JPH11142690A - 半導体受光装置、半導体受光装置の製造方法、双方向光半導体装置及び光伝送システム - Google Patents

半導体受光装置、半導体受光装置の製造方法、双方向光半導体装置及び光伝送システム

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JPH11142690A
JPH11142690A JP9305311A JP30531197A JPH11142690A JP H11142690 A JPH11142690 A JP H11142690A JP 9305311 A JP9305311 A JP 9305311A JP 30531197 A JP30531197 A JP 30531197A JP H11142690 A JPH11142690 A JP H11142690A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な構成を用いながら信号光の変換効率を
低下させることなく高信頼性を実現できるようにする。 【解決手段】 ガラスからなる基板11の主面には、伝
送路としての光ファイバ12を埋め込む光ファイバ埋め
込み用溝部11aが形成されており、光ファイバ12は
溝部11aとの隙間にUV硬化樹脂材13が充填されて
埋め込まれている。基板11の主面には、ホトダイオー
ド16がUV硬化樹脂材13を用いて固着されている。
基板11には、ホトダイオード16の受光部16aに反
射信号光が照射されるように光ファイバ12と交差する
ミラー17が形成されている。基板11の両端部には、
UV硬化樹脂材13よりも線膨張係数が小さい石英ガラ
スからなり、溝部11aの側部側の端部を挟持すると共
に溝部11aの側面上部に嵌合する凸部を有する保持具
18がそれぞれ設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、簡便な構成で長期
的な信頼性の向上を図る半導体受光装置、その製造方法
並びに半導体受光装置を用いた双方向光半導体装置及び
光伝送システムに関する。
【0002】
【従来の技術】光加入者系のような双方向光通信システ
ムにおいては、局側と加入者側との双方に光送信機と光
受信機とが必要になる。局側からの信号光は伝送路であ
る光ファイバを通って加入者宅の光受信機で受信される
共に、加入者側からの信号光も、受信時と同一の光ファ
イバを通って局側に送信される。通常、光送信機には半
導体レーザが、光受信機にはホトディテクタが用いられ
ており、カプラを用いて上り下り信号の合波及び分波が
行なわれる。
【0003】光通信システムに用いる光モジュールを一
般家庭に導入するには、部品点数の削減や小型化による
低コスト化が必須となる。そのための主要な構成として
以下の3つが報告されている。すなわち、光送信機にお
いては、半導体レーザと光ファイバとを基板の加工精度
を高めて直接結合する構成であり、合波及び分波を行な
うカプラにおいては、プレーナ光波回路(PLC;plan
er lightwave circuit)を用いることにより光導波路素
子を小型で且つ大量生産する構成であり、光受信機にお
いては、光ファイバを基板に埋め込み、光ファイバに対
して斜めに挿入したミラーに反射させて取り出した信号
光をホトディテクタで受光する構成である。なお、光受
信機は特願平7−198538号として出願されてい
る。
【0004】さらに、光双方向通信に用いる光モジュー
ルは、光送信機と光受信機とが組み合わされる必要があ
り、これらを一体化した構成としては以下の2つが報告
されている。第1はPLCを用いて製造されたカプラ
に、光ファイバ、半導体レーザ及びホトダイオードを機
械精度で組み立てて結合する構造であり、例えば、オプ
トロニクス,(1996)No.7,p.139-143にその詳細が報告さ
れている。第2は光ファイバ埋め込み型ホトダイオード
の光ファイバに半導体レーザを直接結合する構造であ
り、例えば、オー・エフ・シー’97 テクニカルダイ
ジェスト(OFC'97 Technical Digest)Thl3にその詳細が
報告されている。
【0005】しかしながら、第1のPLCを用いる構成
によると、プロセス技術を用いてカプラを製造できるた
め、大量生産に適しているが、光ファイバとPLCとの
結合部の損失が大きいという問題を有している。
【0006】そこで、第2の光ファイバ埋め込み型ホト
ダイオードを用いる構成について図面を参照しながら説
明する。
【0007】図14は従来の光ファイバ埋め込み型の半
導体受光装置を示す斜視図であり、図15は図14のI
−I線における断面構成を示している。図14及び図1
5に示すように、ガラスからなる基板101の主面には
光ファイバ埋め込み用溝部101aが形成されており、
この光ファイバ埋め込み用溝部101aには信号光の伝
送路としての光ファイバ102が、該光ファイバ102
と光ファイバ埋め込み用溝部101aとの間の隙間にU
V硬化樹脂材103が充填されて埋め込まれている。
【0008】基板101の主面には、金からなる電極パ
ターン104が形成されており、該電極パターン104
における受光素子のp側電極端子及びn側電極端子の形
成位置に、金からなる複数のバンプ105が形成されて
いる。基板101の主面上には、受光面に形成された金
からなるp側電極端子及びn側電極端子とそれぞれ対応
するバンプ105とが接して電気的に接続されるよう
に、受光素子であるホトダイオード106が載置されて
いる。さらに、基板101の主面とホトダイオード10
6の受光面との間にはUV硬化樹脂材103が充填され
ており、いわゆるマイクロバンプボンディング(MB
B)法を用いて接合されている。ここで、UV硬化樹脂
材103には、光ファイバ102を伝搬する信号光の波
長に対して透明で且つ光ファイバ102の屈折率とほぼ
同一の屈折率を持つ樹脂材を用いている。
【0009】また、基板101には、主面におけるホト
ダイオード106の下側の領域において光ファイバ10
2を伝搬する信号光を反射させ、反射した信号光をホト
ダイオード106の受光部に照射させる角度で光ファイ
バ102と交差するミラー107が形成されている。こ
れにより、光ファイバ102の光軸と平行方向に受光面
を持つホトダイオード106が、光ファイバ102内を
伝搬する信号光をミラー107に反射させることよって
高度な位置合わせを行なうことなく信号光を受光するこ
とができる。
【0010】また、この半導体受光装置を用いて双方向
通信用の光モジュールを構成するには、光ファイバ10
2におけるミラー107に対してホトダイオード106
と反対側の端部に半導体レーザ素子を直接結合すればよ
い。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置は、PLC
を用いずに光ファイバ同士を接合しているため、信号の
損失は小さいが、光ファイバ102とホトダイオード1
06との間の隙間をUV硬化樹脂材103を用いて充填
しているため、一般に樹脂材はガラスや半導体に比べて
線膨張係数が大きいので、図15に示すように、高温時
には、バンプ105が互いに離れる方向と基板101及
びホトダイオード106が互いに離れる方向とに応力が
加わり、一方、低温時には、バンプ105が互いに近づ
く方向と基板101及びホトダイオード106が互いに
近づく方向とに応力が加わる。このため、バンプ105
の接続不良が生じやすいという第1の問題を有してい
る。
【0012】また、一般に樹脂材はガラス転移温度Tg
を越えると軟化するため、光ファイバ102が樹脂の内
部で移動して該光ファイバ102とミラー107との間
隔が変わり、ホトダイオード106の受光面に照射され
る信号光の光量が変化するので、受信動作が不安定にな
るという第2の問題を有している。
【0013】このように、光ファイバ埋め込み型ホトダ
イオードは、光ファイバを導波路に用いるため信号光の
損失が小さくなると共に、信号光を透過し且つ固着部分
に樹脂材を用いているためコストの低減に有効ではある
が、樹脂材を大量に用いているので、該樹脂材が周囲の
温度変化及び湿度変化によって影響を受けやすく、長期
にわたる信頼性を得がたい。
【0014】また、半導体素子と同時に回路基板にリフ
ローはんだ付けを行なう場合には、鉛スズ共晶はんだ材
を用いると183℃以上の、低融点はんだ材を用いても
最低百数十度以上の高温環境下にさらされても破壊され
ないことが要求されるため、このように多量の樹脂材を
用いることは困難を伴う。
【0015】また、図16に示すように、バンプ105
に汎用的な鉛スズ共晶はんだ材を用いる場合には、低温
と高温とを交互に繰り返すうちに、次第にバンプ105
と電極パターン104との界面にクラックが発生して電
気的に不通となるという第3の問題を有している。
【0016】本発明は、前記従来の問題に鑑み、簡便な
構成を用いながら信号光の変換効率を低下させることな
く高信頼性を実現できるようにすることを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第1の半導
体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるよう
に形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板
と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるよう
に埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に
受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するよう
に、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体
受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けら
れており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折
させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材
と、基板に設けられており、光ファイバ埋め込み用溝部
の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具とを備えて
いる。
【0018】第1の半導体受光装置によると、主面に形
成された光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバが樹脂
材に覆われるように埋設されており、該光ファイバの側
面からの反射信号光を受ける半導体受光素子が設けられ
た基板には、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度
による変動を抑制する保持具が設けられているため、光
ファイバと基板とを固着する樹脂材は基板や半導体等よ
りも線膨張係数が大きいので、樹脂材が温度変化によっ
て膨張又は収縮が生じたとしても、光ファイバ埋め込み
用溝部の幅寸法の温度による変動が生じにくくなる。そ
の結果、基板と半導体受光素子とを電気的に接続するバ
ンプに該バンプの基板面方向の応力が加わりにくくな
る。
【0019】第1の半導体受光装置において、保持具の
線膨張係数が基板の線膨張係数とほぼ等しいことが好ま
しい。
【0020】第1の半導体受光装置において、保持具の
線膨張係が半導体受光素子の線膨張係数とほぼ等しいこ
とが好ましい。
【0021】本発明に係る第2の半導体受光装置は、主
面に一端側から他端側まで延びるように形成された光フ
ァイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め
込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファ
イバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受
光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバン
プを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光
ファイバと交差するように設けられており、光ファイバ
を伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子
の受光部に照射させる光学部材とを備え、光ファイバ埋
め込み用溝部の深さは光ファイバの外径とほぼ等しい。
【0022】第2の半導体受光装置によると、主面に形
成された光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバが樹脂
材に覆われるように埋設されており、該光ファイバの側
面からの反射信号光を受ける半導体受光素子が設けられ
た基板において、光ファイバ埋め込み用溝部の深さが光
ファイバの外径とほぼ等しいため、基板と光ファイバと
の間に充填される樹脂材の量が少なくて済むので、基板
や半導体等よりも線膨張係数が大きい樹脂材が温度変動
によって膨張又は収縮したとしても、樹脂材の膨張又は
収縮に起因する体積の変化量を最小限に抑えることがで
きる。
【0023】第2の半導体受光装置において、半導体受
光素子の受光部が、基板の主面と対向する面における信
号光伝搬方向の中心部よりも光学部材側に設けられてい
ることが好ましい。
【0024】第2の半導体受光装置において、光学部材
が、基板における半導体受光素子の下側に設けられてい
ることが好ましい。
【0025】本発明に係る第3の半導体受光装置は、主
面に一端側から他端側まで延びるように形成された光フ
ァイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め
込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファ
イバと、基板の主面と対向する面(受光面)に受光部を
有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の
主面に複数のバンプを介在させて設けられた半導体受光
素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられて
おり、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させ
て半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備
え、複数のバンプは、基板の主面における光ファイバ埋
め込み用溝部の両側に該光ファイバ埋め込み用溝部に沿
って一列ずつ互いに平行に設けられている。
【0026】第3の半導体受光装置によると、主面に形
成された光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバが樹脂
材に覆われるように埋設されており、該光ファイバの側
面からの反射信号光を受ける半導体受光素子が設けられ
た基板において、基板の主面と半導体受光素子の受光面
とを接続する複数のバンプが、基板の主面における光フ
ァイバ埋め込み用溝部の両側に該光ファイバ埋め込み用
溝部に沿って一列ずつ互いに平行に設けられているた
め、光ファイバと基板とを固着する樹脂材は基板や半導
体等よりも線膨張係数が大きいので、樹脂材が温度変動
によって膨張又は収縮が生じることにより、基板の裏面
における光ファイバ埋め込み用溝部の底部の中央部下方
を軸にして各バンプが互いに離れたり近づいたりしたと
しても、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部
側方の領域においては、各バンプと光ファイバ埋め込み
用溝部との距離がそれぞれ等しくなり、従って、複数の
バンプのうちのいずれのバンプも単独で接触不良になる
ことがない。なぜなら、複数のバンプのうちのいずれか
が、光ファイバ埋め込み用溝部との距離が最短となるよ
うに設けられている場合には、最短距離となるバンプの
みが接触し、残りのバンプは接触できなくなるからであ
る。
【0027】第3の半導体受光装置において、複数のバ
ンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続さ
れた通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、
半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の
主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域に
は、通電バンプと対応するように電極パターンが形成さ
れており、通電バンプは支持バンプよりも光ファイバ埋
め込み用溝部との距離が小さいことが好ましい。
【0028】第3の半導体受光装置において、複数のバ
ンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続さ
れた通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、
半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の
主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域に
は、通電バンプと対応するように電極パターンが形成さ
れており、通電バンプは支持バンプよりも光ファイバ埋
め込み用溝部との距離が大きいことが好ましい。
【0029】本発明に係る第4の半導体受光装置は、主
面に一端側から他端側まで延びるように形成された光フ
ァイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め
込み用溝部に埋設された光ファイバと、基板の主面と対
向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向
するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられ
た半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するよう
に設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射
又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光
学部材とを備え、光ファイバは光ファイバ埋め込み用溝
部に、基板の光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバと
の間における半導体受光素子と対向する領域に充填され
た樹脂材及び基板の光ファイバ埋め込み用溝部と光ファ
イバとの間における半導体受光素子と対向していない領
域に設けられた固着部材によって固着されている。
【0030】第4の半導体受光装置によると、基板の主
面に形成された光ファイバ埋め込み用溝部に埋設された
光ファイバは、光ファイバ埋め込み用溝部に、半導体受
光素子と対向する領域においては信号光を透過する樹脂
材を用いて固着され、且つ、半導体受光素子と対向して
いない領域においては固着部材を用いて基板と固着され
ているため、周囲温度がガラス転移温度を越えて樹脂材
が軟化したとしても、固着部材によって光ファイバにお
ける半導体受光素子と対向しない領域が固着されている
ので、光ファイバの位置にずれが生じない。
【0031】第4の半導体受光装置において、固着部材
がはんだ材又はガラス材からなることが好ましい。
【0032】本発明に係る第5の半導体受光装置は、主
面に一端側から他端側まで延びるように形成された光フ
ァイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め
込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファ
イバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受
光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバン
プを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光
ファイバと交差するように設けられており、光ファイバ
を伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子
の受光部に照射させる光学部材とを備え、基板の主面に
おける光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、バ
ンプと電気的に接続された金からなる電極パターンが形
成されており、電極パターンとバンプとの間に金属薄膜
が形成されている。
【0033】第5の半導体受光装置によると、基板の主
面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域に
は、バンプと電気的に接続された金からなる電極パター
ンが形成されており、電極パターンとバンプとの間に金
属薄膜が形成されているため、バンプがスズを含むはん
だ材からなる場合であっても、バンプに含まれるスズが
基板上の金を含む電極パターン側に拡散しなくなる。
【0034】第5の半導体受光装置において、バンプが
鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケ
ル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも1つを
含むことが好ましい。
【0035】第5の半導体受光装置において、バンプが
鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジ
ウムを含むはんだ材からなることが好ましい。
【0036】本発明に係る第6の半導体受光装置は、主
面に一端側から他端側まで延びるように形成された光フ
ァイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め
込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファ
イバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受
光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバン
プを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光
ファイバと交差するように設けられており、光ファイバ
を伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子
の受光部に照射させる光学部材とを備え、半導体受光素
子の受光部側の面には、金からなる電極端子が形成され
ており、電極端子とバンプとの間に金属薄膜が形成され
ている。
【0037】第6の半導体受光装置によると、半導体受
光素子における基板の主面と対向する面には、金からな
る電極端子が形成されており、該電極端子とバンプとの
間には金属薄膜が形成されているため、バンプがスズを
含むはんだ材からなる場合であっても、バンプに含まれ
るスズが半導体受光素子の金を含む電極端子側に拡散し
なくなる。
【0038】第6の半導体受光装置において、バンプが
鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケ
ル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも1つを
含むことが好ましい。
【0039】第6の半導体受光装置において、バンプが
鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジ
ウムを含むはんだ材からなることが好ましい。
【0040】本発明に係る第7の半導体受光装置は、主
面に一端側から他端側まで延びるように形成された光フ
ァイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め
込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファ
イバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受
光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバン
プを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光
ファイバと交差するように設けられており、光ファイバ
を伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子
の受光部に照射させる光学部材とを備え、バンプははん
だ材からなる金属薄膜を含む積層膜により構成されてい
る。
【0041】第7の半導体受光装置によると、製造時に
基板の主面と半導体受光素子の受光部側の面とをバンプ
を形成して接続する際に、該バンプがはんだ材からなる
金属薄膜を含む積層膜により構成されているため、はん
だ材が溶けてバンプの周辺部に広がったとしても、はん
だ材の量が少ないので、バンプ同士を短絡させることが
ない。
【0042】第7の半導体受光装置において、積層膜が
互いに組成が異なるはんだ材が積層されてなることが好
ましい。
【0043】第7の半導体受光装置において、積層膜が
金からなる層を含むことが好ましい。
【0044】本発明に係る第1の半導体受光装置の製造
方法は、基板の主面に電極パターンを形成する工程と、
電極パターンの上にバンプを形成する工程と、基板の主
面に該基板の一端側から他端側まで延びるように光ファ
イバ埋め込み用溝部を形成する工程と、光ファイバ埋め
込み用溝部に光ファイバを埋設した後、光ファイバ埋め
込み用溝部と光ファイバとの間に、該光ファイバを伝搬
する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバの屈
折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を充填する工程
と、基板に光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度に
よる変動を抑制する保持具を設ける工程と、基板に、光
ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて基板の
主面上方に反射信号光を出射させる光学部材を光ファイ
バ埋め込み用溝部と交差するように設ける工程と、基板
に、受光部に電極端子が形成された半導体受光素子を、
受光部に光学部材からの反射信号光が照射されると共に
電極端子とバンプとが接触するように固着する工程とを
備えている。
【0045】第1の半導体受光装置の製造方法による
と、基板に形成された光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸
法の温度による変動を抑制する保持具を基板に設けるた
め、光ファイバと基板とを固着する樹脂材は基板や半導
体等よりも線膨張係数が大きいので、樹脂材が温度変化
によって膨張又は収縮が生じたとしても、光ファイバ埋
め込み用溝部の幅寸法に変動が生じにくくなり、その結
果、基板と半導体受光素子とを電気的に接続するバンプ
に該バンプの基板面方向の応力が加わりにくくなる。
【0046】本発明に係る第2の半導体受光装置の製造
方法は、基板の主面における半導体受光素子載置領域に
電極パターンを形成する工程と、基板の主面における電
極パターンの上にバンプを形成する工程と、基板の主面
に該基板の一端側から他端側まで延びるように光ファイ
バ埋め込み用溝部を形成する工程と、光ファイバ埋め込
み用溝部に光ファイバを埋設した後、基板における半導
体受光素子載置領域を除く光ファイバ埋め込み用溝部と
光ファイバとの間に基板と光ファイバとを固着する固着
部材を設ける工程と、基板における半導体受光素子載置
領域の光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間
に、該光ファイバを伝搬する信号光の波長に対して透明
で且つ該光ファイバの屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ
樹脂材を充填する工程と、基板に、光ファイバを伝搬す
る信号光を反射又は回折させて基板の主面上方に反射信
号光を出射させる光学部材を光ファイバ埋め込み用溝部
と交差するように設ける工程と、基板に、受光部に電極
端子が形成された半導体受光素子を、受光部に光学部材
からの反射信号光が照射されると共に電極端子とバンプ
とが接触するように固着する工程とを備えている。
【0047】第2の半導体受光装置の製造方法による
と、基板における半導体受光素子載置領域を除く光ファ
イバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間に基板と光ファ
イバとを固着する固着部材を設けると共に、基板の半導
体受光素子載置領域における光ファイバ埋め込み用溝部
と光ファイバとの間に樹脂材を充填するため、周囲温度
がガラス転移温度を越えて樹脂材が軟化したとしても、
固着部材によって光ファイバにおける半導体受光素子と
対向しない領域が固着されているので、光ファイバの位
置にずれが生じない。
【0048】第2の半導体受光装置の製造方法におい
て、固着部材がはんだ材又はガラス材からなることが好
ましい。
【0049】本発明に係る双方向光半導体装置は、第1
〜第7のいずれか1つの半導体受光装置と、光ファイバ
における半導体受光素子が受ける信号光の伝搬方向側の
端部に接続され、信号光を出力する半導体発光素子とを
備えている。
【0050】本発明に係る第1の光伝送システムは、信
号光を送信する半導体発光装置と、信号光を伝達する伝
送路と、該伝送路により伝達された信号光を受信する半
導体受光装置とを備え、半導体受光装置は、第1〜第7
のいずれか1つの光半導体装置からなる。
【0051】本発明に係る第2の光伝送システムは、信
号光を送信する半導体発光素子と信号光を受信する光半
導体受光素子とを有する双方向光半導体装置と、信号光
を伝達する光ファイバとを備え、双方向光半導体装置
は、本発明の双方向光半導体装置からなる。
【0052】
【発明の実施の形態】(第1の実施形態)本発明の第1
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0053】図1は本発明の第1の実施形態に係る光フ
ァイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視図であ
る。図1に示すように、ガラスからなる基板11の主面
には、伝送路としての光ファイバ12を埋め込む光ファ
イバ埋め込み用溝部11aが形成されており、光ファイ
バ12は、該光ファイバ12と光ファイバ埋め込み用溝
部11aとの間の隙間にUV硬化樹脂材13が充填され
且つ該光ファイバ12の上面が覆われて埋め込まれてい
る。ここでは、UV硬化樹脂材13に、光ファイバ12
を伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ光ファイバ
12の屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を用いて
いる。
【0054】基板11の主面には、電極パターン14が
形成されており、該電極パターン14における受光素子
のp側電極端子及びn側電極端子と対応する位置に、金
からなる複数のバンプ15が形成されている。基板11
の主面上には、受光面に形成された金からなるp側電極
端子及びn側電極端子とそれぞれ対応するバンプ15と
が接して電気的に接続されるように、半導体受光素子と
してのホトダイオード16が載置されている。
【0055】基板11の主面とホトダイオード16の受
光面との間にはUV硬化樹脂材13が充填されており、
MBB法を用いて接合されている。
【0056】また、基板11には、主面におけるホトダ
イオード16の下側の領域において光ファイバ12を伝
搬する信号光を反射させ、反射した信号光をホトダイオ
ード16の受光部16aに照射させる角度で光ファイバ
12と交差する光学部材としてのミラー17が形成され
ている。光ファイバ12の光軸に対して平行方向に受光
面を持つホトダイオード16は、ミラー17に光ファイ
バ12内を伝搬する信号光のすべて又は一部を反射させ
ることにより、高度な位置合わせを要せずに信号光を受
信することができる。
【0057】さらに、基板11における光ファイバ12
の光軸方向の両端部には、UV硬化樹脂材13よりも線
膨張係数が小さい石英ガラスからなり、基板11におけ
る光ファイバ埋め込み用溝部11aの側部側の端部を挟
持すると共に、光ファイバ埋め込み用溝部11aの側面
上部に嵌合する凸部を有する保持具18がそれぞれ設け
られている。これにより、周囲の温度変動によってUV
硬化樹脂材13が膨張又は収縮したとしても、基板11
の光ファイバ埋め込み用溝部11aの幅寸法の変動が抑
制される。
【0058】ここで、図1に示す本実施形態に係る半導
体受光装置と図14に示す従来の半導体受光装置とを高
温環境下に共に放置した後の、各装置の電極の通電状態
を比較した結果を図2に示すグラフを用いて説明する。
図2において、横軸が周囲温度を表わし、縦軸が導通可
能状態にあるサンプルの比率を表わし、白丸印が従来の
装置を、黒丸印が本実施形態の装置をそれぞれ表わして
いる。図2に示すように、周囲温度の温度幅を室温から
180℃までとして、従来の装置と本実施形態の装置と
をそれぞれ100個ずつ測定すると、周囲温度が100
℃に達した時点で、従来の装置は過半数のモジュールの
電極が不通となり、さらに周囲温度が180℃に達した
時点で全サンプルの導通が不良となった。一方、本実施
形態の装置は全サンプルの装置が180℃の周囲温度下
に放置しても通電状態は良好であった。
【0059】以上説明したように、高温環境下において
は、基板11、光ファイバ12及びホトダイオード16
とを一体に固着するUV硬化樹脂材13が膨張するた
め、金からなるバンプ15の反発力とUV硬化樹脂材1
3の収縮力との均衡を保つことで接続されているMBB
法においては、接続不良が発生しやすい。これは、一般
に、樹脂材はガラス転移温度Tg を越えると結合状態が
変わり、自らの体積が大きく変化するためである。従っ
て、例えば、鉛スズ共晶はんだ材を用いてバンプ15と
ホトダイオード16とを接続する際に、鉛スズ共晶はん
だ材の融点は183℃であるため、装置を高温環境下に
放置できないと、はんだリフロー工程で組み立てること
ができない。
【0060】しかしながら、本実施形態に係る半導体受
光装置は、基板11における光ファイバ埋め込み用溝部
11aの側部側を挟持し且つ該光ファイバ埋め込み用溝
部の上部に嵌合する保持具が設けられているため、周囲
温度の変化によって光ファイバ埋め込み用溝部11aの
幅寸法の変動が抑制されるので、バンプ15と電極端子
とが外れて導通しなくなるということがない。
【0061】以下、前記のように構成された半導体受光
装置の製造方法を説明する。
【0062】まず、ガラスからなり、例えば方形状の基
板11の主面上のホトダイオード載置領域に導体膜から
なる電極パターン14を形成した後、該電極パターン1
4の上にホトダイオード16の受光面に形成された金か
らなるp側電極端子及びn側電極端子と対応するように
金からなる複数のバンプ15を形成する。
【0063】次に、基板11の主面上を一端側から他端
側まで長手方向で且つバンプ15同士の間を延びる光フ
ァイバ埋め込み用溝部11aを形成し、続いて、信号光
の伝送路である光ファイバ12を光ファイバ埋め込み用
溝部11aに埋設した後、光ファイバ埋め込み用溝部1
1aと光ファイバ12との間に、該光ファイバ12を伝
搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバ1
2の屈折率とほぼ同一の屈折率を持つUV硬化樹脂材1
3を充填すると共に光ファイバ12の上面を覆う。
【0064】次に、基板11における光ファイバ12の
光軸方向側の両端部には、UV硬化樹脂材13よりも線
膨張係数が小さい石英ガラスからなり、基板11におけ
る光ファイバ埋め込み用溝部11aの側部側の端部を挟
持すると共に、光ファイバ埋め込み用溝部11aの側面
上部に凸部を有する保持具18を嵌合し、樹脂接着材又
ははんだ材を用いて固着する。
【0065】次に、ダイシングマシン等を用いて、基板
11の主面における電極パターン14に隣接する光軸方
向の領域で、且つ、ホトダイオード16の下側の領域に
おいて光ファイバ12を伝搬する信号光を反射させ、反
射した信号光をホトダイオード16の受光部16aに照
射させる角度で光ファイバ12と交差するように光ファ
イバ分断溝を形成する。続いて、該光ファイバ分断溝に
信号光を反射又は回折させるミラー17を埋め込む。こ
こで、信号光を単に反射させるだけでよいのであれば、
光ファイバ12の端面に金属膜を蒸着してもよい。
【0066】次に、ホトダイオード16の受光面のp側
電極端子及びn側電極端子と電極パターン14上の対応
するバンプ15とをそれぞれ接触させた後、ホトダイオ
ード16の受光面と基板11の主面との隙間にUV硬化
樹脂材13を充填し、UV硬化樹脂材13に紫外線を照
射して硬化させることにより、基板11とホトダイオー
ド16とを固着する。
【0067】このように、本実施形態によると、基板1
1、光ファイバ12及びホトダイオード16の固着材に
樹脂材を用いているため、該樹脂材の線膨張係数が他の
部材に比べて非常に大きいために発生する応力は本質的
には避けられないが、本装置は、周囲温度が200℃程
度の高温にさらされた場合であっても、樹脂材が軟化し
且つ膨張するものの、光ファイバ埋め込み用溝部11a
の幅寸法を保持する保持具18を設けることにより、該
溝部11aの幅寸法の変動が抑えられるため、ホトダイ
オード16の導通特性が良好に維持される。また、樹脂
材は基板11の主面方向のみならず垂直方向にも膨張す
るが、垂直方向には樹脂材の収縮力と共にバンプ15の
復元力により電気的な接続が保たれるので問題はない。
【0068】従って、比較的簡便な構成である光ファイ
バ埋め込み型の半導体受光装置であっても、長期にわた
る信頼性を向上させることができる。
【0069】なお、本実施形態においては、保持具18
に、基板11の線膨張係数に近い石英ガラスを用いた
が、ホトダイオード16とほぼ同一の線膨張係数を持つ
化合物半導体を用いると、光ファイバ埋め込み用溝部1
1aの幅寸法のみならず、ホトダイオード16の収縮又
は膨張に起因する光ファイバ埋め込み用溝部11aの幅
寸法の変動を抑えることができる。
【0070】また、光ファイバ12を伝搬する信号光を
反射又は回折させる光学部材にミラー17を用いたが、
誘電体積層膜からなる半透過性のフィルタを用いてもよ
い。このようにすると、光ファイバ12における光学部
材形成側の端部に光発光素子を接続すれば、双方向光半
導体装置を容易に実現できる。
【0071】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0072】図3(a)は本発明の第2の実施形態に係
る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光フ
ァイバの光軸方向の断面構成を示している。図3(a)
において、図1に示す構成部材と同一の構成部材には同
一の符号を付すことにより説明を省略する。
【0073】前述したように、光ファイバ埋め込み型の
半導体受光装置においては、基板11に設けた光ファイ
バ埋め込み用溝部と光ファイバ12との間、及び基板1
1の主面とホトダイオード16の受光面との間に半導体
装置としては大量の樹脂材を用いているため、基板や半
導体に比べて線膨張係数が大きい樹脂材の応力により基
板が変形し、基板11に形成されたバンプとホトダイオ
ード16の受光面に形成された電極端子とが外れて導通
不良を起こしやい。
【0074】図3(a)に示すように、本実施形態にお
いては、ホトダイオード16における受光部16aを、
該受光面が形成されている面の信号光伝搬方向の中心部
よりもミラー17側に近づくように設ける構成とする。
これにより、ミラー17の信号光を反射する反射領域と
ホトダイオード16の受光部16aとを近接させること
ができる。その結果、基板11における光ファイバ埋め
込み用溝部の深さを光ファイバ12の直径と同等程度と
することができるため、UV硬化樹脂材13の量を減ら
すことができるので、周囲温度の変動に起因する樹脂材
の応力を低減させることができるようになり、バンプ外
れを防止できる。
【0075】図3(b)は第2の実施形態の一変形例を
示し、図3(b)に示すように、ホトダイオード16の
受光部16aの形成位置を変更しなくても、ミラー17
を基板11におけるホトダイオード16の受光部16a
の下側で反射するように設ければ、ミラー17の信号光
を反射する反射領域とホトダイオード16の受光部16
aとを近接させることができるので、基板11の主面と
ホトダイオード16の受光面との隙間に充填するUV硬
化樹脂材13の量を減らすことができる。
【0076】なお、基板11とUV硬化樹脂材13の線
膨張係数の差に起因する膨張及び熱歪みを最も効率よく
吸収するには、基板11の主面とホトダイオード16の
受光面との間を全面にわたって樹脂材を充填すると共
に、ホトダイオード16の周辺部の樹脂材の表面と基板
11の主面とがなす角度を小さくすればよい。
【0077】図3(c)は従来の光ファイバ埋め込み型
の半導体受光装置における光ファイバの光軸方向の断面
構成を示しており、ホトダイオード16の受光部16a
の形成位置が受光面の中央部に形成されているため、光
ファイバ埋め込み用溝部の深さ寸法が光ファイバ12の
直径よりも大きいので、UV硬化樹脂材13の量が多
い。
【0078】(第3の実施形態)以下、本発明の第3の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0079】図4(a)〜(d)は第3の実施形態に係
る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の平面構成を
示している。図4(a)〜(d)を説明する前に、図5
を用いて、基板11における光ファイバ埋め込み用溝部
11aの幅寸法の変位を説明する。
【0080】図5は半導体受光装置における光ファイバ
の光軸に垂直方向の断面構成を示し、図5において、図
1に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付
すことにより説明を省略する。
【0081】石英やガラス材の線膨張係数は10-6から
10-5のオーダーであるのに対し、一般の樹脂材の線膨
張係数は10-4と非常に大きい。このため、基板11に
おける光ファイバ埋め込み用溝部11aは、周囲温度の
変動によって、基板11の主面に対する垂直方向のみな
らず主面に対して平行な方向にも拡大又は収縮する。図
5に示すように、UV硬化樹脂材13が膨張する際に
は、基板11は、該基板11の裏面における光ファイバ
埋め込み用溝部11aの底部の中央部下方を軸にしてた
わむ力を受けるため、基板11の主面に光ファイバ埋め
込み用溝部11aから異なる距離で形成された複数のバ
ンプ15のうちの側部側に形成されたバンプ15がホト
ダイオード16と接触できなくなる。また、図示はして
いないが、UV硬化樹脂材13が収縮する際には、逆
に、基板11の中央部側に形成されたバンプ15がホト
ダイオード16と接触できなくなる。
【0082】ここで、バンプ15には機能別に2種類あ
り、それは、ホトダイオード16と基板11との電気的
な接続を得る通電バンプとホトダイオード16を機械的
に支持する支持バンプとである。ここで、周囲の温度変
動によってホトダイオード16と接触できなくなるバン
プが通電バンプであるならば、基板11とホトダイオー
ド16との電気的な導通が絶たれることになる。
【0083】ところで、図4(a)に示す本実施形態
は、ガラスからなる基板11の主面には、長手方向に光
ファイバ12が樹脂材を用いて埋め込まれており、基板
11の主面におけるホトダイオード載置領域16Aに
は、装置の外部との電気的接続をとる電極パターン1
4、該電極パターン14の上の通電バンプ15A及び支
持バンプ15Bが形成されている。このバンプ15A,
15Bの配列の特徴として、p側電極端子及びn側電極
端子用の一対の通電バンプ15Aを光ファイバ埋め込み
用溝部を挟んで互いに対向する位置に設ける場合には、
支持バンプ15Bの位置を光ファイバ埋め込み用溝部の
側面に沿って通電バンプ15Aと平行となるように設け
る。
【0084】これにより、基板11の裏面における光フ
ァイバ埋め込み用溝部の底部の中央部下方を軸にして各
バンプ15A,15Bが互いに離れたり近づいたりした
としても、基板11の主面における光ファイバ埋め込み
用溝部側方のそれぞれの領域においては、各バンプ15
A,15Bと光ファイバ埋め込み用溝部との各距離がそ
れぞれ等しいので、複数のバンプ15A,15Bのうち
のいずれのバンプも単独で接触不良になることがない。
【0085】また、図4(a)において、支持バンプ1
5Bはいずれか1つでもよく、さらに、一対の通電バン
プ15Aは互いに対角位置にあってもよい。
【0086】図4(a)の構成はバンプの個数を3又は
4とする最小構成であったが、図4(b)に示すよう
に、基板11とホトダイオードとをより安定して固着さ
せるために、6個のバンプを設けている。図4(b)に
おいては、通電バンプ15Aを光ファイバ12に対して
互いに対向する位置に設けているが、互いに対向させず
に光ファイバ12に対して互いに斜めに位置するように
設けてもよく、通電バンプ15Aをバンプ列の端部側に
それぞれ設けてもよい。この場合も、各バンプ15A,
15Bが光ファイバ埋め込み用溝部の側面に沿ってそれ
ぞれ一列ずつ平行となるように配置する。但し、光ファ
イバ埋め込み用溝部に沿って構成される、一方のバンプ
列と他方のバンプ列とは、光ファイバ埋め込み用溝部か
らの距離が必ずしも等距離である必要はない。なぜな
ら、光ファイバ埋め込み用溝部からの距離が一方のバン
プ列で等しければ、該バンプ列がホトダイオード側の電
極端子とずれる際に、各バンプの上端部が円弧上の軌跡
を描くため、該軌跡の垂直成分(基板11の主面に垂直
な方向)が各バンプで等しくなるので、各バンプの上端
部が電極端子と常に同程度に接触できるからである。
【0087】また、図4(c)に示すように、光ファイ
バ12の一方の端部側に第1の基板11Aと隣接させて
第2の基板21が配置されており、該第2の基板21の
上には、光ファイバ12の一方の端部と光学的に接続さ
れた発光素子22が載置されると共に、電極パターン2
3が形成されている。この場合には、発光素子22とホ
トダイオードとの互いの信号に電気的な干渉が生じない
ように、通電バンプ15Aを各バンプ列における発光素
子22と反対側の位置に設けるとよい。
【0088】さらに、図4(d)に示すように、発光素
子用の電極パターン23とホトダイオード用の電極パタ
ーン14とを、第1の基板11A及び第2の基板21の
主面における光ファイバ12に対して互いに異なる側の
領域に設けると、通電バンプ15Aと接続されるホトダ
イオード用の配線と、電極パターンと接続され発光素子
用の配線とが近接しなくなるので、配線が近接すること
により生じる信号同士の電気的な干渉を防止できる。
【0089】以下、第3の実施形態に係る変形例につい
て図面を参照しながら説明する。
【0090】図6(a)は本実施形態の第1変形例に係
る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の平面構成を
示している。図6(a)において、図3(a)に示す構
成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことによ
り説明を省略する。本変形例においては、互いに対向す
る通電バンプ15Aの位置を支持バンプ15Bの位置よ
りも光ファイバ埋め込み用溝部の側面に近くなるように
設けている。
【0091】このようにすると、動作環境における周囲
温度が比較的高温下である場合には、基板11と光ファ
イバ12とを固着する樹脂材が常に膨張し、光ファイバ
埋め込み用溝部の幅寸法が製造時よりも大きくなるた
め、あらかじめ、光ファイバ埋め込み用溝部の側面に近
い位置に設けておくと、バンプが所定位置から大きく外
れることがなくなるので、確実に導通を得ることができ
る。さらに、バンプ列が直線状でないため、製造工程に
おけるホトダイオード16はボンディング時の圧力に対
して十分な強度を得ることができる。
【0092】また、図6(b)に示す第2変形例におい
ては、あらかじめ、互いに対向する通電バンプ15Aの
位置を支持バンプ15Bの位置よりも光ファイバ埋め込
み用溝部の側面から遠くなるようにしている。
【0093】このようにすると、動作環境における周囲
温度が比較的低温下である場合には、基板11と光ファ
イバ12とを固着する樹脂材が常に収縮し、光ファイバ
埋め込み用溝部の幅寸法が製造時よりも小さくなるた
め、光ファイバ埋め込み用溝部の側面から遠い位置に設
けておくと、バンプが所定位置から大きく外れることが
なくなるので、確実に導通を得ることができる。さら
に、バンプ列が直線状でないため、製造工程におけるホ
トダイオード16はボンディング時の圧力に対して十分
な強度を得ることができる。
【0094】なお、各バンプ15A,15Bの形状を円
柱状としたが、基板の主面方向の断面形状を長方形や長
円形のように、ホトダイオードにおける互いに対向する
2辺を点状ではなく線状に支える形状とすれば一対のバ
ンプでも通電用と支持用とを兼ねることができる。
【0095】(第4の実施形態)以下、本発明の第4の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0096】図7(a)及び(b)は本発明の第4の実
施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を
示す斜視図である。図7(a)及び(b)において、図
1に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付
すことにより説明を省略する。図7(a)に示すよう
に、基板11の光ファイバ埋め込み用溝部11aにおけ
る光軸方向側の両端部には、はんだ材からなる固着部材
25Aがそれぞれ充填されている。
【0097】光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置
は、基板11に設けられた光ファイバ埋め込み用溝部1
1aにUV硬化樹脂材13を用いて固着されている。樹
脂材は、一般にガラス転移温度Tg 以上となると軟化
し、再度冷却してガラス転移温度Tg 以下となると硬化
する性質を持っている。
【0098】本実施形態においては、光ファイバ12に
外部から圧力が加えられた状態で周囲温度を上昇させ、
UV硬化樹脂材13が軟化したとしても、固着部材25
Aが設けられているため、光ファイバ12の位置が変動
しない。従って、光ファイバ12内を伝搬してくる信号
光をミラー17で反射させて受光するホトダイオード1
6は、光ファイバ12の位置が変動せずミラー17と受
光面との間隔が変わらないため、受光面に照射される信
号光の光量が変わらないので、受信動作に支障を来たす
おそれがない。
【0099】本実施形態に係る半導体受光装置の製造方
法の特徴を説明する。
【0100】まず、第1の実施形態と同様に、基板11
の主面のホトダイオード載置領域に導体膜からなる電極
パターン14を形成した後、該電極パターン14の上に
ホトダイオード16の受光面に形成された金からなるp
側電極端子及びn側電極端子と対応するように金からな
る複数のバンプ15を形成する。
【0101】次に、基板11の主面上を一端側から他端
側までバンプ15同士の間を延びる光ファイバ埋め込み
用溝部11aを形成し、続いて、信号光の伝送路である
光ファイバ12を光ファイバ埋め込み用溝部11aに埋
設する。
【0102】次に、基板11の光ファイバ埋め込み用溝
部11aの両端部付近の内面及び該内面と対向する光フ
ァイバ12の側面をはんだ材が十分になじむようにメタ
ライズした後、基板11の光ファイバ埋め込み用溝部1
1aの両端部における基板11と光ファイバ12との隙
間にはんだ材を充填し且つ上面を覆って固着部材25A
をそれぞれ形成する。
【0103】次に、基板11の光ファイバ埋め込み用溝
部11aにおける固着部材25Aに挟まれる領域の基板
11と光ファイバ12との隙間に、光ファイバ12を伝
搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバ1
2の屈折率とほぼ同一の屈折率を持つUV硬化樹脂材1
3を充填すると共にその上面を覆う。
【0104】その後、ホトダイオード16を基板11の
主面上の所定位置に固着すると共に、ミラー17を形成
する。
【0105】なお、図7(b)に示すように、光ファイ
バ12を基板11の光ファイバ埋め込み用溝部11aの
両端部をはんだ材を用いて固着する代わりに、ガラス材
等からなる固着部材25Bを用いて固着してもよい。こ
のようにすると、基板11と固着部材25Bとの線膨張
係数が等しいため、基板11と固着部材25Bとが同等
に膨張又は収縮するので、基板11の主面に反りが生じ
なくなる。このため、光ファイバ12のコア部とホトダ
イオード16の受光部との間隔が一定になるので、周囲
の温度変動に対する受信の信頼度が一層向上することに
なる。
【0106】(第5の実施形態)以下、本発明の第5の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0107】図8(a)は本発明の第5の実施形態に係
る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光フ
ァイバの光軸に対して垂直方向の断面構成を示してい
る。図8(a)において、図1に示す構成部材と同一の
構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略す
る。図8(a)に示すように、基板11の主面には、金
からなる電極パターン14Aと鉛スズ共晶はんだ材から
なるバンプ15との間に、ニッケル(Ni)薄膜からな
り、膜厚が0.5μmの金属薄膜としてのメタル層31
が設けられている。また、ホトダイオード16の受光面
には各バンプ15と対応する位置に、例えばアルミニウ
ムからなる電極端子32Aが形成されている。
【0108】図8(b)に、メタル層31を設けた半導
体受光装置と、メタル層31を設けない半導体受光装置
とを、周囲温度が−40℃から70℃までの範囲で周期
的に昇温と降温とを繰り返す温度サイクル試験を行なっ
た結果を示す。図8(b)において、横軸が試験のサイ
クル数を表わし、縦軸が全サンプル数に対する導通可能
な装置の割合を表わし、白丸印が従来の装置を、黒丸印
が本実施形態の装置をそれぞれ表わしている。図8
(b)示すように、従来の装置は、サイクル数が50サ
イクルを越えると全サンプル数のうちの過半数の装置の
電極が不通となり、100サイクルで全サンプルの導通
が不良となった。一方、本実施形態に係る装置は150
サイクルまで100%の導通率を得られた。
【0109】前述したように、従来の装置は、高温環境
下においてバンプ15に含まれるスズが電極パターン1
4Aに拡散して、該電極パターン14Aに含まれる金と
機械的強度の小さい金スズ合金を形成し、形成された金
スズ合金に対して周囲温度の変動による熱歪みが生じる
と、該金スズ合金と金又ははんだ材に含まれる鉛との界
面にクラックが形成される。さらに、温度変動のサイク
ル数の増加に伴ってクラックが成長し、やがては電気的
に不通となる。
【0110】しかしながら、本実施形態に係る装置は、
金からなる電極パターン14Aと、作業性に優れた鉛ス
ズ共晶はんだ材からなるバンプ15との間にスズの拡散
を防ぐメタル層31を設けているため、鉛スズ共晶はん
だ材に起因する導通不良を排除することができる。
【0111】なお、本実施形態においては、メタル層3
1にニッケルを用いたが、白金(Pt)、チタン(T
i)又はクロム(Cr)からなる金属薄膜を用いてもよ
く、さらに、これらの金属薄膜のうちのいずれかを積層
してもよく、また合金化してもよい。
【0112】また、メタル層31の代わりに、スズの組
成比率が30%程度と低い鉛スズ共晶はんだ材を用いて
もよい。スズの組成比率が30%程度の場合は、はんだ
材の融点が270℃と高くなるため作業中に溶けること
もなく、金スズ合金の生成量も微量となるので、長期的
な信頼性の向上を図ることができる。
【0113】また、メタル層31の代わりに、インジウ
ムを主成分とするはんだ材を用いてもよい。このように
すると、鉛スズ共晶はんだ材に含まれるスズが電極パタ
ーン14A側に拡散したとしても、インジウム・スズ合
金はその成長速度が遅いため、該インジウム・スズ合金
の成長が抑制されるので、その結果、導通不良が生じに
くくなる。
【0114】(第6の実施形態)以下、本発明の第6の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0115】図9(a)は本発明の第6の実施形態に係
る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光フ
ァイバの光軸に対して垂直方向の断面構成を示してい
る。図9(a)において、図8(a)に示す構成部材と
同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を
省略する。図9(a)に示すように、基板11の主面に
は、アルミニウムからなる電極パターン14Bと鉛スズ
共晶はんだ材からなるバンプ15が形成されており、該
バンプ15とホトダイオード16の受光面に形成された
金からなる電極端子32Bとの間には、ニッケル薄膜か
らなり、膜厚が0.5μmの金属薄膜としてのメタル層
33が設けられている。
【0116】図9(b)に、メタル層33を設けた半導
体受光装置と、メタル層33を設けない半導体受光装置
とに対して、周囲温度が−40℃から70℃までの範囲
で周期的に昇温と降温とを繰り返す温度サイクル試験を
行なった結果を示す。図9(b)において、横軸が試験
のサイクル数を表わし、縦軸が全サンプル数に対する導
通可能な装置の割合を表わし、白丸印が従来の装置を、
黒丸印が本実施形態の装置をそれぞれ表わしている。図
8(b)示すように、受光感度が0.4A/Wよりも小
さくなったサンプルを不良とすると、従来の装置は、サ
イクル数が400サイクルを越えると全サンプル数のう
ちの過半数が不良となった。一方、本実施に係る装置は
500サイクルまで安定した受光感度を得られた。
【0117】従来の装置は、高温環境下においてバンプ
15に含まれるスズが電極端子32Bに拡散して、接触
抵抗の増加及び受光面のマスキングによる受光感度の劣
化を引き起こし、さらに、周囲温度の変動による熱歪み
が生じると、この劣化が進行して最悪の場合には電気的
に不通となる。
【0118】しかしながら、本実施形態に係る装置は、
作業性に優れた鉛スズ共晶はんだ材からなるバンプ15
とホトダイオード16の金からなる電極端子32Bとの
間にスズの拡散を防ぐメタル層33を設けているため、
鉛スズ共晶はんだ材に起因する受光感度の劣化及び導通
不良を排除することができる。
【0119】なお、本実施形態においては、メタル層3
3にニッケルを用いたが、白金、チタン又はクロムから
なる金属薄膜を用いてもよく、さらに、これらの金属薄
膜のいずれかを積層してもよく、また合金化してもよ
い。
【0120】また、メタル層33の代わりに、スズの比
率が30%程度と低い鉛スズ共晶はんだ材を用いてもよ
い。スズの比率が30%程度の場合は、はんだ材の融点
が270℃と高くなるため作業中に溶けることもなく、
金スズ合金の生成量も微量となるので、長期的な信頼性
の向上を図ることができる。
【0121】また、メタル層33の代わりに、インジウ
ムを主成分とするはんだ材を用いてもよい。このように
すると、鉛スズ共晶はんだ材に含まれるスズが電極端子
32B側に拡散したとしても、インジウム・スズ合金は
その成長速度が遅いため、該インジウム・スズ合金の成
長が抑制されるので、電極端子32Bの劣化を抑えるこ
とができる。
【0122】(第7の実施形態)以下、本発明の第7の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0123】図10(a)は本発明の第7の実施形態に
係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光
ファイバの光軸に対して垂直方向の断面構成を示してい
る。図10(a)において、図9(a)に示す構成部材
と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明
を省略する。図10(a)に示すように、基板11の主
面上に形成された導体膜からなる電極パターン14の上
には、金からなる下部バンプ35aと鉛スズ共晶はんだ
材からなる上部バンプ35bとから構成されるバンプ3
5が形成されており、ホトダイオード16の受光面に形
成された電極端子32と接続されている。ここでは、基
板11の主面とホトダイオード16の受光面との間には
UV効果樹脂材が充填されていない製造段階における断
面構成を示している。
【0124】このようにすると、バンプ35におけるは
んだ材の量が少なくなるため、バンプ35とホトダイオ
ード16の電極端子32とをはんだ材を用いて固着する
固着工程において、図10(b)に示すように、溶けた
はんだ材が電極端子32同士又は電極パターン14同士
が短絡するおそれがなくなるので、製造時の歩留まりが
向上する。
【0125】例えば、図11(a)に示すように、バン
プ15を鉛スズ共晶はんだ材のみから形成すると、固着
時に、図11(b)に示すように溶けたはんだ材が電極
端子32同士又は電極パターン14同士を短絡させる不
具合が生じることにもなる。
【0126】(第8の実施形態)以下、本発明の第8の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0127】図12は本発明の第8の実施形態に係る双
方向光半導体装置における光ファイバの光軸方向の断面
構成を示している。図12に示すように、双方向光半導
体装置は、シリコンからなり、段差部を有する第1の基
板41における該段差部の下段側に形成された受光素子
部1と、該段差部の上段側に形成された発光素子部2と
からなる。
【0128】受光素子部1は、第1の実施形態と同一の
構成であって、ガラスからなる第2の基板11Bの主面
には、伝送路としての光ファイバ12を埋め込む光ファ
イバ埋め込み用溝部が形成されており、光ファイバ12
は、該光ファイバ12と光ファイバ埋め込み用溝部との
間の隙間にUV硬化樹脂材13が充填されて埋め込まれ
ている。第2の基板11Bの主面上には、受光面に形成
されたp側電極端子及びn側電極端子とそれぞれ対応す
るバンプとが接して電気的に接続されるようにホトダイ
オード16が固着されている。また、第2の基板11B
には、主面におけるホトダイオード16の下側の領域に
おいて光ファイバ12を伝搬する信号光を反射させ、反
射した信号光をホトダイオード16の受光部16aに照
射させるように光ファイバ12と交差するミラー17が
形成されている。ここで、ミラー17は、発光素子部2
からの信号光を遮らないように半透過性としている。さ
らに、第2の基板11Bにおける光ファイバ12の光軸
方向側の両端部には、UV硬化樹脂材13よりも線膨張
係数が小さい石英ガラスからなり、第2の基板11Bに
おける光ファイバ埋め込み用溝部の側部側の端部を挟持
すると共に、光ファイバ埋め込み用溝部の側面上部に嵌
合する凸部を有する保持具18がそれぞれ設けられてい
る。
【0129】発光素子部2は、第1の基板41の上には
んだ材を用いて固着されると共に、光ファイバ12にお
けるミラー17に対してホトダイオード16と反対側の
端部に、波長が1.3μm帯の半導体レーザ素子42が
直接結合されて構成されている。第1の基板41の段差
部には、断面V字形状の溝が形成されており、光ファイ
バ12の端部を載置すれば、部品の加工精度で半導体レ
ーザ素子42の活性層に位置合わせが行なえる、いわゆ
る、パッシブアライメントとなるように製造されてい
る。
【0130】このように、受光素子部1には、大量の樹
脂材を用いてなる光ファイバ埋め込み型の半導体受光装
置は、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による
変動を抑制する保持具18を備えているため、周囲温度
が変動しても、第2の基板11Bとホトダイオード16
とを電気的に接続するバンプが導通不良を起こさないた
め、比較的簡便な構成部材を用いながら長期にわたる信
頼性を得ることができる。
【0131】また、発光素子部2は、パッシブアライメ
ントで簡便に製造されており、また、送受信を容易に且
つ確実に一体化できるので、高性能な双方向光半導体装
置を小型化できる。
【0132】なお、本実施形態においては、1.3μm
帯における双方向光半導体装置を例に挙げたが、1.5
5μm帯であっても、また、1.3μm帯と1.55μ
m帯とで送受信を行なう波長多重方式であっても同様の
効果を得ることができる。
【0133】また、発光素子部2には、第1の実施形態
に係る半導体受光装置を用いたが、これに限らず、第2
の実施形態から第7の実施形態及び各変形例に係る半導
体受光装置のうちのいずれかであってもよく、さらに
は、これらを適当に組み合わせてなる半導体受光装置で
あってもよい。
【0134】(第9の実施形態)以下、本発明の第9の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0135】図13は本発明の第9の実施形態に係る双
方向光伝送システムの構成を示している。図13に示す
ように、第1の双方向光半導体装置51Aと第2の双方
向光半導体装置51Bとが、長さが10kmのシングル
モード光ファイバを用いた伝送路52により接続されて
いる。
【0136】第1の双方向光半導体装置51Aと第2の
双方向光半導体装置51Bとには、第8の実施形態形態
に示した双方向光半導体装置を用いている。
【0137】このため、一般に光伝送システムに対する
光半導体装置のコスト比率は高いが、安価で且つ長期的
信頼性が得られる光半導体装置を用いることにより、伝
送距離の長い双方向システムをより低コストに実現する
ことができる。
【0138】なお、本実施形態においては、信号光に
1.3μm帯の波長を用いたが、1.55μm帯の光伝
送システムに対しても、さらに、短波長信号光源を用い
た場合にも同様の効果を得られる。
【0139】
【発明の効果】本発明の第1の半導体受光装置による
と、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変
動を抑制する保持具が設けられているため、樹脂材が周
囲の温度変動によって膨張又は収縮したとしても、基板
と半導体受光素子とを電気的に接続するバンプに該バン
プの基板面方向の応力が加わりにくいので、バンプが所
定位置から外れてしまうことがなくなり、その結果、導
通不良が抑制され、比較的簡便な構成の半導体受光装置
であっても、温度変動に対する長期にわたる信頼性が向
上する。
【0140】第1の半導体受光装置において、保持具の
線膨張係数が基板の線膨張係数とほぼ等しいと、保持具
は基板の膨張又は収縮と異なる体積変化を起こさないた
め、保持具自体が光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法を
変動させることがない。
【0141】第1の半導体受光装置において、保持具の
線膨張係が半導体受光素子の線膨張係数とほぼ等しい
と、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法のみならず、半
導体受光素子の収縮又は膨張に起因する光ファイバ埋め
込み用溝部11aの幅寸法の変動を抑えることができ
る。
【0142】本発明の第2の半導体受光装置によると、
光ファイバ埋め込み用溝部の深さが光ファイバの外径と
ほぼ等しいため、基板と光ファイバとの間に充填される
樹脂材の量が少なくて済むので、樹脂材が周囲の温度変
動によって膨張又は収縮が生じたとしても、樹脂材の膨
張又は収縮に起因する体積の変化量を最小限に抑えるこ
とができる。従って、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸
法の温度による変動が最小限に抑えられるため、バンプ
の基板面方向の応力が小さくなってバンプが所定位置か
ら外れてしまうことがなくなるので、導通不良が抑制さ
れ、比較的簡便な構成の半導体受光装置であっても、長
期にわたる信頼性が向上する。
【0143】第2の半導体受光装置において、半導体受
光素子の受光部が、基板の主面と対向する面における信
号光伝搬方向の中心部よりも光学部材側に設けられてい
ると、光ファイバ埋め込み用溝部の深さが従来に比べて
浅くなり、光ファイバの光軸が基板の主面に近くなって
も、受光部に光ファイバを伝搬する信号光が確実に照射
されるようになる。
【0144】第2の半導体受光装置において、光学部材
が、基板における半導体受光素子の下側に設けられてい
ると、光ファイバ埋め込み用溝部の深さが従来に比べて
浅くなり、且つ、半導体受光素子の受光部が受光面の中
央部に設けられているとしても、基板における半導体受
光素子の下側の領域に設けられた光学部材が、半導体受
光素子の受光部に対して反射信号光を確実に照射するこ
とができる。
【0145】本発明の第3の半導体受光装置によると、
複数のバンプが、基板の主面における光ファイバ埋め込
み用溝部の両側に該光ファイバ埋め込み用溝部に沿って
一列ずつ互いに平行に設けられているため、樹脂材が周
囲の温度変動によって膨張又は収縮が生じることにより
基板の裏面における光ファイバ埋め込み用溝部の底部の
中央部下方を軸にして各バンプが互いに離れたり近づい
たりしたとしても、各バンプと光ファイバ埋め込み用溝
部との距離がそれぞれ等しくなるので、複数のバンプの
うちのいずれのバンプも単独で接触不良になることがな
い。従って、温度変動を受けてもバンプが所定位置から
外れることによる導通不良が抑制されるので、比較的簡
便な構成の半導体受光装置であっても、長期にわたる信
頼性が向上する。
【0146】第3の半導体受光装置において、複数のバ
ンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続さ
れた通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、
半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の
主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域に
は、半導体受光素子における通電バンプと対応するよう
に電極パターンが形成されており、通電バンプは支持バ
ンプよりも光ファイバ埋め込み用溝部との距離が小さい
と、動作環境における周囲温度が比較的高温下である場
合には、樹脂材が膨張して光ファイバ埋め込み用溝部の
幅寸法が製造時よりも常に大きくなっても、バンプが所
定位置から大きく外れることがなくなるので、確実に導
通を得ることができると共に、バンプ列が直線状でない
ため、製造工程における半導体受光素子がボンディング
時の圧力に対して十分な強度を得ることができる。
【0147】第3の半導体受光装置において、複数のバ
ンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続さ
れた通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、
半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の
主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域に
は、通電バンプと対応するように電極パターンが形成さ
れており、通電バンプは支持バンプよりも光ファイバ埋
め込み用溝部との距離が大きいと、動作環境における周
囲温度が比較的低温下である場合には、樹脂材が収縮し
て光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法が製造時よりも常
に小さくなっても、バンプが所定位置から大きく外れる
ことがなくなるので、確実に導通を得ることができると
共に、バンプ列が直線状でないため、製造工程における
半導体受光素子がボンディング時の圧力に対して十分な
強度を得ることができる。
【0148】本発明の第4の半導体受光装置によると、
光ファイバにおける半導体受光素子と対向していない領
域が固着部材を用いて基板と固着されているため、周囲
温度がガラス転移温度を越えて樹脂材が軟化したとして
も、樹脂材と異なる固着部材によって光ファイバが固着
されているので、光ファイバの位置がずれない。従っ
て、温度変動下であっても、光ファイバの位置が変動せ
ず光学部材と受光面との間隔が変わらないため、受光面
に照射される信号光の光量が変わらないので、受信動作
に支障を来たすおそれがなくなるので、温度変動に対す
る信頼性を向上させることができる。
【0149】第4の半導体受光装置において、固着部材
がはんだ材からなると、光ファイバにおける半導体受光
素子と対向していない領域と基板とを確実に固着するこ
とができる。
【0150】第4の半導体受光装置において、固着材部
がガラスからなると、光ファイバにおける半導体受光素
子と対向していない領域と基板とを確実に固着すること
ができると共に、基板にガラスを用いた場合には、線膨
張係数が等しくなるため、温度変動による熱歪みが生じ
ないので、長期的な信頼性が向上する。
【0151】本発明の第5の半導体受光装置によると、
バンプがスズを含むはんだ材からなる場合であっても、
バンプに含まれるスズが基板上の金を含む電極パターン
側に拡散しないため、該電極パターンに含まれる金と機
械的強度の小さい金スズ合金を生成しなくなるので、温
度変動に起因するクラックが発生しなくなる。その結
果、導通不良が抑制され、温度変動に対する信頼性を向
上させることができる。
【0152】第5の半導体受光装置において、バンプが
鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケ
ル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも1つを
含むと、はんだ材に含まれるスズが電極パターン側に拡
散することを確実に抑制できる。
【0153】第5の半導体受光装置において、バンプが
鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジ
ウムを含むはんだ材からなると、バンプに含まれるスズ
とはんだ材に含まれるインジウムとの間で成長速度が遅
いインジウム・スズ合金が形成されるため、スズの電極
パターン側への拡散を抑制できる。また、金属薄膜を形
成する場合に比べて、はんだ材を用いるため作業の効率
を犠牲にすることがない。
【0154】本発明の第6の半導体受光装置によると、
バンプがスズを含むはんだ材からなる場合であっても、
バンプに含まれるスズが半導体受光素子の金を含む電極
端子側に拡散しなくなるため、受光感度の劣化及び導通
不良が発生しなくなり、温度変動に対する信頼性を向上
させることができる。
【0155】第6の半導体受光装置において、バンプが
鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケ
ル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも1つを
含むと、はんだ材に含まれるスズが電極パターン側に拡
散することを確実に抑制できる。
【0156】第6の半導体受光装置において、バンプが
鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジ
ウムを含むはんだ材からなると、バンプに含まれるスズ
とはんだ材に含まれるインジウムとの間で成長速度が遅
いインジウム・スズ合金が形成されるため、スズの電極
端子側への拡散を抑制できる。また、金属薄膜を形成す
る場合に比べて、はんだ材を用いるため作業の効率を犠
牲にすることがない。
【0157】本発明の第7の半導体受光装置によると、
バンプがはんだ材からなる金属薄膜を含む多層膜により
構成されているため、はんだ材が溶けてバンプの周辺部
に広がったとしても、はんだ材の量が少ないので、バン
プ同士を短絡させることがなく、装置の製造時の歩留ま
りを向上させることができる。
【0158】第7の半導体受光装置において、積層膜が
互いに組成が異なるはんだ材が積層されてなると、例え
ば、バンプに作業性が高い鉛スズ共晶はんだ材を用いた
としても、スズの組成を小さくすれば融点が高くなるの
で、バンプが溶けて電極同士を短絡させることがない。
【0159】第7の半導体受光装置において、積層膜が
金からなる層を含むと、導通を図るバンプとして所定の
性能を確実に得ることができる。
【0160】本発明の第1の半導体受光装置の製造方法
によると、第1の半導体受光装置を確実に得ることがで
きる。
【0161】本発明の第2の半導体受光装置の製造方法
によると、第4の半導体受光装置を確実に得ることがで
きる。
【0162】本発明に係る双方向光半導体装置による
と、受信部に本発明の第1〜第7のいずれか1つの半導
体受光装置を用いているため、比較的簡便な構成で長期
にわたる信頼性を得ることができる。
【0163】本発明に係る光伝送システムによると、半
導体受光装置に本発明の第1〜第7のいずれか1つの半
導体受光装置を用いているため、比較的簡便な構成で長
期にわたる信頼性を得ることができる。
【0164】本発明に第2の係る光伝送システムによる
と、双方向光半導体装置に本発明の双方向光半導体装置
を用いているため、比較的簡便な構成で長期にわたる信
頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る光ファイバ埋め
込み型の半導体受光装置を示す斜視図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る半導体受光装置
と従来の半導体受光装置との導通率の周囲温度依存性を
表わすグラフである。
【図3】(a)は本発明の第2の実施形態に係る光ファ
イバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの
光軸方向を表わす構成断面図である。(b)は本発明の
第2の実施形態の一変形例に係る光ファイバ埋め込み型
の半導体受光装置における光ファイバの光軸方向を表わ
す構成断面図である。(c)は従来の光ファイバ埋め込
み型の半導体受光装置の光軸方向を表わす構成断面図で
ある。
【図4】(a)〜(d)は第3の実施形態に係る光ファ
イバ埋め込み型の半導体受光装置を示す平面図である。
【図5】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置
の光軸に対して垂直方向を表わす構成断面図である。
【図6】(a)は第3の実施形態の第1変形例に係る光
ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す平面図であ
る。(b)は第3の実施形態の第2変形例に係る光ファ
イバ埋め込み型の半導体受光装置を示す平面図である。
【図7】(a)及び(b)は本発明の第4の実施形態に
係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視
図である。
【図8】(a)は本発明の第5の実施形態に係る光ファ
イバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方
向を表わす構成断面図である。(b)は温度サイクル試
験における本発明の第5の実施形態に係る装置と従来の
装置との導通率のサイクル数依存性を表わすグラフであ
る。
【図9】(a)は本発明の第6の実施形態に係る光ファ
イバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方
向を表わす構成断面図である。(b)は温度サイクル試
験における本発明の第6の実施形態に係る装置と従来の
装置との導通率のサイクル数依存性を表わすグラフであ
る。
【図10】(a)及び(b)は本発明の第7の実施形態
に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に
対して垂直方向を表わす構成断面図である。
【図11】(a)及び(b)は従来の光ファイバ埋め込
み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方向を表わす
構成断面図である。
【図12】本発明の第8の実施形態に係る双方向光半導
体装置の光軸方向を表わす構成断面図である。
【図13】本発明の第9の実施形態に係る双方向光伝送
システムを示す構成図である。
【図14】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装
置を示す斜視図である。
【図15】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装
置を示し、図14のI−I線における断面図である。
【図16】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装
置を示し、図14のI−I線における断面図である。
【符号の説明】
1 受光素子部 2 発光素子部 11 基板 11A 第1の基板 11B 第2の基板 11a 光ファイバ埋め込み用溝部 12 光ファイバ 13 UV硬化樹脂材 14 電極パターン 14A 電極パターン 14B 電極パターン 15 バンプ 15A 通電バンプ 15B 支持バンプ 16 ホトダイオード(半導体受光素子) 16A ホトダイオード載置領域 17 ミラー(光学部材) 18 保持具 21 第2の基板 22 発光素子 23 電極パターン 25A 固着部材 25B 固着部材 31 メタル層(金属薄膜) 32 電極端子 32A 電極端子 32B 電極端子 33 メタル層(金属薄膜) 35 バンプ 35a 下部バンプ 35b 上部バンプ 41 第1の基板 42 半導体レーザ素子 51A 第1の双方向光半導体装置 51B 第2の双方向光半導体装置 52 伝送路

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主面に一端側から他端側まで延びるよう
    に形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板
    と、 前記光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるよう
    に埋設された光ファイバと、 前記基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部
    が前記光ファイバと対向するように、前記基板の主面に
    バンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、 前記基板に前記光ファイバと交差するように設けられて
    おり、前記光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折
    させて前記半導体受光素子の前記受光部に照射させる光
    学部材と、 前記基板に設けられており、前記光ファイバ埋め込み用
    溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具とを備
    えていることを特徴とする半導体受光装置。
  2. 【請求項2】 前記保持具の線膨張係数は前記基板の線
    膨張係数とほぼ等しいことを特徴とする請求項1に記載
    の半導体受光装置。
  3. 【請求項3】 前記保持具の線膨張係数は前記半導体受
    光素子の線膨張係数とほぼ等しいことを特徴とする請求
    項1に記載の半導体受光装置。
  4. 【請求項4】 主面に一端側から他端側まで延びるよう
    に形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板
    と、 前記光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるよう
    に埋設された光ファイバと、 前記基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部
    が前記光ファイバと対向するように、前記基板の主面に
    バンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、 前記基板に前記光ファイバと交差するように設けられて
    おり、前記光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折
    させて前記半導体受光素子の前記受光部に照射させる光
    学部材とを備え、 前記光ファイバ埋め込み用溝部の深さは前記光ファイバ
    の外径とほぼ等しいことを特徴とする半導体受光装置。
  5. 【請求項5】 前記半導体受光素子の受光部は、前記基
    板の主面と対向する面における信号光伝搬方向の中心部
    よりも前記光学部材側に設けられていることを特徴とす
    る請求項4に記載の半導体受光装置。
  6. 【請求項6】 前記光学部材は、前記基板における前記
    半導体受光素子の下側に設けられていることを特徴とす
    る請求項4に記載の半導体受光装置。
  7. 【請求項7】 主面に一端側から他端側まで延びるよう
    に形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板
    と、 前記光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるよう
    に埋設された光ファイバと、 前記基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部
    が前記光ファイバと対向するように、前記基板の主面に
    複数のバンプを介在させて設けられた半導体受光素子
    と、 前記基板に前記光ファイバと交差するように設けられて
    おり、前記光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折
    させて前記半導体受光素子の前記受光部に照射させる光
    学部材とを備え、 前記複数のバンプは、前記基板の主面における前記光フ
    ァイバ埋め込み用溝部の両側に該光ファイバ埋め込み用
    溝部に沿って一列ずつ互いに平行に設けられていること
    を特徴とする半導体受光装置。
  8. 【請求項8】 前記複数のバンプのうちの一部は、前記
    半導体受光素子と電気的に接続された通電バンプであ
    り、前記複数のバンプのうちの残部は、前記半導体受光
    素子を支持する支持バンプであって、 前記基板の主面における前記光ファイバ埋め込み用溝部
    の側方の領域には、前記半導体受光素子における前記通
    電バンプと対応するように電極パターンが形成されてお
    り、 前記通電バンプは前記支持バンプよりも前記光ファイバ
    埋め込み用溝部との距離が小さいことを特徴とする請求
    項7に記載の半導体受光装置。
  9. 【請求項9】 前記複数のバンプのうちの一部は、前記
    半導体受光素子と電気的に接続された通電バンプであ
    り、前記複数のバンプのうちの残部は、前記半導体受光
    素子を支持する支持バンプであって、 前記基板の主面における前記光ファイバ埋め込み用溝部
    の側方の領域には、前記通電バンプと対応するように電
    極パターンが形成されており、 前記通電バンプは前記支持バンプよりも前記光ファイバ
    埋め込み用溝部との距離が大きいことを特徴とする請求
    項7に記載の半導体受光装置。
  10. 【請求項10】 主面に一端側から他端側まで延びるよ
    うに形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板
    と、 前記光ファイバ埋め込み用溝部に埋設された光ファイバ
    と、 前記基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部
    が前記光ファイバと対向するように、前記基板の主面に
    バンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、 前記基板に前記光ファイバと交差するように設けられて
    おり、前記光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折
    させて前記半導体受光素子の前記受光部に照射させる光
    学部材とを備え、 前記光ファイバは前記光ファイバ埋め込み用溝部に、前
    記基板の前記光ファイバ埋め込み用溝部と前記光ファイ
    バとの間における前記半導体受光素子と対向する領域に
    充填された樹脂材及び前記基板の光ファイバ埋め込み用
    溝部と前記光ファイバとの間における前記半導体受光素
    子と対向していない領域に設けられた固着部材によって
    固着されていることを特徴とする半導体受光装置。
  11. 【請求項11】 前記固着部材ははんだ材からなること
    を特徴とする請求項10に記載の半導体受光装置。
  12. 【請求項12】 前記固着部材はガラス材からなること
    を特徴とする請求項10に記載の半導体受光装置。
  13. 【請求項13】 主面に一端側から他端側まで延びるよ
    うに形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板
    と、 前記光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるよう
    に埋設された光ファイバと、 前記基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部
    が前記光ファイバと対向するように、前記基板の主面に
    バンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、 前記基板に前記光ファイバと交差するように設けられて
    おり、前記光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折
    させて前記半導体受光素子の前記受光部に照射させる光
    学部材とを備え、 前記基板の主面における前記光ファイバ埋め込み用溝部
    の側方の領域には、前記バンプと電気的に接続された金
    からなる電極パターンが形成されており、 前記電極パターンと前記バンプとの間に金属薄膜が形成
    されていることを特徴とする半導体受光装置。
  14. 【請求項14】 前記バンプは鉛とスズとを含むはんだ
    材からなり、 前記金属薄膜はニッケル、白金、チタン及びクロムのう
    ちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項13
    に記載の半導体受光装置。
  15. 【請求項15】 前記バンプは鉛とスズとを含むはんだ
    材からなり、 前記金属薄膜はインジウムを含むはんだ材からなること
    を特徴とする請求項13に記載の半導体受光装置。
  16. 【請求項16】 主面に一端側から他端側まで延びるよ
    うに形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板
    と、 前記光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるよう
    に埋設された光ファイバと、 前記基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部
    が前記光ファイバと対向するように、前記基板の主面に
    バンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、 前記基板に前記光ファイバと交差するように設けられて
    おり、前記光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折
    させて前記半導体受光素子の前記受光部に照射させる光
    学部材とを備え、 前記半導体受光素子の前記受光部側の面には、金からな
    る電極端子が形成されており、 前記電極端子と前記バンプとの間に金属薄膜が形成され
    ていることを特徴とする半導体受光装置。
  17. 【請求項17】 前記バンプは鉛とスズとを含むはんだ
    材からなり、 前記金属薄膜はニッケル、白金、チタン及びクロムのう
    ちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項16
    に記載の半導体受光装置。
  18. 【請求項18】 前記バンプは鉛とスズとを含むはんだ
    材からなり、 前記金属薄膜はインジウムを含むはんだ材からなること
    を特徴とする請求項16に記載の半導体受光装置。
  19. 【請求項19】 主面に一端側から他端側まで延びるよ
    うに形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板
    と、 前記光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるよう
    に埋設された光ファイバと、 前記基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部
    が前記光ファイバと対向するように、前記基板の主面に
    バンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、 前記基板に前記光ファイバと交差するように設けられて
    おり、前記光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折
    させて前記半導体受光素子の前記受光部に照射させる光
    学部材とを備え、 前記バンプははんだ材からなる金属薄膜を含む積層膜に
    より構成されていることを特徴とする半導体受光装置。
  20. 【請求項20】 前記積層膜は互いに組成が異なるはん
    だ材が積層されてなることを特徴とする請求項19に記
    載の半導体受光装置。
  21. 【請求項21】 前記積層膜は金からなる層を含むこと
    を特徴とする請求項19に記載の半導体受光装置。
  22. 【請求項22】 基板の主面に電極パターンを形成する
    工程と、 前記電極パターンの上にバンプを形成する工程と、 前記基板の主面に該基板の一端側から他端側まで延びる
    ように光ファイバ埋め込み用溝部を形成する工程と、 前記光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバを埋設した
    後、前記光ファイバ埋め込み用溝部と前記光ファイバと
    の間に、該光ファイバを伝搬する信号光の波長に対して
    透明で且つ該光ファイバの屈折率とほぼ同一の屈折率を
    持つ樹脂材を充填する工程と、 前記基板に前記光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温
    度による変動を抑制する保持具を設ける工程と、 前記基板に、前記光ファイバを伝搬する信号光を反射又
    は回折させて前記基板の主面上方に反射信号光を出射さ
    せる光学部材を前記光ファイバ埋め込み用溝部と交差す
    るように設ける工程と、 前記基板に、受光部に電極端子が形成された半導体受光
    素子を、前記受光部に前記光学部材からの反射信号光が
    照射されると共に前記電極端子と前記バンプとが接触す
    るように固着する工程とを備えていることを特徴とする
    半導体受光装置の製造方法。
  23. 【請求項23】 基板の主面における半導体受光素子載
    置領域に電極パターンを形成する工程と、 前記基板の主面における前記電極パターンの上にバンプ
    を形成する工程と、 前記基板の主面に該基板の一端側から他端側まで延びる
    ように光ファイバ埋め込み用溝部を形成する工程と、 前記光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバを埋設した
    後、前記基板における半導体受光素子載置領域を除く前
    記光ファイバ埋め込み用溝部と前記光ファイバとの間に
    前記基板と前記光ファイバとを固着する固着部材を設け
    る工程と、 前記基板における半導体受光素子載置領域の前記光ファ
    イバ埋め込み用溝部と前記光ファイバとの間に、該光フ
    ァイバを伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光
    ファイバの屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を充
    填する工程と、 前記基板に、前記光ファイバを伝搬する信号光を反射又
    は回折させて前記基板の主面上方に反射信号光を出射さ
    せる光学部材を前記光ファイバ埋め込み用溝部と交差す
    るように設ける工程と、 前記基板に、受光部に電極端子が形成された半導体受光
    素子を、前記受光部に前記光学部材からの反射信号光が
    照射されると共に前記電極端子と前記バンプとが接触す
    るように固着する工程とを備えていることを特徴とする
    半導体受光装置の製造方法。
  24. 【請求項24】 前記固着材ははんだ材からなることを
    特徴とする請求項23に記載の半導体受光装置の製造方
    法。
  25. 【請求項25】 前記固着部材はガラス材からなること
    を特徴とする請求項23に記載の半導体受光装置。
  26. 【請求項26】 前記請求項1〜21のいずれか1項に
    記載の半導体受光装置と、 光ファイバにおける前記半導体受光装置が受ける信号光
    の伝搬方向側の端部に接続され、信号光を出力する半導
    体発光素子とを備えていることを特徴とする双方向光半
    導体装置。
  27. 【請求項27】 信号光を送信する半導体発光装置と、
    前記信号光を伝達する伝送路と、該伝送路により伝達さ
    れた信号光を受信する半導体受光装置とを備え、 前記半導体受光装置は、前記請求項1〜21のいずれか
    1項に記載の光半導体装置からなることを特徴とする光
    伝送システム。
  28. 【請求項28】 信号光を送信する半導体発光素子と信
    号光を受信する光半導体受光素子とを有する双方向光半
    導体装置と、前記信号光を伝達する光ファイバとを備
    え、 前記双方向光半導体装置は、前記請求項26に記載の双
    方向光半導体装置からなることを特徴とする光伝送シス
    テム。
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