JPH10332989A - 光素子モジュールとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光素子の位置合わせ工程を無くし、確実に光フ
ァイバと光素子との位置ずれを防止できる光素子モジュ
ールを得る。 【解決手段】半導体材料からなる基板１０上に光ファイ
バ２０を載置するための溝１１を備え、該溝１１の延長
線上となる基板１０上に光素子を一体的に形成するとと
もに、上記溝１１に光ファイバ２０を載置して光素子モ
ジュールを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号と電気信号
を変換するために使用する光素子モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、シリコン基板上に発光素子と光フ
ァイバを固定してなる光モジュールが開発されている。

【０００３】これは、図７に示すように、シリコンの基
板１０上に、光ファイバ２０を載置するためのＶ字状の
溝１１を形成し、この溝の延長線上に発光素子としてレ
ーザダイオード３０を固定し、上記溝１１に光ファイバ
２０を載置、固定したものである。また、上記基板１０
上にはレーザダイオード３０に通電するための電極１５
を備え、この電極をリード線（不図示）に接合して全体
を樹脂モールドするか又はパッケージ内に封入すること
によって、光モジュールを構成してある。そして、外部
から導入した電気信号を上記レーザダイオード３０によ
って光信号に変換し、光ファイバ２０によって外部に導
出することができる。

【０００４】このような光モジュールは、予め溝１１と
レーザダイオード３０を正確に位置合わせして作製して
おけば、光モジュールを組み立てる際には、溝１１中に
光ファイバ２０を載置するだけでよく、レーザダイオー
ド３０を発光させて光ファイバ２０でモニターしながら
両者の位置合わせを行う必要がない。このような技術は
パッシブアライメントと呼ばれ、容易に光モジュールを
作製することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のパッ
シブアライメント技術による光モジュールでは、シリコ
ンの基板１０上にレーザダイオード３０を固定する際
に、溝１１と正確に位置合わせをして載置し、固定しな
ければならなかった。そのため、例えば、基板１０上に
別途形成したマーカーを用いて位置合わせを行う必要が
あるなど、この工程に手間がかかるという問題があっ
た。また、この位置合わせ工程において、レーザダイオ
ード３０に微小な位置ずれが生じると結合効率が低下す
るという問題があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、半導体
材料からなる基板上に光ファイバを載置するための溝を
備え、該溝の延長線上となる基板自体に光素子を形成す
るとともに、上記溝に光ファイバを載置して光素子モジ
ュールを構成したことを特徴とする。

【０００７】なお、基板自体に光素子を形成するとは、
別途作製した光素子を基板に接合するのではなく、予め
基板上に直接光素子を形成しておくことであり、その際
に基板自体を光素子の一部として利用することもでき
る。即ち、本発明では、半導体材料からなる基板を用い
ることによって、基板自体に光素子を一体的に形成する
ことができ、これによって光素子の位置合わせ工程を無
くし、しかも確実に溝と光素子との位置ずれが発生しな
いようにしたものである。

【０００８】また、本発明は、上記基板がシリコンから
なり、上記溝がシリコンの異方性エッチングにより形成
したＶ溝であることを特徴とする。即ち、基板としてシ
リコンを用いれば、基板自体を利用して光素子を形成で
きるとともに、容易にＶ溝を形成できる。

【０００９】なお、本発明における光素子とは、電気信
号を光信号に変換する発光素子、又は光信号を電気信号
に変換する受光素子のいずれかを意味する。このうち発
光素子としては、半導体素子を利用したレーザダイオー
ド、又は多孔質シリコンを利用したもののいずれかを、
受光素子としては半導体素子を利用したフォトダイオー
ドを用いることを特徴とする。これらの光素子を用いれ
ば、基板上に容易に直接形成することができる。

【００１０】さらに、本発明は、半導体材料からなる基
板に、光ファイバを載置するための溝を形成する工程、
基板自体に光素子を形成する工程、上記溝に光ファイバ
を載置する工程から光素子モジュールを製造することを
特徴とする。

【００１１】なお、上記の溝を形成する工程と、基板自
体に光素子を形成する工程は順序を入れ換えても良い。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施形態を図によっ
て説明する。

【００１３】図１（Ａ）に示す光素子モジュールは、半
導体材料からなる基板１０に溝１１を形成し、この溝１
１の延長線上となる基板１０上に、光素子の一種である
レーザダイオード３０を一体的に形成してある。そし
て、図１（Ｂ）に示すように、上記溝１１に光ファイバ
２０を載置、固定するとともに、基板１０を支持板２５
に接合し、この支持板２５に備えたリード線２６とレー
ザダイオード３０を電気的に接続し、全体を樹脂モール
ド（不図示）することによって、光素子モジュールを構
成する。

【００１４】なお、支持板２５を備えずに基板１０に直
接リード線２６を接合して樹脂モールドすることもで
き、あるいはリード線２６を備えたセラミックス等から
なるパッケージ内に基板１０を封入する構造とすること
もできる。

【００１５】この光モジュールは、リード線２６から導
入した電気信号をレーザダイオード３０で光信号に変換
し、光ファイバ２０で外部に導出することができる。

【００１６】上記基板１０を成す半導体材料としては、
シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等や、ガリウ
ム−砒素（ＧａＡｓ）系等の化合物半導体等を用いるこ
とができる。この基板１０は、公知の方法で上記の半導
体材料を製造した後、所定形状、寸法となるように切断
することで得られる。

【００１７】また、溝１１は、断面がＶ字状であり、光
ファイバ２０とこれを保持するフェルール２１をそれぞ
れ載置するように大きさの異なる溝１１ａ、溝１１ｂを
備えている。このようなＶ字状の溝１１を形成する場合
は、例えば、シリコン製の基板１０を用いて異方性エッ
チングを利用すれば良い。なお、溝１１の断面は角形状
や曲面状であってもよく、機械的に加工することもでき
る。

【００１８】また、レーザダイオード３０は、基板１０
上に直接各素子を積層して一体的に形成したものであ
り、半導体材料からなる基板１０自体を一つの素子とし
て構成することもできる。

【００１９】図２（Ａ）に上記レーザダイオードとして
ＧａＡｓ系半導体を利用した場合の概略構造を示す。ま
ず、基板１０上に、下から順番に、下部電極３１、Ｎ型
ＧａＡｓ層３２、Ｎ型Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ層３３、Ｐ
型ＧａＡｓ層３４、Ｐ型Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ層３５、
Ｎ型ＧａＡｓ層３６、上部電極３７を積層してある。そ
して、下部電極３１と上部電極３７間に電圧を印加すれ
ば、活性層であるＰ型ＧａＡｓ層３４の端面からレーザ
ー光を発光することができる。

【００２０】なお、下部電極３１、上部電極３７とリー
ド線２６の接続構造としては、例えば図１に示すよう
に、下部電極３１を基板１０の端部まで延ばしてリード
線２６とワイヤボンディング等で接続し、一方、基板１
０上に形成した電極１５とレーザダイオード３０の上部
電極３７間をワイヤボンディングで接続し、この電極１
５とリード線２６を接続すれば良い。

【００２１】また、レーザダイオード３０の他の実施形
態として、図２（Ｂ）に示すように、基板１０をＧａＡ
ｓ系半導体材料で形成しておけば、基板１０自体をレー
ザダイオード３０の一部に利用することができる。即
ち、基板１０の下面に下部電極３１を備え、基板１０自
体をＮ型ＧａＡｓ層とし、この上に、下から順番に、Ｎ
型Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ層３３、Ｐ型ＧａＡｓ層３４、
Ｐ型Ａｌ_0.3 Ｇａ_0.7 Ａｓ層３５、Ｎ型ＧａＡｓ層３
６、上部電極３７を積層してレーザダイオード３０を形
成することもできる。このように、基板１０自体を素子
の一部として利用すれば、製造工程を簡略化でき、より
小型の光素子モジュールとすることができる。

【００２２】なお、これらのレーザダイオード３０は、
基板１０上に所定形状にマスキングを施しておいて、各
半導体層を積層してゆくことによって、作製することが
できる。

【００２３】次に、本発明の他の実施形態を説明する。

【００２４】図３に示す光素子モジュールは、図１に示
すものと同様であるが、溝１１の光素子側先端部に、溝
１１と垂直方向の角溝１２を形成して、垂直面１３を形
成し、この垂直面１３に発光素子４０を形成してある。

【００２５】上記基板１０はシリコンから成り、発光素
子４０は多孔質シリコンを利用したものであり、シリコ
ン製の基板１０自体を用いて構成してある。即ち、図４
（Ａ）に示すように、シリコンからなる基板１０の垂直
面１３と反対側の裏面１４に電極４１を備え、一方、垂
直面１３側には多孔質部４２を備え、この多孔質部４２
を覆うように透明電極４４を備えている。いま、電極４
１と透明電極４４間に電圧を印加すると、多孔質部４２
の量子サイズ効果により発光し、透明電極４４を通して
矢印方向に出射した光信号を溝１１に載置した光ファイ
バ２０で導出することができる。

【００２６】なお、上記多孔質部４２は、垂直面１３に
絶縁膜４３でマスキングを施しておいて、陽極化成の手
法を用いることにより、形成することができる。また、
透明電極４４としては、Ａｌ等の金属を非常に薄く形成
するか、またはＩＴＯ等を用いる。

【００２７】このように、多孔質シリコンを利用した発
光素子４０を用いれば、シリコン製の基板１０自体を利
用することができ、また発光素子４０の構造が簡単であ
るため、容易に製造することができる。

【００２８】さらに本発明の他の実施形態として、光素
子モジュールを構成する光素子として受光素子を用いる
こともできる。

【００２９】即ち、図３に示す光素子モジュールと同じ
構造で、発光素子４０の代わりにフォトダイオード等の
受光素子を備えればよい。図４（Ｂ）に示すように、フ
ォトダイオード５０は、シリコン製の基板１０自体を利
用したものである。即ち、基板１０の垂直面１３と反対
側の裏面１４に電極５１を備え、基板１０はＮ⁺ 型Ｓｉ
層１０ａとＮ型Ｓｉ層１０ｂの二層構造とし、このＮ型
Ｓｉ層１０ｂの表面側にホウ素拡散によるＰ型Ｓｉ層５
２を形成し、表面にＳｉＯ₂ 層５３と電極５４を備えた
ものである。そして、光ファイバ２０から導出した光信
号が矢印方向に入射すると両電極５１、５４間に電位が
発生し、電気信号として導出することができる。

【００３０】この光素子モジュールでは、光ファイバ２
０から光信号を導入し、これをフォトダイオード５０で
電気信号に変換して外部に導出することができる。

【００３１】また、図３に示す基板１０を実装する場
合、図１と同様に、基板１０にリード線２６を備えた支
持板２５を接合して全体を樹脂モールドするか、基板１
０自体にリード線を接合して樹脂モールドするか、又は
リード線を備えたパッケージ内に基板１０を封入する等
の構造とすればよい。

【００３２】また、以上の実施形態では、基板１０に一
つの光素子のみを載置した例を示したが、複数の光素子
を載置することもできる。例えば、図５に示すように、
基板１０上にレーザダイオード３０等の発光素子と、フ
ォトダイオード５０等の受光素子を備え、それぞれに対
応する溝１１を形成し、この溝１１にそれぞれ光ファイ
バ２０を載置すれば、双方向の光素子モジュールとする
ことができる。

【００３３】さらに、以上の光素子モジュールにおい
て、発光素子から出射する光信号をモニターするための
受光素子を基板１０上に同時に載置したり、あるいは基
板１０上には、光素子以外に、サーミスタ等の電気素子
を載置したり、電子回路を備えておくこともできる。

【００３４】次に、本発明の光素子モジュールの製造方
法を説明する。

【００３５】まず、上述したさまざまな半導体材料を公
知の方法で製造し、これを所定の形状、寸法に切断して
基板１０を得る。

【００３６】次に、この基板１０上にエッチングや機械
加工等の手法により溝１１を形成する。この時、基板１
０としてシリコンを用いて、異方性エッチングを利用す
れば容易にＶ字状の溝１１を形成できる。具体的には、
基板１０の上面がシリコン結晶の＜１００＞軸に垂直な
面となり、溝１１が＜０１１＞軸と平行となるように設
定しておき、溝１１以外の部分にマスキングを施してお
いてエッチングすることにより、マスキングを施してい
ない部分が５４〜５５°の角度の斜面状にエッチングさ
れ、Ｖ字状の溝１１が形成される。

【００３７】次に、基板１０上に光素子を一体的に形成
する。具体的には、基板１０上に所定形状のマスキング
を施しておいて、光素子を構成する各電極や各半導体素
子を順次積層してゆけば良い。この時、上述した溝１１
と光素子が精密に位置合わせされるようにして形成する
が、例えば溝１１をエッチングで形成するためのマスキ
ングと、光素子を形成するためのマスキングを共通のも
のとしておけば、両者を精密に位置合わせすることがで
きる。

【００３８】また、図４（Ａ）に示す多孔質シリコンを
利用した発光素子４０を形成する場合、多孔質部４２を
作製するためには、陽極化成という手法を用いる。具体
的には、シリコンの基板１０の表面に絶縁膜４３を形成
しておき、基板１０を陽極として、白金などの導体を陰
極としてフッ酸溶液中で電流を流すことによって、絶縁
膜４３のない部分の基板１０表面を化学変化させて多孔
質化すれば良い。

【００３９】その後、溝１１中に光ファイバ２０及びこ
れを保持するフェルール２１を載置すれば、自動的に光
素子と位置合わせすることができ、この溝１１中で固定
すれば良い。

【００４０】このようにして得られた光素子モジュール
は、最後に、図１（Ｂ）に示すようにリード線２６を備
えた支持板２５に基板１０を接合し、ワイヤボンディン
グ等を施した後、樹脂モールドするか、またはリード線
を備えたパッケージ内に封入しておけば良い。

【００４１】また、他の製造方法として、基板１０上に
光素子を形成した後で溝１１を形成することもできる。

【００４２】この場合は、例えば、図６に示すように基
板１０上に電極３１、１５とレーザダイオード３０等の
光素子を上記の方法により形成する。その後、レーザダ
イオード３０の発光側における基板１０の表面の全体又
は一部に感光体のマスキング６０を塗布しておき、この
状態でレーザダイオード３０を発光させ、この光でマス
キング６０の一部を露光させる。そして、この露光位置
６１を起点とするように溝１１を形成すれば、レーザダ
イオード３０の発光位置に正確に溝１１を形成すること
ができる。

【００４３】具体的には、上記マスキング６０を利用し
て、あるいはさらに別のマスキングを施しておいて、上
述したようなエッチングを行うことにより溝１１を形成
することができる。なお、エッチングの際には、レーザ
ダイオード３０や電極３１はシリコン樹脂等で覆ってマ
スクしておけば良く、このようにマスクで覆った状態の
まま、最終的な光素子モジュールとすることもできる。

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体材
料からなる基板上に光ファイバを載置するための溝を備
え、該溝の延長線上となる基板自体に光素子を形成する
とともに、上記溝に光ファイバを載置して光素子モジュ
ールを構成したことによって、光素子の位置合わせ工程
を無くし、しかも確実に溝と光素子との位置ずれを防止
することができる。したがって、より高性能で信頼性の
高い光素子モジュールを簡単な製造工程で歩留り良く得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）（Ｂ）は本発明の光素子モジュールを示
す斜視図である。

【図２】（Ａ）（Ｂ）は図１中のＸ−Ｘ線断面図であ
る。

【図３】本発明の光素子モジュールの他の実施形態を示
す斜視図である。

【図４】（Ａ）（Ｂ）は図３中のＹ−Ｙ線断面図であ
る。

【図５】本発明の光素子モジュールの他の実施形態を示
す斜視図である。

【図６】本発明の光素子モジュールの製造方法を説明す
るための図である。

【図７】従来の光モジュールを示す斜視図である。

【符号の説明】

１０：基板 １１：溝 １２：角溝 １３：垂直面 １４：裏面 １５：電極 ２０：光ファイバ ２１：フェルール ２５：支持板 ２６：リード線 ３０：レーザダイオード ４０：発光素子 ５０：フォトダイオード

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体材料からなる基板上に光ファイバを
   載置するための溝を備え、該溝の延長線上となる基板自
   体に光素子を形成するとともに、上記溝に光ファイバを
   載置してなる光素子モジュール。
2. 【請求項２】上記基板がシリコンからなり、上記溝がシ
   リコンの異方性エッチングにより形成したＶ溝であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の光素子モジュール。
3. 【請求項３】上記光素子が、レーザダイオードからなる
   発光素子、多孔質シリコンを利用した発光素子、又はフ
   ォトダイオードからなる受光素子のいずれかであること
   を特徴とする請求項１記載の光素子モジュール。
4. 【請求項４】半導体材料からなる基板に、光ファイバを
   載置するための溝を形成する工程、基板自体に光素子を
   形成する工程、上記溝に光ファイバを載置する工程から
   なる光素子モジュールの製造方法。