、嵌合部が形成された少なく
とも１個の第１の光部品を基板に形成した該第１の光部
品の嵌合部と嵌合する第１の部品嵌合部に嵌合させて位
置決め固定し、かつ嵌合部が形成された少なくとも１個
の第２の光部品を基板に形成した該第２の光部品の嵌合
部と嵌合する第２の部品嵌合部に嵌合させて位置決め固
定して該第１の光部品と該第２の光部品とを光結合して
なり、前記基板の前記第１及び第２の部品嵌合部が、共
に半導体製造と同一の加工手段で同時に加工工程を進行
させて形成されてなる光学装置が構成される。

【００４０】請求項３では、嵌合部が形成された少なく
とも１個の第１の光部品を基板に形成した該第１の光部
品の嵌合部と嵌合する第１の部品嵌合部に嵌合させて位
置決め固定し、かつ少なくとも１個の第２の光部品をガ
イドすると共に、基板に形成した第２の部品嵌合部に嵌
合する嵌合部を有する固定部材で該第２の光部品を位置
決め固定して該第１の光部品と該第２の光部品とを光結
合してなり、前記基板の前記第１及び第２の部品嵌合部
が、共に半導体製造と同一の加工手段で同時に加工工程
を進行させて形成されてなる光学装置が構成される。

【００４１】請求項４では、請求項１〜３の何れか一項
において、前記基板にシリコン基板を用い、前記第１及
び第２の部品嵌合部のそれぞれがシリコンを異方性エッ
チングして形成した逆ピラミッド状の溝、又は断面Ｖ字
型の溝、又は断面逆台形の溝、又は断面が台形の帯状の
突起のうちの一つである。

【００４２】請求項５では、請求項１〜３の何れか一項
において、前記第１若しくは第２の光部品に形成された
嵌合部、又は前記固定部材に形成された嵌合部のうちの
少なくとも一がパターンに被着した常温で固相である部
材を、表面張力のみによるポテンシャルが最小となる形
状に変化させるべく液相化し、該形状を維持させつつ固
相化した突起部でなる。

【００４３】請求項６では、請求項３記載の固定部材の
嵌合部が溝で形成されてなる。請求項７では、光部品、
又は該光部品を位置決めするための固定部材である第１
の部品を、基板である第２の部品に位置決め載置するも
ので、該第１又は第２の部品の一方に突起部を形成する
と共に他方に該突起部と嵌合するくぼみ部を形成するも
のであり、前記第１又は第２の部品に形成された突起部
が、パターンに被着した常温で固相である部材を、表面
張力のみによるポテンシャルが最小となる形状に変化さ
せるべく液相化し、該形状を維持させつつ固相化して形
成されてなる光学装置が構成される。

【００４４】請求項８では、請求項７記載のくぼみ部が
形成される部品が単結晶部材で形成され、該くぼみ部が
単結晶部材を異方性エッチングにより逆ピラミッド状の
溝、又は断面Ｖ字型の溝、又は断面逆台形の溝で形成さ
れてなる。請求項９では、請求項８記載の単結晶部材
が、シリコン単結晶、GaAs単結晶、GaAlAs単結晶、InP
単結晶、InGaAs単結晶、InGaAsP 単結晶、又はInAlAs単
結晶の部材が用いられる。

【００４５】請求項１０では、請求項５，７，８及び９
の何れか一項において、前記突起部の表面に、該突起部
を形成する部材より軟化温度の高い材料、及び該突起部
を形成する部材より硬度の大な材料の少なくとも何れか
一方の材料よりなる皮膜が被着されてなる。

【００４６】請求項１１では、請求項１〜１０の何れか
一項において、前記光部品は、光半導体装置、光導波路
装置、光ファイバの何れかを少なくとも含んで構成され
る。

【００４７】

【作用】請求項１の発明では、嵌合部を形成した第１の
光部品の該嵌合部を基板に形成した第１の部品嵌合部に
嵌合させて位置合わせし、かつ、第２の光部品そのもの
を基板に形成した第２の部品嵌合部に嵌合させて位置合
わせする。そして、該第１の部品嵌合部と第２の部品嵌
合部を形成する際、その両方を、半導体製造と同一の加
工手段として基板にパターンを転写する方法と同一の方
法（以下これを「微細パターン転写技術」という）によ
り一時に転写されたパターンを用い、これをマスクに位
置と形状とを限定し、かつ、同一の加工手段による加工
工程を同時に進行させることによって形成するものであ
る。これにより、パターン転写と加工工程の両方につい
て、同時性と均質性が担保される。そのため、第１の部
品嵌合部と第２の部品嵌合部の相対位置が精密に位置合
わせされるとともに、その形状が均一になり、両者の位
置合わせ精度が向上する。

【００４８】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、第２の光部品に嵌合部を形成し、該嵌合部を基板上
の第２の部品嵌合部に嵌合させるようにし、これ以外を
請求項１の発明と同じにしたものである。本発明によっ
ても請求項１の発明と同様の作用により同様の効果が得
られる。

【００４９】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、第２の光部品を、第２の光部品を位置決めするため
の部材である固定部材により位置決めし載置するもので
ある。その際、該固定部材に嵌合部を形成し、該嵌合部
を基板上の第２の部品嵌合部に嵌合させるようにし、こ
れ以外を請求項１の発明と同じにしたものである。本発
明によっても請求項１の発明と同様の作用により同様の
効果が得られる。

【００５０】請求項４の発明は、請求項１及び請求項２
及び請求項３の発明における第１の光部品嵌合部及び第
２の光部品嵌合部の形成方法に関するもので、基板にシ
リコン基板を用い、嵌合部を異方性エッチングによって
形成すべき断面が逆ピラミッド状の溝、断面がＶ字型の
溝、断面が逆台形の溝、又は断面が台形の突起にする。
このようにすることにより、容易に、一時に、均質で高
精度の嵌合部を形成できるようになる。

【００５１】さらに、本発明を用いると、微細パターン
転写技術を用いて平坦な基板上へ１回だけパターンを転
写するだけでエッチング用マスクパターンを形成でき
る。そのため、図１５（Ｂ）の従来例のようにフォトレ
ジストの厚さの不均一によりパターン精度が劣化するよ
うなことは起こらなくなる。

【００５２】請求項５の発明は、請求項１及び請求項２
及び請求項３の発明における嵌合部の形成方法に関する
もので、嵌合部が、パターンに被着させた常温（あるい
は室温）において固相である部材を液相に相変化させ、
液相化したときの表面張力のみによるポテンシャルが最
小になるように形状を変化させ、この表面張力によるポ
テンシャルが最小である形状を保持したままで再び固相
に相変化させ、常温（あるいは室温）において外力が加
わった場合でもその形状を維持するようにして形成した
突起部によって成るものとする。なお地上においては上
記表面張力に力学的作用による重力や気体分子の対流に
よる力等が加わる場合があるものとする。更に、上記方
法により形成される突起部は第１の光部品の嵌合部と第
２の光部品を固定するための固定部材の嵌合部の両方に
適用可能なものである。また、上記常温とは、本発明に
よる光学装置が使用あるいは保管される温度範囲のこと
であり、地球上においてはおおよそ−４０℃から１００
℃範囲と考えればよい。

【００５３】これにより、上記パターンに被着した部材
の体積とパターンの形状が決まれば、常に同一形状の突
起部が形成されるようになる。そして、突起部の形状の
同一性が向上すると光部品の位置合わせ精度が向上する
効果が得られる。特に、上記突起部を形成する部材を被
着させるパターンに円形パターンや長方形のパターンを
用いると球形あるいは円柱形の突起部が形成される。こ
れらの突起部を、左右対称な溝に、両者の対称軸の向き
が一致するようにして嵌合させると、正確に左右の一致
をさせることができるようになる。よって左右方向の位
置ずれが極めて小さい位置決めが実現される効果が得ら
れる。さらに、該突起を溝に嵌合させた場合の高さ方向
の誤差は突起部を形成する部材の体積の誤差の立方根に
比例する。そのため、突起部を形成する部材の体積の誤
差が比較的大きい場合でも、高さ誤差が小さなものに抑
えられるようになる効果も生じる。

【００５４】さらに、該突起部を請求項３の発明におけ
る部品嵌合部となるべき溝に嵌合させた場合には、溝の
大きさを変えるかあるいは該突起の大きさを変えると光
部品の光軸の高さを調節することが可能になる。請求項
６の発明では、請求項３の発明における固定部材の嵌合
部の形成方法に関するもので、嵌合部を固定部材に形成
した溝にし、これに嵌合すべき部品嵌合部を台形状の突
起にすれば、該固定部品の溝で光ファイバ等の円柱状の
光部品をガイドし更に該固定部品の溝を該部品嵌合部に
嵌合させる。これにより、光ファイバ等の光部品を位置
決めすることが可能になる。

【００５５】請求項７の発明は、光部品を他の部材に位
置決め固定する際に、一方に突起部を形成し他方にくぼ
み部を形成して互いに嵌合させるもので、その際、上記
嵌合部が、パターンに被着させた常温（あるいは室温）
において固相である部材を液相に相変化させ、液相化し
たときの表面張力のみによるポテンシャルが最小になる
ように形状を変化させ、この表面張力によるポテンシャ
ルが最小である形状を保持したままで再び固相に相変化
させ、常温（あるいは室温）において外力が加わった場
合でもその形状を維持するようにして形成した突起部に
よって成るものとする。なお、地上においては上記表面
張力に力学的作用による重力や気体分子の対流による力
等が加わる場合があるものとする。また、上記常温と
は、本発明による光学装置が使用あるいは保管される温
度範囲のことであり、地球上においてはおおよそ−４０
℃から１００℃の範囲と考えればよい。

【００５６】このようにすると、上記パターンに被着し
た部材の体積とパターンの形状が決まれば、常に同一形
状の突起部が形成されるようになる。そして、突起部の
形状の同一性が向上すると光部品の位置合わせ精度が向
上する効果が得られる。特に、上記突起部を形成する部
材を被着させるパターンに円形パターンや長方形のパタ
ーンを用いると球形あるいは円柱形の突起部が形成され
る。これらの突起部を、左右対称な溝に、両者の向きが
一致するようにして嵌合させると、正確に左右の位置を
一致させることができるようになる。よって左右方向の
位置ずれがきわめて小さい位置決めが実現される効果が
得られる。さらに、該突起を溝に嵌合させた場合の高さ
方向の誤差は突起部を形成する部材の体積の誤差の立方
根に比例する。そのため、突起部を形成する部材の体積
の誤差が比較的大きい場合でも、高さ誤差が小さなもの
に抑えられるようになる効果も生ずる。さらに突起の大
きさを調節するかあるいは溝の大きさを調節するかある
いは突起と溝の両方の大きさを調節すれば高さを調節す
ることが可能になる。

【００５７】請求項８の発明では、請求項７の発明にお
けるくぼみ部を単結晶を違法性エッチングして形成した
溝とする。これにより、溝が深い場合であっても、比較
的簡単に精度の高い溝を形成することが可能になる。請
求項９の発明では、請求項８の発明における単結晶部材
をシリコン単結晶、GaAs単結晶、GaAlAs単結晶、InP 単
結晶、InGaAs単結晶、InGaAsP 単結晶、InAlAs単結晶、
のうちの１つとする。これにより、異方性エッチングが
容易である。

【００５８】請求項１０の発明は、請求項５又は請求項
７又は請求項８又は請求項９の突起部の表面に、突起部
を構成する材料よりも熱による軟化が起こり始める温度
が高く、かつ突起部を構成する材料よりも硬度が大であ
る材料の皮膜を被着させるものである。これにより、該
突起部を溝状の部品嵌合部に嵌合させ、圧力を加えた場
合に変形が小さくなり、該皮膜がない場合に比べ位置ず
れが小さくなる効果が生じる。

【００５９】請求項１１の発明では、光半導体装置、光
導波路、光ファイバの位置合わせ及びこれら相互の位置
合わせを行わせる。これにより、位置合わせ精度の向
上、高さ調整の自由度の向上が実現される効果が得られ
る。

【００６０】

【実施例】図１に、本発明の第１実施例の主要部の構成
図を示す。図１に示す光学部品２１は、基板２２上に第
１の光部品としての半導体レーザ２３と第２の光部品と
しての光ファイバ２４とを取りつけて光結合する場合を
示している。基板２２は例えば（１００）面シリコン基
板である。基板表面には、第１の部品の嵌合部としての
所定数（図１では７個）の半導体レーザの嵌合部２７を
嵌合させる溝（凹部、あるいはくぼみ部）２５ａ，２５
ｂと第２の部品嵌合部としての光ファイバ嵌合用の溝２
６が形成されている。

【００６１】第１及び第２の部品嵌合部は、フォトマス
クを用いて基板上に転写したパターンをマスクに、アル
カリエッチャントで異方性エッチングを行い形成したも
のである。なお、シリコン基板の異方性エッチングにつ
いては、文献IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,
VOL.ED-25,NO.10,OCTOBER 7978,PP.1185-1193 に詳細に
記載されている。本実施例では、１枚のフォトマスクで
第１の部品嵌合部２５ａ，２５ｂと第２の部品嵌合部２
６を形成すべきパターンの転写を行い、さらに同じ工程
で一時にこの二つの部品嵌合部の異方性エッチングを行
う。

【００６２】なお、前記パターンの転写に電子ビームや
レーザビームによる直接描画やいわゆるステッパといわ
れる装置を用いる方法等、半導体集積回路の製造時に用
いられる方法を用いてもよいことはいうまでもない。半
導体レーザ２３には、第１の部品の嵌合部としての所定
数（図１では７個）のバンプ（あるいは突起）２７が濡
れ性のあるパターン（図には表われず）に被着されて形
成されいてる。このバンプ２７は金属皮膜による円形パ
ターン上にAuSn（金錫）共晶合金を所定の厚さ所定の直
径の円板状に被着させ、次いで無酸素雰囲気中で３２０
℃に加熱して表面張力のみによるポテンシャルが最小と
なる形状とし、再び冷却して形成したものである。すな
わち、重力が上記金属皮膜による円形パターンの面と垂
直になるように基板を配置して上記加熱を行えば、金属
皮膜に接する部分以外はほぼ真球近い表面形状になる。

【００６３】このようにして、第１の部品嵌合部２５
ａ，２５ｂ及び第２の部品嵌合部２６が形成された基板
２２と嵌合部２が形成された半導体レーザ２３とシング
ルモード光ファイバ２４とを用い、半導体レーザ２３の
嵌合部２７を第１の部品嵌合部２５ａ及び２５ｂに嵌合
させて固定し、光ファイバ２４を該第２の部品嵌合部２
６に嵌合させて固定して両者を光結合する。

【００６４】このように基板２２に上記同一のフォトマ
スクを用いてパターンを転写し、一時に異方性エッチン
グを行って第１の部品嵌合部２５ａ，２５ｂと第２の部
品嵌合部２６を形成できることから、これらの部品嵌合
部の位置精度が向上し、さらにこれらの部品嵌合部の形
状の均一性が向上する。その結果半導体レーザと光ファ
イバの位置ずれが小さくなり、光結合効率が向上する。

【００６５】また、部品嵌合部となるべき溝２５ａ，２
５ｂ，２６の大きさを変えることにより、光部品の高さ
を調節することが可能になる。さらに、半導体レーザ２
３の嵌合部となるバンプ２７の大きさを変えることによ
り半導体レーザの高さを調節することが可能になる。ま
た、第１の部品嵌合部２５ａ，２５ｂと第２の部品嵌合
部２６を一時にエッチングすると、製造時間が短縮され
る。

【００６６】なお、本実施例において図１の部品嵌合部
２５ｂの表面にも金属皮膜を形成し、さらに半導体レー
ザ上のバンプ２７のうち、部品嵌合部２５ｂに対向する
ものを錫あるいはインジウム等の金錫共晶合金よりも低
融点のものとすると、これを用いて半導体レーザを基板
上に固定することができる。例えば、バンプ２７を部品
嵌合部２５ａ，２５ｂに嵌合させ、２４０℃まで加熱し
再び冷却すれば、錫あるいはインジウム等により半導体
レーサ２３が基板２２上に固定される。

【００６７】さらに、図１の部品嵌合部２５ｂ及び半導
体レーザのそれに対向する部位に後述の図２の符号２
９，３０及び３１で示すような、金属皮膜２９、錫ある
いはインジウム等の金錫共晶合金よりも低融点の金属３
０、金属皮膜３１ｂを形成してもよい。この場合にも、
バンプ２７を部品嵌合部２５ａに嵌合させ、かつ、３０
ｂを３１ｂに接触させて２４０℃まで加熱し、再び冷却
すれば、錫あるいはインジウム等により半導体レーザ２
３が基板２２上に固定される。

【００６８】次に、図２に、本発明の第１実施例の他の
実施例の要部の構成図を示す。図２の光学装置２１は、
シリコン基板２２に異方性エッチングにより、第２の光
部品である光ファイバ２４を嵌合させるための第２の部
品嵌合部（又はくぼみ部）２６と第１の光部品である半
導体レーザ２３の嵌合部３２ａ，３２ｂを嵌合させるた
めの第１の部品嵌合部（又はくぼみ部）２８ａ，２８ｂ
とを形成し、さらに該第１の部品嵌合部２８ａと２８ｂ
との間の部位に長方形の溶融金属部材（バンプ３０を形
成する溶融金属部材）に濡れ性のあるパターン２９（具
体的には金属皮膜）、溶融金属部材によるバンプ３０
（具体的には錫あるいはインジウム）が形成されたもの
である。該溶融金属部材によるバンプ３０は、パターン
２９上に被着させた部材を加熱して溶融させ再び冷却す
ることにより、図のように蒲鉾状に形成される。

【００６９】半導体レーザには、所定数（図２では３
個）の溶融金属部材３０あるいは３２ａ，３２ｂに濡れ
性のあるパターン３１ａ，３１ｂ，３１ｃが形成され、
両端のパターン３１ａ，３１ｃには溶融金属部材（具体
的には金錫共晶合金等）による蒲鉾型のバンプ（又は突
起部では第１の光部品の嵌合部に相当する）３２ａ，３
２ｂが形成されている。

【００７０】半導体レーザは、例えばバンプ３２ａ，３
２ｂを第１の部品嵌合部２８ａ，２８ｂに嵌合させ、か
つ、溶融金属部材３０をパターン３１ｂに接触させ、２
４０℃まで加熱し再び冷却して固定される。次いで、光
ファイバ２４を第２の部品嵌合部２６に嵌合させ、半導
体レーザと光結合する。

【００７１】このように構成することより、本実施例に
おいても、図１の実施例と同様に、高精度な位置合わ
せ、光軸高さ調整の自由度の向上が実現される。図１及
び図２の実施例では、バンプ２７，３２ａ，３２ｂ，３
０を金錫共晶合金及び錫又はインジウムによるものとし
たが、本発明においてはこれには限られず、いわゆる半
田等の他の低融点合金、その他の低融点合金あるいは低
融点の単一金属で形成されたものでもよい。特に、バン
プ２７，３２ａ，３２ｂについては、熱可塑性プラスチ
ック、低融点ガラスなどでもよい。

【００７２】なお図２の実施例において、パターン２
９、バンプ３０及びパターン３１ｂは半導体レーザを基
板に引きつけるため及び必要な場合には電気的な接続を
行うものであるので、その位置精度は要求されない。例
えば、特願平６−３８８６３号に説明されているよう
に、パターンの面積と基板と半導体レーザ間のギャップ
とを考慮してバンプの体積を調節することにより、半導
体レーザを基板に引きつけ固定する作用を持たせること
ができる。このことは、以下の実施例においても同様で
ある。

【００７３】次に、図３に、本発明の第２実施例の要部
構成図を示す。図３の実施例に用いられる基板２２は、
図１の実施例の一部を変形したものである。具体的に
は、図１の実施例の第２の部品嵌合部を断面がＶ字形の
溝から両側に斜面３３を有する突起（又は断面が台形の
帯状の突起）に置き換え、かつ、第２の光部品である光
ファイバ２４を溝３５ａを有する固定部材３５によって
位置決めし基板上に載置するようにしたものである。

【００７４】ここに、斜面３３を有する突起は、異方性
エッチングで掘り下げられた段差底部３４ａ，３４ｂ
（深さは例えば１０〜１００μｍ）によって形成され
る。光ファイバ２４は固定部材の溝３５ａに嵌合され、
更に該溝の先端側面が突起の斜面３３に嵌合される。こ
れにより光ファイバ２４が位置決めされ基板上に位置さ
れる。

【００７５】半導体レーザの位置決め方法は図１の実施
例と同じであり、図１の実施例と同様の製造工程、位置
決め工程、固定方法が用いられる。更にその変形構成等
についても図１の実施例と同じものを用いることができ
る。本実施例においても、図１の実施例と同様、第１の
部品嵌合２５ａ，２５ｂと第２の部品嵌合部３３を異方
性エッチングで一時に形成することができるので、その
相対的位置精度及び形状の均一性が向上し、製造時間が
短縮される効果を生ずる。更に、第１の光部品に形成し
た嵌合部の大きさあるいは第１の部品嵌合部の大きさを
調節することにより、高さを調節可能になる効果を生ず
る。

【００７６】更に、基板２２を第１の光部品を含む部分
と第２の光部品を含む部分に分割し、本出願人が先に出
願した特願平５−２９７１３６号に記載された方法を用
いて高さ調節して再配列すると、高さ調節の自由度がさ
らに大きなものとなる。次に、図４に、本発明の第２実
施例の変形例による光学装置の要部構成図を示す。図４
の実施例に用いられる基板２２は、図２の実施例の一部
を変形したものである。具体的には、図２の実施例の第
２の部品嵌合部を断面がＶ字形の溝から両側に斜面３３
を有する突起（又は断面が台形の帯状の突起）に置き換
え、かつ、第２の光部品である光ファイバ２４を溝３５
ａを有する固定部材３５によって位置決めし基板上に載
置するようにしたものである。これは、図１の実施例と
図３の実施例との関係と同じである。

【００７７】本実施例においても、図２の実施例と同
様、第１の部品嵌合部２５ａ，２５ｂと第２の部品嵌合
部３３を異方性エッチングで一時に形成することができ
るので、その相対位置精度及び形状の均一性が向上し、
製造時間が短縮される効果を生ずる。更に、第１の光部
品に形成した嵌合部の大きさあるいは第１の部品嵌合部
の大きさを調節することにより、高さを調整可能になる
効果を生ずる。

【００７８】更に図３と図４に共通の効果として、光フ
ァイバの先端を半導体レーザに接近させることができ、
結合効率が向上する効果が得られる。次に、図５及び図
６に、図３及び図４の変形例の要部構成図を示すもので
ある。図３及び図４の実施例においては第１の光部品の
嵌合部を突起状のバンプ（又は突起部）２７，３２ａ，
３２ｂで構成し、第１の部品嵌合部を溝（又はくぼみ
部）２５ａ，２５ｂ，２８ａ，２８ｂで構成していた
が、位置決め及び高さの調節を目的とするのであればこ
の構成にとらわれる必要はなく、これらを逆にしてもよ
い。

【００７９】図５の実施例は、この考えに基づき、図３
の実施例における基板上の第１の部品嵌合部２５ａに相
当するものを溶融金属部材によるバンプ（又は突起部）
３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄに置き換え、かつ、第
１の部品嵌合部２５ｂに相当するものを溶融金属部材に
よるバンプに塗れ性のあるパターン３６に置き換え、か
つ、第１の光部品の嵌合部に相当するバンプ（又は突
起）２７の一部を半導体レーザ２３に形成した溝（又は
くぼみ部）３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄに置き換
え、かつ、第１の光部品の嵌合部に相当するバンプ（又
は突起部）２７の一部を半導体レーザ２３に形成した溶
融金属部材によるバンプ３２ｃに置き換えたものであ
る。

【００８０】ここに、３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｄ
はバンプ（又は突起部）３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８
ｄに塗れ性のある円形パターン、３１ｂは溶融金属部材
３２ｃに塗れ性のある長方形のパターンである。図６の
実施例は、図４の実施例における第１の光部品の嵌合部
を溶融金属部材３２ｃと溝（又はくぼみ部）４０ａ，４
０ｂを有するものとし、第１の部品嵌合部を溶融金属部
材によるバンプ（又は突起部）３０ａ，３０ｂと溶融金
属部材３２ｃに塗れ性のあるパターン３６ｂに変更した
ものである。これはちょうど図４の実施例のレーザ固定
部に係るレーザ表面と基板表面の構造を入れ替えたもの
と同じである。

【００８１】図５及び図６の実施例の半導体レーザ２３
の溝３９ａ，３９ｂ，３９ｃ，３９ｄ，４０ａ，４０ｂ
はフォトリソグラフィープロセスで形成したパターンを
マスクにして、半導体レーザを構成する基板を異方性エ
ッチングして形成される。そのため、比較的容易に深く
かつ精度の高い溝を形成することができる。

【００８２】図５及び図６の実施例においては、段差底
部３４ａ，３４ｂによる段差を１０〜２０μｍ程度の小
さなものとした場合でも容易に光ファイバを位置決めす
ることができる。段差が小さいため、前述の図１５
（Ｂ）で述べたフォトレジストを塗布したときの厚さの
不均一性という問題が軽減される効果を生ずる。

【００８３】更に、本実施例ではパターン３７ａ，３７
ｂ，３７ｃ，３７ｄ，３６ａ，３６ｂを段差底部３４
ａ，３４ｂから離すことができ、これらのパターンを段
差底部３４ａ，３４ｂから離すことにより、図１５
（Ｂ）の従来例で問題となった溝付近のパターンの精度
の劣化を無視できるようになる。また、これらのパター
ンが段差底部３４ａ，３４ｂから離れて半導体レーザ２
３と段差底部３４ａ，３４ｂとの距離が離れても、光フ
ァイバをスライドさせれば半導体レーザに接近させるこ
とができる。そのため、半導体レーザ２３と段差底部３
４ａ，３４ｂとの距離が離れても結合効率を向上させる
ことができる。

【００８４】なお、図５及び図６の実施例についても、
基板２２を第１の光部品を含む部分と第２の光部品を含
む部分に分割し、上記特願平５−２９７１３６号に記載
された方法を用いて高さ調節して再配列すると、高さ調
整の自由度をさらに大きくすることができる。

【００８５】次に、図７に、第２実施例の他の実施例の
要部構成図を示す。図７に示す光学装置２１は、基板２
２の光ファイバ（第２の光部品に相当する）２４を搭載
する領域３３の両側に各一列で異方性エッチングにより
所定数の溝（又はくぼみ部で第２の部品嵌合部に相当す
る）４１ａ，４１ｂが形成される。また第１の光部品で
ある半導体レーザ２３が取り付けられる位置に長方形の
バンプ３０に濡れ性のあるパターン２９が形成され、該
パターン上に長方形のバンプ３０が形成され、その四隅
近傍に異方性エッチングにより溝（又はくぼみ部で第１
の部品嵌合部に相当する）４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４
２ｄが形成されている。

【００８６】半導体レーザの底面には、金錫共晶合金
（溶融金属部材）による半球状のバンプ（又は突起部で
第１の光部品の嵌合部に相当する）２７ａ，２７ｂ，２
７ｃ，２７ｄとバンプ３０に濡れ性のあるパターン３１
ｂが形成されている。ここにバンプ３０は、例えばイン
ジウムあるいは錫で形成される。なお、上述のように、
パターン２９とパターン３１ｂ及びバンプ３０は半導体
レーザを基板に引き寄せること及び必要な場合には電気
的接続を行うことを目的としたものであるため、その位
置精度は要求されない。

【００８７】光ファイバを押圧固定する固定部材（第２
の光部品を位置決めするための固定部材に相当する）３
５には、嵌合溝３５ａが形成されると共に、その両側に
基板２２の溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄに嵌合す
べき金錫共晶合金よりなる半球状のバンプ（又は突起部
で第２の部品を位置決めするための固定部材に形成され
た嵌合部に相当する）４３ａ，４３ｂが所定数形成され
ている。

【００８８】ここに半導体レーザ２３の突起部２７ａ，
２７ｂ，２７ｃ，２７ｄはパターンに金錫共晶合金を被
着させ、加熱して液相化し、表面張力により球形になっ
たところで再び冷却し、固相化させて形成したものであ
る。以上の部材を用い、半導体レーザ２３の突起部２７
ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄを溝４２ａ，４２ｂ，４２
ｃ，４２ｄに嵌合させ、更にバンプ３０が溶融する温度
まで加熱し、次いで冷却して半導体レーザを固定する。
次いで固定部材３５で光ファイバを押圧固定する。固定
部材３５は突起部４３ａ，４３ｂを溝４１ａ，４１ｂに
嵌合させて位置合わせされる。

【００８９】以上の本実施例においても、溝４２ａ，４
２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４１ａ，４１ｂを異方性エッチ
ングで一度に形成するので位置精度と形状の均一性が向
上する。更に、突起２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，
４３ａ，４３ｂ及び溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２
ｄ，４１ａ，４１ｂの大きさを変えることにより、容易
に高さを調節することが可能になる。なお、パターン２
９、バンプ３０及びパターン３１ｂによって構成される
半導体レーザを引きつけるためのしかけと同様のものを
基板２２と固定部材３５に形成し、固定部材の固定に用
いてもよい。

【００９０】次に、図８に本発明の第３実施例の要部構
成を示す。なお、この図は側面断面図である。図８に示
す光学装置２１は、基板２２上に第１の光部品である半
導体レーザ２３、第２の光部品である光導波路及び第３
の光部品である光ファイバ２４を設置し光結合したもの
である。

【００９１】本実施例の基板２２には、異方性エッチン
グで光ファイバ２４を嵌合する溝（第３の部品嵌合部に
相当する）２６と半導体レーザ２３に形成されたバンプ
（又はくぼみ部で第１の光部品の嵌合部に相当する）２
７が嵌合するべき溝（又はくぼみ部で第１の部品嵌合部
に相当する）２５と光導波路５１に形成されたバンプ
（又は突起部で第２の光部品の嵌合部に相当する）５３
が嵌合するべき溝（又はくぼみ部で第２の部品嵌合部に
相当する）５４とが形成されている。

【００９２】本実施例に用いられる光導波路５１は、例
えばイオン交換といわれる手法により、表面近傍の特定
部位のみに異なる金属イオンを分布させ、高屈折率のコ
ア５１ａを形成したガラス導波路である。この導波路の
コアは、基板表面より１０μｍ程度のところに形成され
る。なお、表面に金属イオンを拡散させてコアを形成し
た導波路等を用いてもよい。この場合にはコアは基板表
面より２〜５μｍ程度のところに形成される。

【００９３】半導体レーザ表面のバンプ２７と光導波路
表面のバンプ５３は、該バンプ２７，５３を構成する部
材に対して濡れ性のあるパターン２３ａ，５１ａ上に該
バンプとして例えば金錫共晶合金等の溶融金属部材を被
着させ、次いでこの溶融金属部材の融点以上に加熱して
液相化し、表面張力で半球状になったところで再び冷却
する方法で形成したものである。なお、このバンプ２
７，５３は、常温で固相で加熱等により液相に相変化可
能で、かつ液相時に、表面張力の働きで球になる程度
に、十分粘性が低いものであれば他の材料を用いてもよ
い。

【００９４】半導体レーザのバンプ２７を溝２５に嵌合
させ、光導波路のバンプ５３を溝５４に嵌合させ、光フ
ァイバを溝２６に嵌合させてこれらの位置合わせを行い
光結合を行う。このように、本実施例により溝２５と溝
５４と溝２６を異方性エッチングで一時に形成するの
で、その相対位置精度と形状の均一性が向上する効果が
得られる。また、バンプ２７，５３及び溝２５，５４の
サイズを換えて半導体レーザと光導波路の光軸高さを調
節できる。さらに、溝２５，５４の側面が（じょうごの
ように口が広がるような状態で）斜めになっているの
で、半導体レーザ２３及び光導波路５１を基板２２に搭
載する際、ある程度の位置合わせが行われれば、溝２
５，５４の中にバンプ２７，５３が自動的に引き込まれ
る。そのため、前述の図１５（Ｃ）の問題（部品搭載時
の位置誤差による部品間の衝突）が生じにくくなる。

【００９５】次に、図９に、第４実施例の要部構成図を
示す。なおこの図９（Ａ）と図９（Ｂ）は側面図であ
る。図９（Ａ）は、基板上に半導体レーザ（第１の光部
品に相当する）２３と光導波路（第２の光部品に相当す
る）６１のみを搭載する例であり、図９（Ｂ）はそれに
加えて基板上に光ファイバ（第３の光部品に相当する）
２４をも搭載する場合の要部構造である。この二つは光
ファイバを嵌合させるための溝２６の有無以外は同じで
あるので、以下の構造についての説明は、図９（Ａ）に
ついて行う。

【００９６】本実施例では半導体レーザ２３は前述の図
１１に示した自己位置整合ボンディングにより基板２２
上に位置決めし、載置される。ここに２７は溶融金属部
材（具体的には例えば金錫共晶合金）２２ａと２３ａと
は溶融金属部材２７に濡れ性のあるパターンである。パ
ターン２２ａ，２３ａと溶融金属部材２７の大きさが調
節され、基板表面からの活性層２３ｂの中心の高さが３
０μｍになるように調整されている。

【００９７】光導波路６１は、例えばクラッド層６２ｂ
の厚さが２５μｍ、コア層６２ａの厚さが６μｍの石英
系光導波路である。バンプ５３と溝５４はその大きさが
調節され、基板表面からの導波路のコア層の中心の高さ
が３０μｍになるように調整されている。

【００９８】以上の調節を行うことにより、半導体レー
ザ２３と光導波路６１の光軸高さが３０μｍに調節さ
れ、光ファイバと一致するようになる。即ち、本発明に
より前述の図１４の問題点（石英系導波路の光軸高さが
ファイバーより高くなる問題）か解決される。

【００９９】更に、本実施例では図１５（Ｃ）の従来例
の問題点である部品間の衝突が生じにくくなる効果があ
る。本実施例では自己位置整合ボンディングにより半導
体レーザを最初にボンディングする。そのため光導波路
を搭載する際には半導体レーザの位置ずれは解消されて
いる。この状態で光導波路が半導体レーザに衝突するの
は、導波路を搭載する際の位置ずれが半導体レーザと光
導波路のギャップにより大になる場合である。前述の図
１５（Ｃ）では半導体レーザと光導波路の位置ずれの和
が半導体レーザと光導波管路のギャップより大になる場
合に衝突が起こる。従って、本実施例を用いる場合の方
が従来例に比べて衝突が起こりにくくなる。

【０１００】また、溝５４の側面が（じょうごのように
口が広がるような状態で）斜めになっているので、光導
波路５１を基板２２に搭載する際、ある程度の位置合わ
せが行われれば、溝５４の中にバンプ５３が自動的に引
き込まれる。そのため、前述の図１５（Ｃ）の問題（部
品搭載時の位置誤差による部品間の衝突）は更に生じに
くくなる。

【０１０１】次に、全ての実施例について、第１の光部
品あるいは第２の光部品あるいは第１の部品嵌合部を形
成するための突起部（材料を液相にし、表面張力で球面
となったものを固相にして形成するもの）に、常温で固
相が加熱等により液相に相変化可能で、かつ、液相時に
表面張力の働きで球になる程度に十分粘性が低いもので
あれば他の材料も用いてもよい。

【０１０２】更に、該第１の光部品あるいは第２の光部
品あるいは第１の部品嵌合部を形成するための突起部
（材料を液相にし、表面張力で球面となったものを個別
にして形成するもの）の表面に、真空蒸着法、メッキ、
スパッタなどを用いて、この突起部を構成する材料より
も硬い材料又はこの突起部を構成する材料よりも軟化温
度が高い材料又はこの突起部を構成する材料よりも硬い
材料でかつこの突起部を構成する材料よりも軟化温度が
高い材料による皮膜（厚さ０．１〜５μｍ）を被着させ
てもよい。このようにすることにより、該突起部を溝
（又はくぼみ部）に嵌合させ、圧力を加えた場合に変形
しにくくなり、合わせ精度が向上する効果が得られる。

【０１０３】本実施例では、突起による嵌合部を形成す
べき光部品の例として半導体レーザと光導波路の例を示
したが、本発明の対象となる光部品はこれに限定される
ものではなく平面的な基板を用いて製造される他の光部
品一般にも適用可能である。

【０１０４】

【発明の効果】以上のように本発明による光学装置は、
基板上の嵌合部の加工工程の同質性及び同時性が向上
し、光部品の位置合わせの精度が向上する効果が得られ
るものである。さらに、光軸高さ調節の自由度が向上す
るとともに図１５（Ａ）に示すギャップＧ１又はＧ２を
小さくすることが可能になり結合効率が向上する効果を
も得られるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の主要部構成図である。

【図２】本発明の第１実施例の他の実施例の要部構成図
である。

【図３】本発明の第２実施例の要部構成図である。

【図４】本発明の第２実施例の変形による光学装置の要
部構成図である。

【図５】図３の変形例の要部構成図である。

【図６】図４の変形例の要部構成図である。

【図７】第２実施例の他の実施例の要部構成図である。

【図８】本発明の第３実施例の要部構成図である。

【図９】第４実施例の要部構成図である。

【図１０】従来の光部品の基板への各種位置合わせの説
明図である。

【図１１】従来の位置合わせ固定で用いられる自己位置
整合ボンディングの説明図である。

【図１２】従来のジャンクションダウンによるボンディ
ングの問題点の説明図である。

【図１３】従来の高さ調整の問題点の説明図である。

【図１４】従来の高さ方向の光軸合わせの問題点の説明
図である。

【図１５】光ファイバを使用したときの光軸高さ調整の
問題点の説明図である。

【図１６】従来の自己位置整合ボンディングの問題点の
説明図である。

【符号の説明】

２１光学装置２２基板２３半導体レーザ２４光ファイバ２５ａ，２５ｂ溝（凹部又はくぼみ部）２６ガイド溝２７バンプ（突起部）２８，２８ａ溝（くぼみ部）３０バンプ３１ａ〜３１ｃ，３６，３７ａ〜３７ｄパターン３３載置領域３４ａ，３４ｂ段差低部３５固定部材３５ａ嵌合溝５１光導波路６１導波路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】嵌合部が形成された少なくとも１個の第
１の光部品を基板に形成した該第１の光部品の嵌合部と
嵌合する第１の部品嵌合部に嵌合させて位置決め固定
し、かつ少なくとも１個の第２の光部品を基板に形成し
た該第２の光部品と嵌合する第２の部品嵌合部に嵌合さ
せて位置決め固定して該第１の光部品と該第２の光部品
とを光結合してなり、前記基板の前記第１及び第２の部品嵌合部が、共に半導
体製造と同一の加工手段で同時に加工工程を進行させて
形成されてなることを特徴とする光学装置。
【請求項２】嵌合部が形成された少なくとも１個の第
１の光部品を基板に形成した該第１の光部品の嵌合部と
嵌合する第１の部品嵌合部に嵌合させて位置決め固定
し、かつ嵌合部が形成された少なくとも１個の第２の光
部品を基板に形成した該第２の光部品の嵌合部と嵌合す
る第２の部品嵌合部に嵌合させて位置決め固定して該第
１の光部品と該第２の光部品とを光結合してなり、前記基板の前記第１及び第２の部品嵌合部が、共に半導
体製造と同一の加工手段で同時に加工工程を進行させて
形成されてなることを特徴とする光学装置。
【請求項３】嵌合部が形成された少なくとも１個の第
１の光部品を基板に形成した該第１の光部品の嵌合部と
嵌合する第１の部品嵌合部に嵌合させて位置決め固定
し、かつ少なくとも１個の第２の光部品をガイドすると
共に、基板に形成した第２の部品嵌合部に嵌合する嵌合
部を有する固定部材で該第２の光部品を位置決め固定し
て該第１の光部品と該第２の光部品とを光結合してな
り、前記基板の前記第１及び第２の部品嵌合部が、共に半導
体製造と同一の加工手段で同時に加工工程を進行させて
形成されてなることを特徴とする光学装置。
【請求項４】請求項１〜３の何れか一項において、前
記基板にシリコン基板を用い、前記第１及び第２の部品
嵌合部のそれぞれがシリコンを異方性エッチングして形
成した逆ピラミッド状の溝、又は断面Ｖ字型の溝、又は
断面逆台形の溝、又は断面が台形の帯状の突起のうちの
一つであることを特徴とする光学装置。
【請求項５】請求項１〜３の何れか一項において、前
記第１若しくは第２の光部品に形成された嵌合部、又は
前記固定部材に形成された嵌合部のうちの少なくとも一
がパターンに被着した常温で固相である部材を、表面張
力のみによるポテンシャルが最小となる形状に変化させ
るべく液相化し、該形状を維持させつつ固相化した突起
部でなることを特徴とする光学装置。
【請求項６】請求項３記載の固定部材の嵌合部が溝で
形成されてなることを特徴とする光学装置。
【請求項７】光部品、又は該光部品を位置決めするた
めの固定部材である第１の部品を、基板である第２の部
品に位置決め載置するもので、該第１又は第２の部品の
一方に突起部を形成すると共に他方に該突起部と嵌合す
るくぼみ部を形成するものであり、前記第１又は第２の
部品に形成された突起部が、パターンに被着した常温で
固相である部材を、表面張力のみによるポテンシャルが
最小となる形状に変化させるべく液相化し、該形状を維
持させつつ固相化して形成されてなることを特徴とする
光学装置。
【請求項８】請求項７記載のくぼみ部が形成される部
品が単結晶部材で形成され、該くぼみ部が単結晶部材を
異方性エッチングにより逆ピラミッド状の溝、又は断面
Ｖ字型の溝、又は断面逆台形の溝で形成されてなること
を特徴とする光学装置。
【請求項９】請求項８記載の単結晶部材が、シリコン
単結晶、GaAs単結晶、GaAlAs単結晶、InP 単結晶、InGa
As単結晶、InGaAsP 単結晶、又はInAlAs単結晶の部材で
あることを特徴とする光学装置。
【請求項１０】請求項５，７，８及び９の何れか一項
において、前記突起部の表面に、該突起部を形成する部
材より軟化温度の高い材料、及び該突起部を形成する部
材より硬度の大な材料の少なくとも何れか一方の材料よ
りなる皮膜が被着されてなることを特徴とする光学装
置。
【請求項１１】請求項１〜１０の何れか一項におい
て、前記光部品は、光半導体装置、光導波路装置、光フ
ァイバの何れかを少なくとも含んで構成されることを特
徴とする光学装置。