WO2006030578A1 - 集積光部品とその製造方法、及び光通信装置 - Google Patents

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WO2006030578A1
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light
semiconductor substrate
optical component
integrated optical
emitting laser
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Hiroshi Hatakeyama
Masaaki Nidou
Kouji Kudou
Naofumi Suzuki
Hiroaki Chida
Kenichirou Yashiki
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Nec Corporation
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    • H01S5/068—Stabilisation of laser output parameters
    • H01S5/0683—Stabilisation of laser output parameters by monitoring the optical output parameters

Definitions

  • the present invention relates to an integrated optical component and a method of manufacturing the same.
  • the present invention also relates to an optical communication apparatus equipped with the integrated optical component.
  • the light transmission module usually includes a laser as a light source and a photodiode (PD) that monitors the light output of the laser.
  • PD photodiode
  • Surface emitting lasers have high mass productivity because they can form resonators in an on-wafer process.
  • power consumption can be reduced as compared with edge-emitting lasers, and optical components such as lenses and isolators can be reduced, so it can be expected to realize low cost.
  • a surface emitting laser and an optical transmission module having a light receiving element mounted thereon have been proposed in various forms of mounting structures, but can be roughly classified into the following two. That is, (1) a part of light (hereinafter referred to as forward emission light) that is incident on an optical transmission line such as an optical fiber from a surface emitting laser and is used as signal propagation light is reflected, refracted, or refracted. (2) Surface emitting laser power Light emitted in the opposite direction to light incident on the side of the light transmission line such as an optical fiber (hereinafter referred to as “rear-outgoing”) It is a structure in which the incident light is received by a photodiode.
  • a surface emitting laser has a characteristic that it is difficult to obtain light output as compared with an edge emitting laser. Therefore, in an optical transmission module equipped with a surface emitting laser, the surface emitting laser and a photodiode for monitoring the light output of the surface emitting laser are placed close to each other. It is desirable to improve the light receiving efficiency by reducing the power consumption.
  • the first emission light oscillated from the surface emitting laser and the second emission light emitted in the opposite direction can be received by the optical fiber and the photodiode, respectively. Therefore, the photodiode can be brought closer to the surface emitting laser than in the case of the above (1). Therefore, the light receiving efficiency can be improved as compared with the above (1), and it can be said that the structure is more promising.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an optical transmission module 100 provided with a surface emitting laser according to the first prior art and a photodiode.
  • the light transmission module 100 includes an optical fiber 103, a surface emitting laser 107, a first semiconductor substrate 106a, a second semiconductor substrate 106b, a transparent resin 108, a photodiode 109, and the like. ing.
  • a surface emitting laser 107 is formed on the first semiconductor substrate 106a.
  • the surface of the first semiconductor substrate 106a on which the surface-emitting laser 107 is formed is referred to as the main surface P101, and the surface of the first semiconductor substrate 106a opposite to the side on which the surface-emitting laser 107 is formed.
  • the front side is called back side P102.
  • a photodiode 109 which is a light receiving element, is formed on the second semiconductor substrate 106b.
  • the surface of the second semiconductor substrate 106b on the side on which the photodiode 109 is formed is the main surface P103
  • the surface of the second semiconductor substrate 106b on the side opposite to the side on which the photodiode 109 is formed is the back surface P104. It is said.
  • the first semiconductor substrate 106a is fixed on the second semiconductor substrate 106b so that the main surface P101 of the first semiconductor substrate 106a is in contact with the main surface P103 of the second semiconductor substrate 106b.
  • a first insulating film 114a is stacked on the main surface P101 of the first semiconductor substrate 106a.
  • a surface emitting laser drive electrode 131 for driving the surface emitting laser 107 is formed thereon.
  • a second insulating film 114b is deposited on the second semiconductor substrate 106b, and a wire 112 is formed thereon.
  • the surface emitting laser drive electrode 131 is crimped by a wire 112 and fixed by a transparent resin 108.
  • a photodiode electrode 132 for driving the photodiode 109 is formed on the photodiode 109.
  • a guide hole 113 is formed, and an optical fiber 103 is inserted.
  • the first emission light 121 from the surface emitting laser 107 is emitted toward the second semiconductor substrate 106 b, passes through the transparent resin 108, and is incident on the photodiode 109.
  • the second outgoing light 122 is emitted toward the back surface P102 of the first semiconductor substrate 106a,
  • the surface emitting laser 107 and the photodiode 109 are disposed in close proximity to each other only through the transparent resin 108. It is possible to enhance the light receiving efficiency of the emitted light 121 of the photodiode 109. As a result, it is possible to change the light output ratio of the second outgoing light 122 and the first outgoing light 121 largely, and to improve the light output of the optical transmission module 100 and achieve low power consumption. Can. Further, since the photodiode driving electrode 132 and the surface emitting laser driving electrode 131 are formed on the second semiconductor substrate 106b, the driving method of the surface emitting laser 107 is performed in the mounting step of the photodiode. Wiring can be formed at the same time, which can simplify the mounting process.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an optical transmission module 200 including the surface emitting laser according to the second prior art and a photodiode. Note that, for convenience of explanation, the same reference numerals are given to the same component members as those of the first conventional example, and the description will be appropriately omitted.
  • the optical transmission module 200 includes a surface emitting laser 107 and a photodiode 109, as shown in FIG.
  • the gold bump 105 is mounted on the first wiring substrate 102 a with a flip chip so that the main surface P101 side of the first semiconductor substrate 106 a on which the surface emitting laser 107 is formed is opposed to the first wiring substrate 102 a. It is done. Further, the second semiconductor substrate 106b on which the photodiode 109 is formed is fixed on the first semiconductor substrate 106a by the transparent resin 108 or the like.
  • the first emission light 121 from the surface emitting laser 107 passes through the first semiconductor 106 a and the second semiconductor substrate 106 b and is then incident on the photodiode 109.
  • the second outgoing light 122 is emitted toward the first wiring board 102a.
  • the second semiconductor substrate 106b in which the photodiode 109 is formed is formed on the first semiconductor substrate 106a in which the surface emitting laser 107 is formed. Since the direct mounting is performed, an element with a small mounting volume can be provided.
  • Non-Patent Document 1 is cited in an embodiment described later, this will be described later.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-199795
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-249713
  • Non Patent Literature 1 Proceedings of 51th Annual Conference of the Institute of Applied Physics Annual Conference 30p—ZT— 3, 12 63 pages
  • One of the problems in the first conventional example is the special specification in which the wiring 114 for driving the surface emitting laser 107 and the electrode 132 are formed on the surface of the second semiconductor substrate 106b.
  • Another problem is that the general-purpose surface-incidence type light- The point is that the diode can not be used as it is. Due to these problems, it is difficult to reduce the cost of the optical transmission module according to the first conventional example.
  • a back illuminated photodiode is mounted.
  • the light emitted from the surface emitting laser is incident from the back surface P104 side of the second semiconductor substrate 106b on which the photodiode is formed, and the light transmitted through the second semiconductor substrate is a photodiode.
  • the type of incident light For this reason, it is impossible to use the most versatile surface-incident type photodiode generally used in the optical transmission module as it is. As a result, cost reduction becomes difficult.
  • the substrate on which the surface emitting laser is formed is mounted by facing the substrate on which the photodiode is formed, so the surface emitting laser and the photodiode are The point is that it can not be made less than the thickness of these substrates. That is, it can not be made equal to or less than the total length of the thickness of the substrate on which the surface emitting laser and the photodiode are formed. Since the substrate thickness of a general semiconductor optical device is 100 to 200 m], in the structure of this conventional example, the distance between the surface emitting laser 7 and the photodiode 9 is at most 200 [m] or less. It will not be possible. Therefore, the structure of the optical transmission module according to the second prior art is disadvantageous in light receiving efficiency, and leaves a problem in achieving low power consumption or improving the light output.
  • the force described in the example of the optical transmission module is not limited to this, and in general, the integrated optical component including the surface emitting type laser and the light receiving element is included. , And similar problems may occur.
  • the present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to provide an integrated optical component capable of realizing low power consumption and low cost, and a product thereof It is an object of the present invention to provide a manufacturing method and an optical communication device equipped with the integrated optical component.
  • an integrated optical component includes a first semiconductor substrate having a surface emitting laser and a second light receiving element having a surface incident type.
  • An integrated optical component comprising a semiconductor substrate, comprising: a first wiring board on which the first semiconductor substrate is mounted; and a second wiring board on which the second semiconductor substrate is mounted.
  • the light transmitting material is capable of transmitting at least a portion of the first emission light so that at least a portion of the first emission light oscillated can be received by the surface incident type light receiving element.
  • the arrangement of the first wiring board and the second wiring board is fixed.
  • the integrated optical component of the first aspect of the present invention it is possible to use the most versatile light receiving element that can be obtained at low cost and is surface incident type, so cost reduction can be achieved. realizable.
  • the surface incidence type light receiving element and the surface emitting type laser since it is possible to make the surface incidence type light receiving element and the surface emitting type laser closer to each other as compared with the conventional case, the light receiving efficiency can be improved. Therefore, the improvement of the light output and the reduction of the power consumption can be realized.
  • An integrated optical component is an integrated optical component comprising a first semiconductor substrate having a surface emitting laser and a second semiconductor substrate having a front incidence type light receiving element.
  • a first case for fixing a first wiring substrate on which the first semiconductor substrate is mounted, and a second case for fixing a second wiring substrate on which the second semiconductor substrate is mounted A housing, and at least a part of the first emission light oscillated by the surface emitting laser power can be received by the front incidence type light receiving element, the first housing and the second housing;
  • the arrangement of the first wiring board and the second wiring board is fixed by fitting the housing.
  • the integrated optical component of the second aspect of the present invention it is possible to use the most versatile light receiving element that can be obtained at low cost and is surface incident type, so cost reduction can be achieved. realizable.
  • the surface incidence type light receiving element and the surface emitting type laser since it is possible to make the surface incidence type light receiving element and the surface emitting type laser closer to each other as compared with the conventional case, the light receiving efficiency can be improved. Therefore, the improvement of the light output and the reduction of the power consumption can be realized.
  • An integrated optical component according to a third aspect of the present invention is the integrated optical component according to the above aspect, wherein the first emission light emitted from the surface emitting laser is at least the first semiconductor substrate. , And then enter the light receiving element.
  • An integrated optical component according to a fourth aspect of the present invention is the integrated optical component according to the above aspect, wherein the surface emitting laser has a second emission in the direction opposite to the first emission light. It is characterized in that an emitted light is oscillated, and an optical component for propagating the second emitted light emitted by the surface emitting laser is provided.
  • the light receiving element in the first outgoing light Since it is possible to increase the light reception efficiency of the second light emission, it is possible to increase the light output of the second outgoing light. Therefore, the improvement of light output and the reduction of power consumption can be realized.
  • the light transmitting material is provided in at least a part of the passage of the first emitted light or the second emitted light.
  • An integrated optical component according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that a refractive index of the light transmitting material is 1.85 or more and a refractive index of the first semiconductor substrate or less. It is assumed that. By doing so, it is possible to effectively suppress the reflected return light that may occur when the light receiving element is disposed in the vicinity of the light emitting surface of the surface emitting laser.
  • the first semiconductor substrate is disposed between the first wiring substrate and the second wiring substrate, and the second optical substrate is The semiconductor substrate is characterized in that it is disposed to face the first semiconductor substrate with the second wiring substrate interposed therebetween.
  • the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are disposed between the first wiring substrate and the second wiring substrate. It is characterized by being installed.
  • An integrated optical component according to a ninth aspect of the present invention is the integrated optical component according to the ninth aspect, wherein the first outgoing light passes through at least one surface of the substrate before entering the light receiving element. It is characterized in that scattering means for scattering a part is provided. By doing this, it is possible to effectively suppress the reflected return light that may be generated when the light receiving element is disposed in the vicinity of the light emitting surface of the surface emitting laser.
  • the incident distance of the first outgoing light until the surface emitting laser power is also received by the light receiving element is a position of the light receiving element. Accordingly, the second semiconductor substrate is disposed using position adjustment means in a different manner. By doing this, it is possible to effectively suppress the reflected return light that may occur when the light receiving element is disposed in the vicinity of the light emitting surface of the surface emitting laser.
  • An integrated optical component according to an eleventh aspect of the present invention comprises the integrated optical component according to the ninth aspect.
  • a plurality of bumps having different particle diameters are used as the position adjusting means.
  • An integrated optical component according to a twelfth aspect of the present invention is the integrated optical component according to the ninth aspect, characterized in that a step is provided on the second wiring substrate as the position adjusting means. It is
  • the shortest distance between the incident surface of the light receiving element and the exit surface of the first emission light of the surface emitting laser is 10 [m] or more And is less than or equal to 200 [m].
  • an integrated optical component comprising: a plurality of optical components; propagating light propagating through the optical components; and at least a portion of the propagating light being in contact with the optical components.
  • Integrated optical component comprising at least a light transmitting resin, wherein the light transmitting resin has a particle diameter sufficiently smaller than the wavelength of the propagating light and is larger than the resin which is the main component. Fine particles having a high refractive index are kneaded. With such a configuration, it is possible to suppress the reflected return light of the propagation light at the interface between the optical component and the light transmitting resin.
  • An integrated optical component according to a fifteenth aspect of the present invention is the integrated optical component according to any of the first to thirteenth aspects, wherein the light transmitting resin is used, It is characterized by
  • An optical communication apparatus comprises the integrated optical component described in any one of the first to fourteenth aspects.
  • a method of manufacturing an integrated optical component comprising: a first semiconductor substrate having a surface emitting laser; and at least a portion of the first emission light of the surface emitting laser power.
  • a method of manufacturing an integrated optical component comprising: a second semiconductor substrate having a surface incident type light receiving element for receiving light, the first semiconductor substrate being mounted on a first wiring substrate; The semiconductor substrate is mounted on a second wiring substrate, and the first semiconductor substrate is on the first wiring substrate.
  • a transparent resin is applied to cover the second wiring substrate, and the second wiring substrate is covered with the transparent resin, and at least a portion of the first emission light oscillated by the surface emitting laser is It is disposed at a position where light can be received by the front surface incident type light receiving element, the light transmitting resin is hardened by external stimulation, and a wiring to the light receiving element is provided.
  • a method of manufacturing an integrated optical component which can be obtained at low cost and utilizes the most general light receiving element of surface incidence type. Because the law can be provided, low cost can be realized. In addition, since it is possible to make the surface incidence type light receiving element and the surface emitting type laser approach closer to each other, the light receiving efficiency can be improved. Therefore, the improvement of the light output and the reduction of the power consumption can be realized.
  • a method of manufacturing an integrated optical component comprising: a first semiconductor substrate having a surface emitting laser; and at least a portion of the first emission light of the surface emitting laser power.
  • a method of manufacturing an integrated optical component comprising: a second semiconductor substrate having a surface incident type light receiving element for receiving light, the first semiconductor substrate being mounted on a first wiring substrate; The wiring board is fixed to the first housing, the second semiconductor substrate is mounted on the second wiring board, the second wiring board is fixed to the second housing, and the light receiving element is fixed. Wiring is provided, and the first wiring board and the second wiring board are integrally fixed by fitting the first housing and the second housing.
  • an integrated optical component in accordance with the eighteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an integrated optical component which can be obtained inexpensively and which utilizes the most versatile light receiving element of surface incidence type. Because the law can be provided, low cost can be realized. In addition, since it is possible to make the surface incidence type light receiving element and the surface emitting type laser approach closer to each other, the light receiving efficiency can be improved. Therefore, the improvement of the light output and the reduction of the power consumption can be realized.
  • a method of manufacturing an integrated optical component according to a nineteenth aspect of the present invention is the method of manufacturing an integrated optical component according to the above aspect, wherein the surface emitting type laser is a side opposite to the first emission light.
  • a second emitted light is oscillated, and an optical component for propagating the second emitted light, and an active layer provided in the surface emitting type laser, the second emitted light is the optical It is characterized in that the optical axis is adjusted so as to be optically coupled to the component, and the arrangement of the surface emitting laser and the optical component is fixed.
  • the method of manufacturing an integrated optical component in accordance with the nineteenth aspect of the present invention since the light receiving efficiency of the light receiving element in the first outgoing light can be enhanced, the light output of the second outgoing light can be obtained. It is possible to increase Therefore, the improvement of light output and the reduction of power consumption can be realized.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an optical transmission module according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an optical transmission module according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an optical transmission module according to a first conventional example.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an optical transmission module according to a second conventional example.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an optical transmission module 10 having an integrated optical component according to the first embodiment.
  • the light transmitting module 10 includes a surface emitting laser 7 as a light emitting element and a photodiode 9 as a light receiving element.
  • a first wiring board 2 a is disposed on the top surface of the housing 1.
  • the housing 1 and the first wiring substrate 2a are provided with through holes at positions where second emitted light emitted from the surface emitting laser 7 described later can be incident. Is inserted. By this configuration, it is possible to make the second emission light from the surface emitting laser 7 enter the optical fiber 3.
  • the first wiring layer 4a is stacked at a desired position. Then, the first semiconductor substrate 6a is mounted on the first wiring layer 4a via the first gold bumps 5a.
  • a gold bump for example, one having a diameter of about 20 [m] is used.
  • a surface emitting laser 7 is formed on the first semiconductor substrate 6a.
  • the surface of the second semiconductor substrate 6b on the side on which the surface emitting laser 7 is formed is referred to as a main surface Pl, and the side of the first semiconductor substrate 6a on the side opposite to the side on which the surface emitting laser 7 is formed.
  • the front side is called back side P2.
  • the main surface P1 is disposed so as to face downward in the figure so that the housing 1 and the main surface P1 of the first semiconductor substrate 6a face each other. That is, the surface emitting laser 7 formed on the first semiconductor substrate 6a is disposed to face downward in the drawing.
  • the first semiconductor substrate 6a is mounted on the first wiring substrate 2a at a position where the second emission light from the surface emitting laser 7 is optically coupled to the optical fiber 3.
  • the surface-emitting type laser 7 is a so-called vertical cavity type laser, and emits light in a direction perpendicular to the first semiconductor substrate 6a when the laser oscillation is possible.
  • the surface emitting laser used in the first embodiment is a semiconductor laser in the 1.2 [/ z m] band.
  • the first emission light emitted to the back surface P2 side is the rear emission light 21
  • the second emission light emitted from the opposite side to the rear emission light and incident on the optical fiber 3 is front It is called outgoing light 22.
  • the light output intensity ratio of the backward outgoing light 21 and the forward outgoing light 22 can be easily changed, for example, by adjusting the reflectance of the reflecting mirror.
  • the transmission mode of outgoing light can be applied regardless of single mode or multi mode.
  • a light transmitting resin is filled on the first wiring substrate 2a so as to cover the front surface of the first semiconductor substrate 6a.
  • the light transmitting resin is a light transmitting resin capable of transmitting at least a part of the laser light oscillated from the surface emitting laser 7, and a known resin can be used. From the viewpoint of improving the light output or reducing the power consumption, the higher the transmittance of the laser light, the better.
  • the light transmitting resin can be easily filled on the substrate by coating and can be cured by an external stimulus, which is particularly preferable from the viewpoint of handleability and process easiness.
  • a material which has a refractive index of 1.85 and can be cured by UV light irradiation is used.
  • the refractive index of the transparent resin used in optical communication modules and the like is generally about 1.45, which is about the same as the refractive index of the optical fiber. The one with a higher refractive index is used. The reason will be described later.
  • a second wiring board 2 b is disposed on the light transmitting resin 8.
  • the light transmitting resin 8 plays the role of fixing the second wiring board 2 b and the first wiring board 2 a in addition to transmitting the light emitted from the surface emitting laser 7.
  • the second wiring substrate 2 b is paired with the back surface P 2 of the first semiconductor substrate 6 a through the light transmitting resin 8. It is arranged facing.
  • a substrate having transparency to the first outgoing light is used.
  • the second wiring board 2b is formed of a flexible flexible board, and is bent at its end so as to be able to abut on the first wiring board 2a (see FIG. 1).
  • a flexible circuit board of about 25 [m] can be used.
  • the first wiring layer 4a and the second wiring layer 4b are in contact with each other at a position where the first wiring substrate 2a and the second wiring substrate 2b are close to each other.
  • a through hole should be provided in the passing part of the emitted light.
  • a second wiring layer 4b is formed at a desired position on the second wiring board 2b.
  • the second wiring layer 4b is electrically connected to the first wiring layer 4a via the first bonding wire 11a.
  • the second semiconductor substrate 6b is mounted on the second wiring layer 4b via the second gold bump 5b as a Phillip chip.
  • solder bumps can be used instead of gold bumps.
  • the surface of the second semiconductor substrate 6b on the side where the photodiode 9 is formed is the main surface P3
  • the surface of the second semiconductor substrate 6b opposite to the side on which the photodiode 9 is formed is the surface Backside It is called P4.
  • the main surface P3 is disposed so as to face downward in the figure so that the second wiring board 2b and the main surface P3 of the second semiconductor substrate 6b face each other. That is, the photodiode 9 formed on the second semiconductor substrate 6b is disposed to face downward in the figure.
  • the second semiconductor substrate 6b is mounted in consideration of the position so that the backward emission light 21 which is the first emission light from the surface emitting laser 7 can be incident on the photodiode 9. .
  • the back surface P4 of the second semiconductor substrate and the first wiring layer 2a are connected via a second bonding wire 1 lb.
  • the first outgoing light passes through the first semiconductor substrate 6 a, the light transmitting resin 8, and the second wiring substrate 2 b in order, and then enters the photodiode 9.
  • the most versatile photodiode is used which is of the surface incidence type and is inexpensively available. This makes it possible to expect low cost of parts.
  • the light receiving diameter is about 200 [; It is sufficiently larger than the light spot diameter. For this reason, it is not necessary to perform precise alignment for receiving the backward emitted light 21 by the photodiode 9. Therefore, it can be expected to reduce the mounting cost.
  • the photodiode is provided in the concave portion of the second semiconductor substrate 6b
  • the present invention is not limited to this.
  • the photodiode is formed on the second semiconductor substrate 6b. It is also good.
  • the optical transmission module according to the first embodiment, the force described in the example provided with the optical fiber 3 and the housing 1
  • the surface emitting type mounted on the first wiring board which is not limited to this.
  • the present invention can be applied as long as the semiconductor substrate provided with the laser and the light receiving element mounted on the second wiring substrate are fixed by the fixing means.
  • the reason for setting the refractive index of the light transmitting resin to 1.85 will be described.
  • the most preferable form for suppressing the reflected light is to use a light transmitting material having the same refractive index as the semiconductor substrate.
  • the light transmitting material maintains a high transmittance of the light emitted from the surface emitting laser 7, and has an insulating function, and in the first embodiment, a material which can be applied as a fixing means is selected. There is a need to.
  • Non-Patent Document 1 when a surface emitting laser having an oscillation wavelength of about 1.2 [; zm] is used, the relative intensity of the reflected return light to the emitted light intensity is 21 [dB] or less. If so, it is reported that no degradation of relative intensity noise (RIN) can be seen. Based on this result, the refractive index of the resin necessary for the back reflection light 21 of the surface emitting laser 7 to be suppressed to 21 [dB] or less with respect to the light output of the front emission light 22 is simply determined. View.
  • the refractive index of the light transmitting resin is n2
  • the reason for setting the oscillation wavelength of the surface emitting laser to 1360 nm is that it is a general wavelength band for optical communication applications and that the wavelength of the first semiconductor substrate is generally longer as the wavelength is longer. This is because it is suitable for determining the lower limit value of the refractive index required for the above-mentioned light transmitting resin because the refractive index becomes small.
  • Reflected return light to the surface emitting laser is generated at the boundary of ⁇ 1> first semiconductor substrate-light transmitting resin, 2> boundary of light transmitting resin-photodiode incident surface, .
  • multiple reflection may occur between 3> the above ⁇ 1> and the above ⁇ 2> to cause a reflected return light.
  • the reflected return light in the above ⁇ 2> and the above ⁇ 3> can be reduced by mounting the photodiode obliquely or applying a non-reflecting coating on the surface of the PD. Therefore, the reflectance in the above ⁇ 1> is determined without consideration here.
  • the reflectance R can be obtained by the well-known equation of reflectance of plane waves of the number 1 below.
  • the refractive index n2 of the light transmitting resin necessary to be less than 1 [dB].
  • this lower limit value is an ideal value not considering light absorption in the first semiconductor substrate and the unevenness of the interface of ⁇ 1>, the lower limit value of the refractive index actually required is actually required. May be a little lower.
  • the lower limit of ⁇ 2 can be set to 1.85 if the interface ⁇ 1> is given a certain degree (eg, 20%) of scattering property without being completely mirror-polished.
  • a light transmitting resin prepared as follows exhibits a high refractive index. That is, it can be obtained by kneading fine particles having a particle diameter sufficiently small with respect to the wavelength of backward emission light and having a refractive index higher than that of the resin as the main component. .
  • the refractive index between the surface emitting laser 7 and the light transmitting resin 8 and the light transmitting resin 8 and the photodiode 9 is small. And the reflectance at each boundary can be reduced.
  • the light transmitting resin having a high refractive index is an optical component and propagating light propagating in the optical component, It can be suitably used for those provided with a resin that abuts on an optical component to propagate propagating light.
  • step S 1 the first wiring board 2 a is fixed to the housing 1.
  • the fixing means for example, an adhesive can be used.
  • the first wiring layer 4a is formed in advance at a desired position by a photolithography process or the like.
  • a through hole for inserting the optical fiber 3 is provided in the first wiring substrate 2a.
  • the housing 1 is similarly provided with a through hole for inserting the optical fiber 3 in advance. Then, the housing 1 and the first wiring board 2a are aligned and fixed so that the positions of the through holes coincide with each other.
  • step S2 the first semiconductor substrate 6a on which the surface-emitting type laser 7 is physically formed is mounted on the first wiring board 2a.
  • the first gold bumps 5a of 25 [m 2] in diameter are flip-chip mounted on the first wiring board 2a by pressure bonding. By mounting in this manner, the surface emitting laser 7 is driven through the first wiring layer 4 a and the first gold bump 5 a formed on the first wiring substrate 2 a.
  • the main surface P1 of the first semiconductor substrate 6a and the first wiring substrate 2a are mounted so as to face each other via the first gold bumps 5a.
  • Solder bumps or the like may be used instead of the gold bumps.
  • the first semiconductor substrate is preferably transparent to the oscillation wavelength of the surface emitting laser.
  • the region of the first semiconductor substrate to be the oscillation region of the surface emitting laser is removed by an etching process or the like. Do. As a result, it is possible to obtain forward emitted light and backward emitted light even when there is no transparency to the oscillation wavelength of the surface emitting laser.
  • step S3 the optical fino 3 is inserted into the through holes provided in the housing 1 and the first wiring board 2a, and after alignment, the optical fino 3 is fixed.
  • the optical fiber 3 is inserted into the through hole of the housing 1 and the first wiring board 2a, the light emitted from the surface emitting laser 7 is incident. Infrared light is made to enter from the end of the fiber and the other end of the fiber on the opposite side.
  • an infrared camera is disposed at a position where the backward emitted light of the surface emitting laser 7 is emitted.
  • the infrared light emitted from the optical fiber 3 and transmitted through the surface emitting laser 7 is observed with an infrared camera, and the optical fiber 3 and the surface emitting laser (not shown) are provided while viewing the image. Adjust the optical axis with the active layer, and fix the optical fiber 3 to the housing 1 when the optical axis is fixed.
  • a fixing means for example, an ultraviolet curing resin can be used.
  • step S 4 a light transmitting resin 8 is applied on the first wiring substrate 2 a so as to cover the entire surface emitting laser 7. At this time, a light transmitting resin is applied so that the first semiconductor substrate is completely covered.
  • the light transmitting resin for example, one having a refractive index of 1.85 is used.
  • step S5 the second semiconductor substrate 6b on which the photodiode 9 is integrally formed is mounted on the second wiring substrate 2b.
  • flip chip mounting is performed by thermocompression bonding using the second gold bump 5b.
  • the second wiring layer 4b is formed in advance on the second wiring board 2b.
  • the photodiode used in the first embodiment has a sufficiently large light receiving diameter with respect to the light spot of the backward emitted light. Therefore, precise optical axis alignment is not required.
  • the surface emission type photodiode since the surface emission type photodiode is used, there is a merit that it is not necessary to consider the light transmission of the second semiconductor substrate to the photodiode.
  • step S6 the second wiring board 2b is disposed on the light transmitting resin 8 and fixed. At this time, alignment is performed so that the backward emitted light 21 of the surface emitting laser 7 can be received by the photodiode 9.
  • the light receiving diameter is a large diameter of about 200 m, precise alignment is not necessary.
  • the light transmitting resin is irradiated with UV light to be cured. In addition to those cured by UV light irradiation, those cured by heat may be used.
  • step S7 the second bonding wire l ib for driving the photodiode 9 is formed between the first wiring layer 4a and the second wiring layer 4b.
  • the integrated optical component according to the first embodiment can be formed.
  • the surface emitting laser 7 and the photodiode are Since the diode 9 is disposed in close proximity via the light transmitting resin 8 alone, the surface emitting laser and the photodiode can be brought closer to each other than the second conventional example.
  • the thickness of the first semiconductor substrate 6a is 100 m
  • the diameter of the gold bumps is 20 m
  • the second wiring substrate is 25 m
  • the exit surface of the surface emitting laser light The distance to the incident surface of the force photodiode 9 can be approximately 145 m. Therefore, the light receiving efficiency of the backward emitted light of the surface emitting laser 7 can be enhanced. As a result, it is possible to largely change the light output ratio of the forward emitted light and the backward emitted light, and it is possible to achieve the improvement of the light output of the integrated optical component and the reduction of the power consumption.
  • the light transmitting module according to the first embodiment it is possible to use the most versatile surface incident type photodiode which can be obtained at low cost. Therefore, low cost of parts can be realized. Furthermore, since the reflected return light can be suppressed by a simple method, the mounting cost can be reduced.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention is not limited thereto.
  • Optical components such as a lens, an optical filter, and a polarizer may be added. Also, it is not necessary to be coupled to the optical fiber.
  • the front emission type surface emitting laser has been described.
  • the back surface emission type (structure in which the second emission light is coupled to the optical fiber after passing through the first substrate) You may use a surface emitting laser.
  • a surface emitting laser makes it possible to further reduce the distance between the surface-emitting laser and the photodiode.
  • the surface emitting laser can be fixed on the first wiring layer with a curable resin or the like to form a current path through the second wiring substrate or the bonding wire.
  • the basic configuration of the integrated optical component according to the present modification 1 is the same as that of the first embodiment. Although there are differences, the following points are different. That is, in the first embodiment, as the second gold bump 5b used when mounting the second wiring substrate and the second semiconductor substrate, one having a uniform particle diameter is used. In the above, one containing at least two or more different types of second gold bumps 5b with different particle sizes was used. In the first modification, the purpose of making the particle diameter of the second gold bump 5 b different is to incline the light receiving surface of the photodiode 9 with respect to the surface emitting laser 7. Thereby, the reflected return light can be effectively suppressed by a simple method.
  • the method of tilting the light receiving surface of the photodiode 9 with respect to the exit surface of the surface emitting laser 7 is not limited to the method of changing the particle diameter of the bump.
  • it may be realized by a method of providing a step in the thickness of the wiring.
  • the basic configuration of the integrated optical component according to the present modification 2 is the same as that of the above-described first embodiment, but the following points are different. That is, in the first embodiment, the surface of the first semiconductor substrate 6a or the second wiring substrate 2b is not particularly processed. In the second modification, the surface of the first semiconductor substrate 6a or the second wiring substrate 2b is roughened. , Was configured to scatter the transmitted light. Thereby, it is possible to effectively suppress the reflected light in a simple manner.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an integrated optical component 20 according to the second embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the optical transmission module 20 having the integrated optical component according to the first embodiment.
  • the light transmitting module 20 includes a surface emitting laser 7 as a light emitting element and a photodiode 9 as a light receiving element.
  • the first wiring board 2a is disposed on the top surface of the first housing la.
  • the first housing la and the first wiring board 2a are provided with through holes at positions where second emitted light emitted from the surface emitting laser 7 described later can be incident.
  • Optical fiber 3 is inserted. By this configuration, it is possible to make the second outgoing light from the surface emitting laser 7 incident on the optical fiber 3.
  • the first wiring layer 4a is stacked at a desired position. Then, the first semiconductor substrate 6a is mounted on the first wiring layer 4a via the first gold bumps 5a.
  • a gold bump for example, one having a diameter of about 20 [m] is used.
  • a surface emitting laser 7 is formed on the first semiconductor substrate 6a.
  • the main surface P1 is disposed to face downward in the figure so that the first housing la and the main surface P1 of the first semiconductor substrate 6a are opposed to each other. That is, the surface-emitting type laser 7 formed on the first semiconductor substrate 6a is disposed to face downward in the figure.
  • the first semiconductor substrate 6a is mounted on the first wiring substrate 2a at a position where the second emission light from the surface emitting laser 7 is optically coupled to the optical fiber 3. .
  • the second wiring board 2b is disposed on the top surface of the second housing lb.
  • the second wiring layer 4b is stacked on a desired position on the second wiring board 2b.
  • the second semiconductor substrate 6b is mounted on the second wiring layer 4b via the second gold bumps 5b.
  • a gold bump for example, one having a diameter of about 20 [m] is used.
  • a photodiode 9 is formed on the second semiconductor substrate 6b.
  • the main surface P4 is disposed to face upward in the figure so that the second housing lb and the back surface P4 of the second semiconductor substrate 6a face each other. That is, the photodiode 9 formed on the second semiconductor substrate 6b is disposed to face downward in the drawing.
  • the second semiconductor substrate 6b is mounted on the second wiring substrate 2b in consideration of the position where the first outgoing light is received by the photodiode.
  • the first case and the second case are respectively provided with the engaging portion and the engaged portion, whereby the first case and the second case are fitted together.
  • First wiring board 2a and second layout The wire substrate 2b is formed of a flexible flexible substrate, and is bent at its end (see FIG. 2). At a position where the first wiring board 2a and the second wiring board 2b are close to each other, the first wiring layer 4a and the second wiring layer 4b are in contact so as to electrically conduct.
  • the first semiconductor substrate 6a and the second semiconductor substrate 6b are disposed to face each other as shown in FIG.
  • it may be filled with a light transmitting resin or liquid having a light refractive index.
  • the first outgoing light passes through the first semiconductor substrate 6 a and enters the photodiode 9.
  • the photodiode which is of the surface incidence type, is available at low cost, and is most versatile is used. As a result, cost reduction of parts can be expected.
  • the light receiving diameter is about 200 [/ zm], which is sufficiently larger than the light spot diameter of the backward emitted light 21, so the backward emitted light 21 is received by the photodiode 9. Does not have to be precisely aligned
  • the first wiring board 2a is fixed to the first housing la.
  • a fixing means for example, an adhesive can be used.
  • the first wiring layer 4a is formed in advance at a desired position by a photolithography process or the like. Further, a through hole for inserting the optical fiber 3 is provided in the first wiring board 2a. Similarly, in the first casing la, a through hole for inserting the optical fiber 3 is provided in advance. Then, the first housing la and the first wiring board 2a are fixed after being aligned so that the positions of the through holes coincide with each other.
  • step S12 the first semiconductor substrate 6a on which the surface emitting laser 7 is physically formed is mounted on the first wiring substrate 2a.
  • the first gold bumps 5a of 25 [m] in diameter are flip-chip mounted on the first wiring board 2a by pressure bonding. By mounting in this manner, the surface-emitting type laser 7 is driven through the first wiring layer 4a and the first gold bump 5a formed on the first wiring substrate 2a.
  • the main surface P1 of the first semiconductor substrate 6a and the first wiring substrate 2a Mount so as to face each other via 1 gold bumps 5a.
  • Solder bumps or the like may be used instead of the gold bumps.
  • step S13 the second wiring board 2b is fixed to the second housing lb.
  • a fixing means for example, an adhesive can be used.
  • the second wiring layer 4b is formed in advance at a desired position by a photolithography process or the like.
  • step S14 the second semiconductor substrate 6b on which the photodiodes 9 are formed is mounted on the second wiring board 2b.
  • the second gold bump 5b of 25 [m 2] in diameter is flip-chip mounted on the second wiring board 2b by pressure bonding. By mounting in this manner, the photodiode 9 is driven through the second wiring layer 4 b and the second gold bump 5 b formed on the second wiring substrate 2 b.
  • the main surface P3 of the second semiconductor substrate 6b and the first wiring substrate 2a are mounted so as to face each other via the second gold bumps 5b.
  • the particle diameter of the gold bump used is changed so that the incident surface of the photodiode 9 is obliquely mounted to the exit surface of the first emission light of the surface emitting laser 7 so as to suppress the reflected return light.
  • step S15 the optical fiber 3 is inserted into the through holes provided in the first housing la and the first wiring substrate 2a, and after alignment, the optical fiber 3 is fixed.
  • the optical fiber 3 is inserted into the through holes of the first housing la and the first wiring substrate 2a, the side from which the light emitted from the surface emitting laser 7 is incident, and red from the fiber end on the opposite side Let the outside light enter. Further, an infrared camera is disposed at a position where the backward emission light of the surface emitting laser 7 is emitted.
  • the infrared light emitted from the optical fiber 3 and transmitted through the surface emitting laser 7 is observed with an infrared camera, and the image is not shown provided in the optical fiber 3 and the surface emitting laser while watching the image.
  • the optical axis adjustment with the active layer of the above is performed, and when the optical axis is determined, the optical fiber 3 is fixed to the first housing la.
  • the fixing means for example, an ultraviolet curing resin can be used.
  • step S16 the engaging portion and the engaged portion of the first housing la and the second housing lb are fitted.
  • the fitting means for example, the first casing is provided with an engaging portion (for example, a pin or a convex portion), and the second casing is provided with an engaged portion (for example, a hole or a recess). It can be done by fitting.
  • the first housing and the second housing the first The wiring layer 4a and the second wiring layer 4b are brought into contact with each other at the end of the first wiring board 2a and the second wiring board 2b, and are electrically conducted.
  • the light transmitting resin or the like described in the above embodiment 1 is interposed between the surface emitting laser 7 and the photodiode 9 in order to suppress the reflected return light. It may be filled.
  • the surface emitting laser 7 and the photodiode 9 are disposed close to each other. It can be placed close to the photodiode. That is, it is determined by the thickness of the first semiconductor substrate 6b and the accuracy of the parts. For example, when the thickness of the first semiconductor substrate 6a is 100 [m], the distance between the photodiode 9 and the surface emitting laser 7 can be about 120 [z m]. For this reason, it is possible to enhance the light receiving efficiency of the backward emission light of the surface emitting laser 7 by the photodiode 9. As a result, it is possible to change the light output ratio of the forward emitted light and the backward emitted light to a large extent, and it is possible to improve the light output of the integrated optical component and reduce the power consumption.
  • the optical transmission module according to the second embodiment it is possible to use the most versatile surface incident type photodiode which can be obtained inexpensively and is most versatile. Therefore, low cost of parts can be realized. Furthermore, since the reflected return light can be suppressed by a simple method, the mounting cost can be reduced.

Abstract

　低消費電力化を実現でき、かつ、低コスト化を実現できる集積光部品とその製造方法、及びこの集積光部品を搭載した光通信装置を提供する。 　面発光型レーザ７を有する第１の半導体基板６ａと、表面入射型の受光素子９を有する第２の半導体基板６ｂとを備えた集積光部品であって、第１の半導体基板６ａが実装された第１の配線基板２ａと、第２の半導体基板６ｂが実装された第２の配線基板２ｂとを備え、面発光型レーザ７から発振される第１の出射光２１の少なくとも一部を表面入射型の受光素子９により受光可能なように、第１の出射光２１の少なくとも一部が透過可能な光透過性材料８により第１の配線基板２ａと第２の配線基板２ｂとの配置を固定した。

Description

明 細 書
集積光部品とその製造方法、及び光通信装置
技術分野
[0001] 本発明は、集積光部品、及びその製造方法に関する。また、当該集積光部品を搭 載した光通信装置に関する。
背景技術
[0002] 光送信モジュールは、通常、光源としてのレーザ及び当該レーザの光出力をモニタ するフォトダイオード (PD)を備えている。近年、光源レーザとして面発光型レーザ (V ertical-Cavity Surface Emitting Laser :VCSEL)を搭載した光送信モジュールの開 発力 活発に行われている。
面発光型レーザは、オンウェハーのプロセスで共振器を形成できるため量産性が 高い。また、端面発光型レーザに比して低消費電力化が可能であり、さらにレンズや アイソレータなどの光学部品の削減が可能であるため、低コストィ匕を実現することが 期待できる。
[0003] 面発光型レーザ及び受光素子を搭載した光送信モジュールは、様々な態様の実 装構造が提案されているが、大別すると以下の 2つに分類することができる。すなわ ち、（1)面発光型レーザから光ファイバ等の光伝送線路に入射され、信号伝搬光とし て利用される光 (以下、前方出射光と呼ぶ)の一部を、反射、屈折、回折体などを使 用してフォトダイオードに受光させる構造、（2)面発光型レーザ力 光ファイバ等の光 伝送線路側に入射される光とは反対方向に出射される光（以下、後方出射光と呼ぶ )をフォトダイオードで受光する構造、である。
[0004] 上記二つの実装構造のうち、より有望な構造は、上記（2)の面発光型レーザから光 ファイバに入射される光とは反対方向に出射される光をフォトダイオードで受光する 構造である。その理由を以下に説明する。
[0005] 面発光型レーザは、端面発光型レーザと比較して、光出力が得られにくいという特 性を持つ。従って、面発光型レーザを搭載した光送信モジュールにおいては、面発 光型レーザと、当該面発光型レーザの光出力をモニタするフォトダイオードとを近接 させることによって、受光効率を向上させることが、消費電力を低減させる上で望まし い。
上記（1)の場合、前方出射光が出射される側にフォトダイオードと光ファイバの双方 を配置する必要が生じるため、フォトダイオードと面発光レーザとを近接配置すること が難しい。また、反射、屈折、回折体などを搭載する必要があるため、実装構造が比 較的複雑となってしまう。
[0006] 上記（2)の場合、面発光型レーザから発振される第 1の出射光とその反対方向に 出射される第 2の出射光とを、光ファイバ及びフォトダイオードのそれぞれで受光可 能なので、上記（1)の場合に比してフォトダイオードを面発光型レーザに近接させる ことができる。このため、上記（1)に比して受光効率を向上させることができ、より有望 な構造であるといえる。
[0007] 上記（2)の実装構造に係る光送信モジュールの第 1の従来例 (特許文献 1)につ 、 て図 3を用いて説明する。図 3は、第 1の従来例に係る面発光型レーザとフォトダイォ 一ドとを備えた光送信モジュール 100の構成を示す模式的断面図である。光送信モ ジュール 100は、図 3に示すように、光ファイバ 103、面発光型レーザ 107、第 1の半 導体基板 106a、第 2の半導体基板 106b、透明榭脂 108、フォトダイオード 109等を 備えている。
[0008] 第 1の半導体基板 106a上には、図 3に示すように、面発光型レーザ 107が形成さ れている。以下、面発光型レーザ 107が形成されている側の第 1の半導体基板 106a の表面を主面 P101、面発光型レーザ 107が形成されている側とは反対側の第 1の 半導体基板 106aの表面を裏面 P102という。
[0009] 第 2の半導体基板 106b上には、受光素子たるフォトダイオード 109が形成されてい る。以下、フォトダイオード 109が形成されている側の第 2の半導体基板 106bの表面 を主面 P103、フォトダイオード 109が形成されている側とは反対側の第 2の半導体 基板 106bの表面を裏面 P104という。第 2の半導体基板 106bの主面 P103上に、第 1の半導体基板 106aの主面 P101が接するように第 2の半導体基板 106b上に第 1 の半導体基板 106aが固定されている。
[0010] 第 1の半導体基板 106aの主面 P101上には、第 1の絶縁膜 114aが積層され、その 上に、面発光型レーザ 107を駆動するための面発光型レーザ駆動電極 131が形成 されている。また、第 2の半導体基板 106b上には、第 2の絶縁膜 114bが堆積され、 その上に配線 112が形成されている。そして、上記面発光型レーザ駆動電極 131は 、配線 112により圧着され透明榭脂 108によって固定されている。また、フォトダイォ ード 109上には、フォトダイオード 109を駆動するためのフォトダイオード電極 132が 形成されている。
[0011] 第 1の半導体基板 106aの裏面 P102上には、ガイド穴 113が形成されており、光フ アイバ 103が挿入されている。
[0012] 面発光レーザ 107からの第 1の出射光 121は、第 2の半導体基板 106bに向けて出 射され、透明榭脂 108を通過した後にフォトダイオード 109に入射される。
第 2の出射光 122は、第 1の半導体基板 106aの裏面 P102に向けて出射され、第
1の半導体基板 106aを通過した後、光ファイバ 103に光学的に結合される。
[0013] このように構成することにより、面発光型レーザ 107と、面発光型レーザ 107からの 出力光をモニターすることが可能なフォトダイオード 109とをハイブリッドに集積するこ とがでさる。
[0014] 第 1の従来例に係る光送信モジュール 100によれば、面発光型レーザ 107とフォト ダイオード 109とが透明榭脂 108のみを介して、近接して配設されているので、第 1 の出射光 121のフォトダイオード 109における受光効率を高めることができる。その結 果、第 2の出射光 122と第 1の出射光 121との光出力比を大きく変えることが可能とな り、光送信モジュール 100の光出力の改善や低消費電力化を達成することができる。 また、第 2の半導体基板 106bには、フォトダイオード駆動用電極 132及び面発光型 レーザ駆動用電極 131が形成されているため、フォトダイオードの実装工程時に、面 発光型レーザ 107の駆動のための配線を同時に形成することが可能となるため、実 装工程の簡略ィ匕を図ることができる。
[0015] 次に、第 2の従来例 (特許文献 2)について、図 4を用いて説明する。図 4は、第 2の 従来例に係る面発光型レーザとフォトダイオードとを備えた光送信モジュール 200の 構成を示す模式的断面図である。なお、説明の便宜上、上記第 1の従来例と同一の 要素部材には、同一の符号を付し、説明を適宜省略する。 [0016] 光送信モジュール 200は、図 4に示すように、面発光型レーザ 107、フォトダイォー ド 109を備えている。また、第 1の半導体基板 106a、第 2の半導体基板 106b、配線 基板 102、配線層 104、透明榭脂 108、第 1のボンディングワイヤ 11 la、第 2のボン ディングワイヤ l l lb、レンズ 135、ノ ッケージ 136、リード、フレーム 137等を備免て!、 る。
[0017] 面発光型レーザ 107が形成された第 1の半導体基板 106aの主面 P101側が第 1の 配線基板 102aと対向するように、金バンプ 105によって第 1配線基板 102a上にフリ ップチップで実装されている。また、フォトダイオード 109の形成された第 2の半導体 基板 106bは透明榭脂 108などによって第 1の半導体基板 106a上に固定されている
[0018] 面発光レーザ 107からの第 1の出射光 121は、第 1の半導体 106a及び第 2の半導 体基板 106bを通過した後、フォトダイオード 109に入射される。第 2の出射光 122は 、第 1の配線基板 102aに向けて出射される。
[0019] 第 2の従来例に係る光送信モジュール 200によれば、面発光型レーザ 107が形成 された第 1の半導体基板 106a上に、フォトダイオード 109が形成された第 2の半導体 基板 106bを直接実装するため、実装容積の少ない素子を提供することができる。
[0020] なお、後述する実施形態において非特許文献 1を引用するが、これについては後 述する。
特許文献 1 :特開平 9— 199795号公報
特許文献 2：特開 2003 - 249713号公報
非特許文献 1 :第 51回応用物理学会 学術講演会 講演予稿集 30p— ZT— 3, 12 63頁
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0021] 上記第 1及び第 2の従来例においては、以下のような問題点があった。
第 1の従来例における問題点の一つは、第 2の半導体基板 106b表面に面発光型 レーザ 107駆動用の配線 114や電極 132が形成された特殊な仕様である点である。 また、他の問題点は、光送信モジュールで一般的に用いられる汎用の表面入射型フ オトダイオードをそのまま使用することができない点である。これらの問題により、第 1 の従来例に係る光送信モジュールは、コストを低減することが困難である。
[0022] 第 2の従来例における問題点の一つは、裏面入射型のフォトダイオードが実装され ている点である。裏面入射型のフォトダイオードとは、フォトダイオードが形成された第 2の半導体基板 106bの裏面 P104側から面発光型レーザの出射光が入射して、第 2 の半導体基板を通過した光がフォトダイオードに入射されるタイプのものをいう。この ため、光送信モジュールで一般的に用いられる最も汎用的な表面入射型のフォトダ ィオードをそのまま使用することができない。その結果、コスト低減が困難となる。
[0023] また、他の問題点は、面発光型レーザが形成された基板と、フォトダイオードが形成 された基板とを対面させることにより実装しているので、面発光型レーザとフォトダイォ ードをこれらの基板の厚み以下にすることができないという点である。すなわち、面発 光型レーザ及びフォトダイオードが形成された基板の厚みを合計した距離以下には できないことになる。一般的な半導体光素子の基板厚さは 100〜200 m]である ため、本従来例の構造では、面発光型レーザ 7とフォトダイオード 9の間の距離は最 小でも 200[ m]以下にはできないことになる。従って、第 2の従来例に係る光送信 モジュールの構造では、受光効率の点で不利であり、低消費電力化を実現する上で 、あるいは光出力の改善を図る上で課題を残している。
[0024] なお、上記従来例にぉ 、ては、光送信モジュールを例にとり説明した力 これに限 定されるものではなぐ面発光型レーザと受光素子とを含む集積光部品を備えるもの 全般において、同様の問題が生じ得る。
[0025] 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、 低消費電力化を実現でき、かつ、低コストィ匕を実現できる集積光部品、及びその製 造方法、及び当該集積光部品を具備する光通信装置を提供することである。
課題を解決するための手段
[0026] 上記目的を達成するため、本発明の第 1の態様に係る集積光部品は、面発光型レ 一ザを有する第 1の半導体基板と、表面入射型の受光素子を有する第 2の半導体基 板とを備えた集積光部品であって、該第 1の半導体基板が実装された第 1の配線基 板と、該第 2の半導体基板が実装された第 2の配線基板とを備え、該面発光型レー ザ力 発振される第 1の出射光の少なくとも一部を該表面入射型の受光素子により受 光可能なように、該第 1の出射光の少なくとも一部が透過可能な光透過性材料により 該第 1の配線基板と該第 2の配線基板との配置を固定したものである。
[0027] 本発明の第 1の態様に係る集積光部品によれば、安価に入手可能であって、かつ 表面入射型の最も汎用的な受光素子を利用することができるので、低コスト化を実現 できる。また、表面入射型の受光素子と面発光型レーザとを従来に比して接近させる ことが可能であるので、受光効率をアップさせることができる。従って、光出力の改善 や低消費電力化を実現できる。
[0028] 本発明の第 2の態様に係る集積光部品は、面発光型レーザを有する第 1の半導体 基板と、表面入射型の受光素子を有する第 2の半導体基板とを備えた集積光部品で あって、該第 1の半導体基板が実装された第 1の配線基板を固定する第 1の筐体と、 該第 2の半導体基板が実装された第 2の配線基板を固定する第 2の筐体とを備え、 該面発光型レーザ力 発振される第 1の出射光の少なくとも一部を該表面入射型の 受光素子により受光可能なように、該第 1の筐体と該第 2の筐体とを嵌合せしめること により該第 1の配線基板と該第 2の配線基板との配置を固定したものである。
[0029] 本発明の第 2の態様に係る集積光部品によれば、安価に入手可能であって、かつ 表面入射型の最も汎用的な受光素子を利用することができるので、低コスト化を実現 できる。また、表面入射型の受光素子と面発光型レーザとを従来に比して接近させる ことが可能であるので、受光効率をアップさせることができる。従って、光出力の改善 や低消費電力化を実現できる。
[0030] 本発明の第 3の態様に係る集積光部品は、上記態様の集積光部品において、上 記面発光型レーザから出射される上記第 1の出射光が、少なくとも上記第 1の半導体 基板を通過したのちに上記受光素子に入射することを特徴とするものである。
[0031] 本発明の第 4の態様に係る集積光部品は、上記態様の集積光部品において、上 記面発光型レーザは、上記第 1の出射光とは反対側の方向に第 2の出射光が発振さ れるものであり、該面発光型レーザにより出射された該第 2の出射光を伝搬する光学 部品を備えていることを特徴とするものである。
[0032] 本発明の第 4の態様に係る集積光部品によれば、第 1の出射光における受光素子 の受光効率を高めることができるので、第 2の出射光の光出力を高めることが可能と なる。そのため、光出力の改善や低消費電力化を実現できる。
[0033] 本発明の第 5の態様に係る集積光部品は、上記第 1の出射光若しくは上記第 2の 出射光の通過経路の少なくとも一部に上記光透過性材料が配設されていることを特 徴とするちのである。
[0034] 本発明の第 6の態様に係る集積光部品は、上記光透過性材料の屈折率が、 1. 85 以上であって、上記第 1の半導体基板の屈折率以下であることを特徴とするものであ る。このようにすることにより、面発光型レーザの光出射面の近傍に受光素子を配設 した場合に発生する恐れのある反射戻り光を効果的に抑制することができる。
[0035] 本発明の第 7の態様に係る集積光部品は、上記第 1の半導体基板は、上記第 1の 配線基板と上記第 2の配線基板との間に配設され、上記第 2の半導体基板は、上記 第 2の配線基板を介して上記第 1の半導体基板と対向するように配設されていること を特徴とするものである。
[0036] 本発明の第 8の態様に係る集積光部品は、上記第 1の半導体基板及び上記第 2の 半導体基板は、上記第 1の配線基板と上記第 2の配線基板との間に配設されている ことを特徴とするものである。
[0037] 本発明の第 9の態様に係る集積光部品は、上記第 1の出射光が、上記受光素子に 入射されるまでに通過する基板の少なくとも一つの表面に該第 1の出射光の一部を 散乱させるための散乱手段が施されて 、ることを特徴とするものである。このようにす ることにより、面発光型レーザの光出射面の近傍に受光素子を配設した場合に発生 する恐れのある反射戻り光を効果的に抑制することができる。
[0038] 本発明の第 10の態様に係る集積光部品は、上記面発光型レーザ力も上記受光素 子に受光されるまでの上記第 1の出射光の入射距離が、該受光素子の場所に応じて 異なるように位置調整手段を用いて該第 2の半導体基板を配置したことを特徴とする ものである。このようにすることにより、面発光型レーザの光出射面の近傍に受光素 子を配設した場合に発生する恐れのある反射戻り光を効果的に抑制することができ る。
[0039] 本発明の第 11の態様に係る集積光部品は、上記第 9の態様の集積光部品におい て、上記位置調整手段として、粒径の異なる複数のバンプを用いていることを特徴と するものである。
[0040] 本発明の第 12の態様に係る集積光部品は、上記第 9の態様の集積光部品におい て、上記位置調整手段として、上記第 2の配線基板に段差を設けたことを特徴とする ものである。
[0041] 本発明の第 13の態様に係る集積光部品は、上記受光素子の入射面と上記面発光 型レーザの上記第 1の出射光の出口面との最短距離が、 10 [ m]以上であって、 2 00 [ m]以下であることを特徴とするものである。 10 [ m]以上とすることにより、接 触による破損や電気的干渉を回避することが容易となる。また、 200 [； z m]以下とす ることにより、より効果的に面発光型レーザから発振される第 1の出射光の受光素子 における受光効率を高めることができる。
[0042] 本発明の第 14の態様に係る集積光部品は、複数の光学部品と、該光学部品中を 伝搬する伝搬光と、該光学部品と当接され該伝搬光の少なくとも一部を透過する光 透過性榭脂とを少なくとも備える集積光部品であって、該光透過性榭脂は、該伝搬 光の波長よりも十分に小さな粒径であって、かつ、主成分となる樹脂よりも高屈折率 である微粒子が混練されているものである。このような構成にすることにより、光学部 品と光透過性榭脂との界面において、伝搬光の反射戻り光を抑制することができる。
[0043] 本発明の第 15の態様に係る集積光部品は、上記第 1〜13の態様のいずれかの態 様の集積光部品にお 、て、上記光透過性榭脂が用いられて 、ることを特徴とするも のである。
[0044] 本発明の第 16の態様に係る光通信装置は、上記第 1〜14の態様のいずれかの態 様に記載の集積光部品を備えたものである。
[0045] 本発明の第 17の態様に係る集積光部品の製造方法は、面発光型レーザを有する 第 1の半導体基板と、該面発光型レーザ力 の第 1の出射光の少なくとも一部を受光 する表面入射型の受光素子を有する第 2の半導体基板とを備えた集積光部品の製 造方法であって、該第 1の半導体基板を第 1の配線基板に実装し、該第 2の半導体 基板を第 2の配線基板に実装し、該第 1の配線基板上であって該第 1の半導体基板 を覆うように光透過性榭脂を塗布し、該第 2の配線基板を該光透過性榭脂上であつ て、該面発光型レーザ力 発振される第 1の出射光の少なくとも一部を該表面入射 型の受光素子により受光可能な位置に配置し、該光透過性榭脂を外部刺激により硬 化し、該受光素子への配線を配設するものである。
[0046] 本発明の第 17の態様に係る集積光部品の製造方法によれば、安価に入手可能で あって、かつ表面入射型の最も汎用的な受光素子を利用した集積光部品の製造方 法を提供することができるので、低コストィ匕を実現できる。また、表面入射型の受光素 子と面発光型レーザとを従来に比して接近させることが可能であるので、受光効率を アップさせることができる。従って、光出力の改善や低消費電力化を実現できる。
[0047] 本発明の第 18の態様に係る集積光部品の製造方法は、面発光型レーザを有する 第 1の半導体基板と、該面発光型レーザ力 の第 1の出射光の少なくとも一部を受光 する表面入射型の受光素子を有する第 2の半導体基板とを備えた集積光部品の製 造方法であって、該第 1の半導体基板を第 1の配線基板に実装し、該第 1の配線基 板を第 1の筐体に固定し、該第 2の半導体基板を第 2の配線基板に実装し、該第 2の 配線基板を第 2の筐体に固定し、該受光素子への配線を配設し、該第 1の筐体と該 第 2の筐体とを嵌合することにより第 1の配線基板と第 2の配線基板とを一体に固定 するものである。
[0048] 本発明の第 18の態様に係る集積光部品の製造方法によれば、安価に入手可能で あって、かつ表面入射型の最も汎用的な受光素子を利用した集積光部品の製造方 法を提供することができるので、低コストィ匕を実現できる。また、表面入射型の受光素 子と面発光型レーザとを従来に比して接近させることが可能であるので、受光効率を アップさせることができる。従って、光出力の改善や低消費電力化を実現できる。
[0049] 本発明の第 19の態様に係る集積光部品の製造方法は、上記態様の集積光部品 の製造方法において、上記面発光型レーザは、上記第 1の出射光とは反対側の方 向に第 2の出射光が発振されるものであり、該第 2の出射光を伝播する光学部品と、 該面発光型レーザに備えられた活性層とを該第 2の出射光が該光学部品に光学的 に結合するように光軸調整を行い、該面発光型レーザと該光学部品との配置を固定 することを特徴とするものである。 [0050] 本発明の第 19の態様に係る集積光部品の製造方法によれば、第 1の出射光にお ける受光素子の受光効率を高めることができるので、第 2の出射光の光出力を高める ことが可能となる。そのため、光出力の改善や低消費電力化を実現できる。
発明の効果
[0051] 本発明によれば、低消費電力化を実現でき、かつ、低コストィ匕を実現できる集積光 部品、及びその製造方法を提供することができるという優れた効果がある。
図面の簡単な説明
[0052] [図 1]実施形態 1に係る光送信モジュールの模式的断面図。
[図 2]実施形態 2に係る光送信モジュールの模式的断面図。
[図 3]第 1の従来例に係る光送信モジュールの模式的断面図。
[図 4]第 2の従来例に係る光送信モジュールの模式的断面図。
符号の説明
[0053] 1 筐体
la 第 1の筐体
lb 第 2の筐体
2a 第 1の配線基板
2b 第 2の配線基板
3 光ファイバ
4a 第 1の配線層
4b 第 2の配線層
5a 第 1の金バンプ
5b 第 2の金バンプ
6a 第 1の半導体基板
6b 第 2の半導体基板
7 面発光型レーザ
8 光透過性榭脂
9 フォトダイオード
10 光送信モジュール 11a 第 1のボンディングワイヤ
l ib 第 2のボンディングワイヤ
20 光送信モジュール
21 後方出射光
22 前方出射光
発明を実施するための最良の形態
[0054] 以下、本発明を適用した実施形態の一例について説明する。なお、本発明の趣旨 に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。
[0055] [実施形態 1]
図 1は、本実施形態 1に係る集積光部品を有する光送信モジュール 10の構成を示 す模式的断面図である。光送信モジュール 10は、図 1に示すように、発光素子たる 面発光型レーザ 7、受光素子たるフォトダイオード 9を備えている。また、筐体 光フ アイバ 3、光透過性榭脂 8、第 1の半導体基板 6a、第 2の半導体基板 6b、第 1の配線 基板 2a、第 2の配線基板 2b、第 1の配線層 4a、第 2の配線層 4b、第 1の金バンプ 5a 、第 2の金バンプ 5b、第 1のボンディングワイヤ l la、第 2のボンディングワイヤ l ib等 を備えている。
[0056] 筐体 1の上面には、図 1に示すように、第 1の配線基板 2aが配設されている。筐体 1 及び第 1の配線基板 2aには、後述する面発光型レーザ 7から出射される第 2の出射 光が入射可能な位置に貫通穴が設けられており、この貫通穴に光ファイバ 3が挿入さ れている。このように構成することにより、面発光型レーザ 7からの第 2の出射光を光 ファイバ 3に入射することが可能となる。
[0057] 第 1の配線基板 2a上には、所望の位置に第 1の配線層 4aが積層されている。そし て、第 1の配線層 4a上には第 1の金バンプ 5aを介して第 1の半導体基板 6aがフィリツ プチップ実装されている。金バンプとしては、例えば、直径 20 [ m]程度のものが用 いられる。
[0058] 第 1の半導体基板 6a上には、図 1に示すように、面発光型レーザ 7が形成されてい る。以下、面発光型レーザ 7が形成されている側の第 2の半導体基板 6bの表面を主 面 Pl、面発光型レーザ 7が形成されている側とは反対側の第 1の半導体基板 6aの 表面を裏面 P2という。筐体 1と、第 1の半導体基板 6aにおける主面 P1とが対向する ように、主面 P1が図中下向きになるように配設されている。すなわち、第 1の半導体 基板 6a上に形成された面発光型レーザ 7が、図中下向きになるように配設されている 。また、面発光型レーザ 7からの第 2の出射光が、光ファイバ 3に光学的に結合される 位置に第 1の半導体基板 6aが第 1の配線基板 2a上に実装せしめられて ヽる。
[0059] 面発光型レーザ 7は、いわゆる垂直共振器型のレーザであり、レーザ発振可能な状 態となると第 1の半導体基板 6aに対して垂直な方向に光が出射される。本実施形態 1で用いた面発光型レーザは、 1. 2 [ /z m]帯の半導体レーザである。以降の説明に おいて、裏面 P2側に出射される第 1の出射光を後方出射光 21、後方出射光とは反 対側から出射されて光ファイバ 3に入射する第 2の出射光を前方出射光 22という。後 方出射光 21と前方出射光 22の光出力強度比は、例えば、反射鏡の反射率を調整 することにより容易に変更することができる。出射光の伝送形態は、単一モード、マル チモードを問わずに適用することができる。
[0060] 第 1の配線基板 2a上には、第 1の半導体基板 6aの前面を覆うように光透過性榭脂 が充填せしめられている。光透過性榭脂とは、面発光型レーザ 7から発振されるレー ザ光の少なくとも一部を透過可能なものをいい、公知の榭脂を用いることができる。光 出力の改善あるいは低消費電力化の観点から、レーザ光の透過率が高いほど好まし い。また、光透過性榭脂は、塗布により容易に基板上に充填することが可能であって 、外部刺激により硬化可能なものが、取り扱い性、プロセス容易性の観点等力 特に 好ましい。本実施形態 1においては、屈折率が 1. 85であって、 UV光照射により硬 化可能なものを用いた。光通信モジュールなどにぉ 、て用いられる透明樹脂の屈折 率は、一般的に光ファイバの屈折率と同程度の 1. 45程度のものが用いられていた のに対し、本実施形態においては、それよりも高屈折率のものを用いている。その理 由は、後述する。
[0061] 光透過性榭脂 8上には、第 2の配線基板 2bが配設されている。光透過性榭脂 8は、 面発光型レーザ 7からの出射光を透過させる他に、第 2の配線基板 2bと第 1の配線 基板 2aとを固定する役割を担って 、る。
第2の配線基板 2bは、光透過性榭脂 8を介して第 1の半導体基板 6aの裏面 P2と対 向配設されている。本実施形態においては、第 1の出射光に対して透過性を有する 基板を用いた。第 2の配線基板 2bは、変形自在なフレキシブル基板により構成され ており、その端部において第 1の配線基板 2aと当接可能なように折り曲げられている (図 1参照)。例えば、 25 [ m]程度のフレキシブル回路基板を用いることができる。 第 1の配線基板 2aと第 2の配線基板 2bとが近接した位置にて、第 1の配線層 4aと第 2の配線層 4bとが接触されて 、る。
なお、面発光型レーザ力 発振される出射光に対して透過性を有しない場合には、 出射光の通過部に貫通孔を設ければょ 、。
[0062] 第 2の配線基板 2b上には、第 2の配線層 4bが所望の位置に形成されている。そし て、第 2の配線層 4bは、第 1のボンディングワイヤ 11aを介して、第 1の配線層 4aと電 気的に接続されている。また、第 2の配線層 4b上には第 2の金バンプ 5bを介して第 2 の半導体基板 6bがフィリップチップ実装されている。無論、金バンプに代えて半田バ ンプ等を用いることもできる。
[0063] 第 2の半導体基板 6b上には、受光素子たるフォトダイオード 9が形成されている。以 下、フォトダイオード 9が形成されて 、る側の第 2の半導体基板 6bの表面を主面 P3、 フォトダイオード 9が形成されている側とは反対側の第 2の半導体基板 6bの表面を裏 面 P4という。第 2の配線基板 2bと、第 2の半導体基板 6bの主面 P3とが対向するよう に、主面 P3が図中下向きになるように配設されている。すなわち、第 2の半導体基板 6b上に形成されたフォトダイオード 9が、図中下向きになるように配設されている。ま た、面発光型レーザ 7からの第 1の出射光たる後方出射光 21が、フォトダイオード 9に 入射可能となるように位置を考慮の上、第 2の半導体基板 6bが実装せしめられてい る。第 2の半導体基板の裏面 P4と、第 1の配線層 2aとは、第 2のボンディングワイヤ 1 lbを介して接続されている。
[0064] 第 1の出射光は、第 1の半導体基板 6a、光透過性榭脂 8、第 2の配線基板 2bを順 次通過した後フォトダイオード 9に入射する。本実施形態 1においては、表面入射型 のものであって、かつ、安価に入手可能であって最も汎用的なフォトダイオードを用 いた。これにより、部品の低コストィ匕を期待することができる。また、このような汎用的 なフォトダイオードの場合、受光径がおよそ 200 [； z m]程度であり、後方出射光 21の 光スポット径よりも十分大きい。このため、後方出射光 21をフォトダイオード 9で受光さ せるための位置合わせを、精密に行う必要がない。よって、実装コストの低減を期待 できる。
なお、本実施形態 1においては、第 2の半導体基板 6bの凹部内にフォトダイオード を備える例を説明したが、これに限定されるものではなぐ例えば第 2の半導体基板 6 b上に形成してもよい。
[0065] 以上のような構成により、面発光型レーザ 7及びフォトダイオード 9を一体に備えた 集積光部品を得ることができる。なお、本実施形態 1に係る光送信モジュールとして、 光ファイバ 3と筐体 1とを備えた例について説明した力 これに限定されるものではな ぐ第 1の配線基板に実装された面発光型レーザを備える半導体基板と、第 2の配線 基板に実装された受光素子とが固定手段により固定されて!ヽるものであれば本件発 明を適用できる。
[0066] 続いて、光透過性榭脂の屈折率を 1. 85とした理由について説明する。本実施形 態 1のように面発光型レーザ 7の光出口面の近傍に受光素子が配置されるような集 積構造においては、面発光型レーザ 7への反射戻り光が問題となる恐れがある。反 射戻り光を抑制するための最も好ましい形態は、半導体基板の屈折率と同じ光透過 性材料を用いることである。しかしながら、光透過性材料は、面発光型レーザ 7からの 出射光の高い透過率を維持し、かつ、絶縁機能を有し、本実施形態 1においては固 定手段としても適用可能な材料を選定する必要がある。
[0067] 上記非特許文献 1によれば、発振波長が 1. 2 [； z m]付近の面発光型レーザを用い た場合、出射光強度に対する反射戻り光の相対強度が 21 [dB]以下であれば、相 対強度雑音 (RIN)の劣化は見られないと報告されている。この結果に基づいて、面 発光型レーザ 7の後方反射光 21が前方出射光 22の光出力に対して 21 [dB]以下 に抑制されるために必要となる樹脂の屈折率を簡単に求めてみる。
まず、計算の条件として、面発光型レーザ 7が搭載された第 1の半導体基板 6aの屈 折率を nl = 3. 375、光透過性榭脂の屈折率を n2、面発光レーザの発振波長を 13 60nmとする。ここで面発光レーザの発振波長を 1360nmとした理由は、光通信用用 途で一般的な波長帯であることと、一般的に波長が長いほど第一の半導体基板の屈 折率が小さくなるために上記光透過性榭脂に要求される屈折率の下限値を求めるの に適しているためである。
[0068] 面発光型レーザへの反射戻り光は、 < 1 >第一の半導体基板一光透過性榭脂の 境界、く 2 >光透過性榭脂—フォトダイオード入射面の境界、にて生じる。また、く 3 >上記 < 1 >と上記 < 2 >の間で多重反射が起こって反射戻り光が生じる場合があ る。上記 < 2 >及び上記 < 3 >における反射戻り光については、フォトダイオードを傾 けて実装したり、 PDの表面に無反射コーティングを施すことで低減可能である。この ため、ここでは考慮せず上記 < 1 >における反射率を求める。反射率 Rは、よく知ら れる以下の数 1の平面波の反射率の式により求めることができる。
[数 1]
R = ( n 1 - n 2 ) 2 / ( n 1 + n 2 ) 2 [0069] 上記数 1を用いて、後方出射光からの反射戻り光と前方出射光強度との比率が 2
1 [dB]以下となるために必要な光透過性榭脂の屈折率 n2を求めればょ 、。ここで前 方 Z後方光出力比が 0. 9/0. 1の構造の面発光型レーザについて n2を求めると、 およそ n2 = l. 95となり、光透過性榭脂に要求される屈折率の下限が求まる。しかし 、この下限値は第一の半導体基板内での光吸収や上記 < 1 >の境界面の凹凸を考 慮しない理想的な場合の値であるため、実際に要求される屈折率の下限値はもう少 し低くてもよい。例えば上記 < 1 >の境界面を完全な鏡面研磨とせずにある程度 (例 えば 20%)の散乱性を持たせると、 η2の下限を 1. 85とすることができる。
[0070] 本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、以下のように調製した光透過性榭脂にお いて高屈折率を示すことがわ力つた。すなわち、後方出射光の波長に対して十分に 小さな粒径を有する微粒子であって、かつ、主成分となる樹脂よりも高屈折率の微粒 子を混練することにより得ることができることがわ力つた。
[0071] 高屈折率の光透過性榭脂を使用することにより、面発光型レーザ 7及び光透過性 榭脂 8、並びに光透過性榭脂 8及びフォトダイオード 9間における屈折率さが小さくな り、各々の境界での反射率を低減することができる。
なお、高屈折率の光透過性榭脂は、光学部品と光学部品中を伝播する伝搬光と、 光学部品と当接して伝搬光を伝播する榭脂とを備えるものに適宜利用することができ る。
[0072] 次に、本実施形態に係る光送信モジュールの製造方法につ!、て説明する。なお、 下記の製造工程は典型的な一例であり、本発明の趣旨に合致する限り他の製造方 法を採用することができることは言うまでもない。
[0073] まず、ステップ S 1として、第 1の配線基板 2aを筐体 1に固定する。固定手段としては 、例えば、接着剤を用いることができる。第 1の配線基板 2a上には、予め所望の位置 にフォトリソグラフィー工程等により第 1の配線層 4aを形成しておく。また、第 1の配線 基板 2aには、光ファイバ 3を挿入するための貫通穴を設けておく。筐体 1も同様にし て、光ファイバ 3を挿入するための貫通穴を予め設けておく。そして、これらの筐体 1と 第 1の配線基板 2aとを、貫通穴の位置が一致するように位置合わせをした上で固定 する。
[0074] 次に、ステップ S 2として、面発光型レーザ 7がー体的に形成された第 1の半導体基 板 6aを、第 1の配線基板 2a上に実装する。本実施形態 1においては、直径 25 [ m ]の第 1の金バンプ 5aを第 1の配線基板 2a上に圧着によりフリップチップ実装した。こ のように実装することにより、面発光型レーザ 7は、第 1の配線基板 2a上に形成された 第 1の配線層 4a及び第 1の金バンプ 5aを通じて駆動されることになる。
実装するに際しては、第 1の半導体基板 6aの主面 P1と第 1の配線基板 2aとが、第 1の金バンプ 5aを介して対向するように実装する。金バンプに代えて、半田バンプ等 を用いてもよい。
[0075] 第 1の半導体基板は、面発光型レーザの発振波長に対して透過性を有することが 好ましい。面発光型レーザの発振波長に対して第 1の半導体基板 6aが透過性を有し ない場合には、面発光型レーザの発振領域となる第 1の半導体基板の領域をエッチ ング工程等により除去する。これにより、面発光型レーザの発振波長に対して透過性 を有しない場合にも、前方出射光、後方出射光を得ることが可能となる。
[0076] 続いて、ステップ S3として、筐体 1及び第 1の配線基板 2aに設けられた貫通穴に光 ファイノ 3を挿入し、位置合わせをした上で固定する。光ファイバ 3を筐体 1及び第 1 の配線基板 2aの貫通穴に挿入した後に、面発光型レーザ 7からの出射光が入射さ れる側と、その反対側のファイバ端カゝらそれぞれ赤外光を入射させる。また、面発光 型レーザ 7の後方出射光が出射される位置に赤外線カメラを配置する。そして、光フ アイバ 3から出射されて、面発光型レーザ 7を透過した赤外光を赤外線カメラで観察 し、その画像を見ながら光ファイバ 3と面発光型レーザ内に備えられた不図示の活性 層との光軸調整を行い、光軸が定まった時点で光ファイバ 3を筐体 1に固定する。固 定手段としては、例えば、紫外線硬化榭脂等を用いることができる。
[0077] 続いて、ステップ S4として、第 1の配線基板 2a上であって、面発光型レーザ 7全体 を覆うように光透過性榭脂 8を塗布する。この際、第 1の半導体基板がすっぽり覆わ れるように光透過性榭脂を塗布する。光透過性榭脂としては、例えば、屈折率が 1. 8 5のものを用いる。
[0078] ステップ S5として、フォトダイオード 9を一体的に形成した第 2の半導体基板 6bを、 第 2の配線基板 2b上に実装する。本実施形態 1においては、第 2の金バンプ 5bを用 いて熱圧着によりフリップチップ実装した。第 2の配線基板 2b上には、予め第 2の配 線層 4bが形成されている。本実施形態 1に用いられるフォトダイオードは、後方出射 光の光スポットに対して十分に大きな受光径を有するものである。そのため、精密な 光軸調整は不要である。本実施形態においては、表面出射型のフォトダイオードが 使用されるため、フォトダイオードに対する第 2の半導体基板の光透過性は考慮する 必要がな!ヽと 、うメリットを有する。
[0079] その後、ステップ S6として、第 2の配線基板 2bを光透過性榭脂 8上に配置して固定 する。この際、面発光型レーザ 7の後方出射光 21がフォトダイオード 9に受光可能な ように位置合わせを行う。本実施形態においては、受光径が 200 [ m]程度の大口 径のものを用いたので、精密な位置合わせは不要である。第 2の配線基板 2bの固定 手段としては、光透過性榭脂に UV光を照射して、硬化せしめることにより行う。なお 、 UV光照射により硬化するものの他、熱により硬化するもの等を利用してもよい。
[0080] 最後に、ステップ S7として、第 1の配線層 4aと第 2の配線層 4bとの間にフォトダイォ ード 9駆動用の第 2のボンディングワイヤ l ibを形成する。このようにして、本実施形 態 1に係る集積光部品を形成することができる。
[0081] 本実施形態 1に係る光送信モジュールによれば、面発光型レーザ 7とフォトダイォ ード 9とが光透過性榭脂 8のみを介して近接して配設されて ヽるので、上記第 2の従 来例より面発光型レーザとフォトダイオードとを近接させることができる。例えば、第 1 の半導体基板 6aの厚さを 100 [ m]、金バンプの直径を 20 [ m]、第 2の配線基 板を 25 [ m]とすると、面発光型レーザの光の出口面力 フォトダイオード 9の入射 面までの距離を約 145 [ m]とすることができる。このため、面発光型レーザ 7の後 方出射光のフォトダイオード 9での受光効率を高めることができる。その結果、前方出 射光と後方出射光との光出力比を大きく変えることが可能となり、集積光部品の光出 力の改善や低消費電力化を達成することができる。
また、本実施形態 1に係る光送信モジュールによれば、安価に入手可能であって、 最も汎用的な表面入射型のフォトダイオードを利用することができる。このため、部品 の低コストィ匕を実現できる。さらに、反射戻り光を簡易な方法により抑制可能であるの で、実装コストの低減も実現できる。
[0082] なお、本実施形態 1においては、前方出射光 22が直接光ファイバ 3に結合される構 造について説明したが、これに限定されるものではなぐ例えば、第 1の配線基板 2a 上にレンズや光フィルタ、偏光子などの光学部品が付加されていてもよい。また、光 ファイバに結合されて 、なくてもょ 、。
[0083] また、本実施形態 1においては、表面出射型の面発光型レーザについて説明した 力 裏面出射型 (第 2の出射光を第 1の基板を通過した後に光ファイバに結合させる 構造)の面発光型レーザを用いてもょ 、。裏面出射型の面発光型レーザを用いれば 、面発光型レーザとフォトダイオードとの距離をより近接させることが可能であると 、う メリットがある。この場合には、例えば、面発光型レーザは、第 1の配線層上に硬化性 榭脂等で固定し、第 2の配線基板若しくはボンディングワイヤを通じて通電経路を形 成することができる。
[0084] [変形例 1]
次に、上記実施形態とは反射戻り光を抑制するための手段が異なる集積光部品を 例にとり説明する。なお、以降の説明において、説明の便宜上、同一の要素部材は 上記実施形態 1と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
[0085] 本変形例 1に係る集積光部品における基本的な構成は、上記実施形態 1と同様で あるが、以下の点が異なる。すなわち、上記実施形態 1においては、第 2の配線基板 と第 2の半導体基板を実装する際に用いられる第 2の金バンプ 5bとして、粒径が均一 のものを用いたが、本変形例 1においては、第 2の金バンプ 5bの粒径が異なるものを 少なくとも 2種以上含むものを用いた。本変形例 1にお 、て第 2の金バンプ 5bの粒径 を異ならしめる目的は、フォトダイオード 9の受光面を面発光型レーザ 7に対して傾け ることにある。これにより、反射戻り光を簡易な方法で、かつ効果的に抑制することが できる。
[0086] なお、フォトダイオード 9の受光面を面発光型レーザ 7の出口面に対して傾ける方法 であればよぐバンプの粒径を変える方法に限定されるものではない。例えば、配線 の厚みに段差を設ける方法などにより実現してもよ 、。
[0087] [変形例 2]
次に、上記実施形態とは反射戻り光を抑制するための手段が異なる集積光部品を 例にとり説明する。
[0088] 本変形例 2に係る集積光部品における基本的な構成は、上記実施形態 1と同様で あるが、以下の点が異なる。すなわち、上記実施形態 1においては、第 1の半導体基 板 6aや第 2の配線基板 2bの表面に特に処理を行わな力つた力 本変形例 2にお ヽ ては、これらの表面を荒くし、透過光を散乱させるように構成した。これにより、反射戻 り光を簡易な方法で、かつ効果的に抑制することができる。
[0089] [実施形態 2]
次に、上記実施形態 1に係る光送信モジュール 10と構造が異なる例について図 2 を用いて説明する。図 2は、本実施形態 2に係る集積光部品 20の模式的断面図であ る。
図 2は、本実施形態 1に係る集積光部品を有する光送信モジュール 20の構成を示 す模式的断面図である。光送信モジュール 20は、図 2に示すように、発光素子たる 面発光型レーザ 7、受光素子たるフォトダイオード 9を備えている。また、第 1の筐体 1 a、第 2の筐体 lb、光ファイバ 3、光透過性榭脂 8、第 1の半導体基板 6a、第 2の半導 体基板 6b、第 1の配線基板 2a、第 2の配線基板 2b、第 1の配線層 4a、第 2の配線層 4b、第 1の金バンプ 5a、第 2の金バンプ 5b等を備えている。 [0090] 第 1の筐体 laの上面には、図 2に示すように、第 1の配線基板 2aが配設されている 。第 1の筐体 la及び第 1の配線基板 2aには、後述する面発光型レーザ 7から出射さ れる第 2の出射光が入射可能な位置に貫通穴が設けられており、この貫通穴に光フ アイバ 3が挿入されている。このように構成することにより、面発光型レーザ 7からの第 2の出射光を光ファイバ 3に入射することが可能となる。
[0091] 第 1の配線基板 2a上には、所望の位置に第 1の配線層 4aが積層されている。そし て、第 1の配線層 4a上には第 1の金バンプ 5aを介して第 1の半導体基板 6aがフィリツ プチップ実装されている。金バンプとしては、例えば、直径 20 [ m]程度のものが用 いられる。
[0092] 第 1の半導体基板 6a上には、図 2に示すように、面発光型レーザ 7が形成されてい る。第 1の筐体 laと、第 1の半導体基板 6aにおける主面 P1とが対向するように、主面 P1が図中下向きになるように配設されている。すなわち、第 1の半導体基板 6a上に 形成された面発光型レーザ 7が、図中下向きになるように配設されている。また、面発 光型レーザ 7からの第 2の出射光が、光ファイバ 3に光学的に結合される位置に第 1 の半導体基板 6aが第 1の配線基板 2a上に実装せしめられて ヽる。
[0093] 第 2の筐体 lbの上面には、図 2に示すように、第 2の配線基板 2bが配設されている 。第 2の配線基板 2b上には、所望の位置に第 2の配線層 4bが積層されている。そし て、第 2の配線層 4b上には第 2の金バンプ 5bを介して第 2の半導体基板 6bがフィリツ プチップ実装されている。金バンプとしては、例えば、直径 20 [ m]程度のものが用 いられる。
[0094] 第 2の半導体基板 6b上には、図 2に示すように、フォトダイオード 9が形成されてい る。第 2の筐体 lbと、第 2の半導体基板 6aにおける裏面 P4とが対向するように、主面 P4が図中上向きになるように配設されている。すなわち、第 2の半導体基板 6b上に 形成されたフォトダイオード 9が、図中下向きになるように配設されている。また、第 1 の出射光が、フォトダイオードに受光される位置となるように考慮の上、第 2の半導体 基板 6bが第 2の配線基板 2b上に実装せしめられている。
[0095] 第 1の筐体と第 2の筐体とは、それぞれ係合部と被係合部とが備えられ、これにより 第 1の筐体と第 2の筐体とが嵌合せしめられている。第 1の配線基板 2a及び第 2の配 線基板 2bは、変形自在なフレキシブル基板により構成されており、その端部におい て折り曲げられている（図 2参照)。そして、第 1の配線基板 2aと第 2の配線基板 2bと が近接した位置にて、第 1の配線層 4aと第 2の配線層 4bとが電気的に導通するよう に接触されている。
[0096] 第 1の半導体基板 6aと第 2の半導体基板 6bとは、図 2に示すように、対向配置され ている。これらの間は、反射戻り光を抑制するために、光屈折率を有する光透過性榭 脂や液体等を充填してもよ ヽ。
[0097] 第 1の出射光は、第 1の半導体基板 6aを通過した後にフォトダイオード 9に入射す る。本実施形態 1においては、表面入射型のものであって、かつ、安価に入手可能で あって最も汎用的なフォトダイオードを用いた。これにより、部品の低コスト化を期待 することができる。また、このような汎用的なフォトダイオードの場合、受光径がおよそ 200 [ /z m]程度であり、後方出射光 21の光スポット径よりも十分大きいため、後方出 射光 21をフォトダイオード 9で受光させるための位置合わせを精密に行う必要がない
[0098] 次に、本実施形態 2に係る光送信モジュールの製造方法について説明する。
まず、ステップ S 11として、第 1の配線基板 2aを第 1の筐体 laに固定する。固定手 段としては、例えば、接着剤を用いることができる。第 1の配線基板 2a上には、予め 所望の位置にフォトリソグラフィー工程等により第 1の配線層 4aを形成しておく。また 、第 1の配線基板 2aには、光ファイバ 3を挿入するための貫通穴を設けておく。第 1の 筐体 laも同様にして、光ファイバ 3を挿入するための貫通穴を予め設けておく。そし て、これらの第 1の筐体 laと第 1の配線基板 2aとを、貫通穴の位置が一致するように 位置合わせをした上で固定する。
[0099] 次に、ステップ S 12として、面発光型レーザ 7がー体的に形成された第 1の半導体 基板 6aを、第 1の配線基板 2a上に実装する。本実施形態 2においては、直径 25 [ m]の第 1の金バンプ 5aを第 1の配線基板 2a上に圧着によりフリップチップ実装した。 このように実装することにより、面発光型レーザ 7は、第 1の配線基板 2a上に形成され た第 1の配線層 4a及び第 1の金バンプ 5aを通じて駆動されることになる。
実装するに際しては、第 1の半導体基板 6aの主面 P1と第 1の配線基板 2aとが、第 1の金バンプ 5aを介して対向するように実装する。金バンプに代えて、半田バンプ等 を用いてもよい。
[0100] 次に、ステップ S 13として、第 2の配線基板 2bを第 2の筐体 lbに固定する。固定手 段としては、例えば、接着剤を用いることができる。第 2の配線基板 2b上には、予め 所望の位置にフォトリソグラフィー工程等により第 2の配線層 4bを形成しておく。
[0101] 次に、ステップ S 14として、フォトダイオード 9がー体的に形成された第 2の半導体基 板 6bを、第 2の配線基板 2b上に実装する。本実施形態 2においては、直径 25 [ m ]の第 2の金バンプ 5bを第 2の配線基板 2b上に圧着によりフリップチップ実装した。こ のように実装することにより、フォトダイオード 9は、第 2の配線基板 2b上に形成された 第 2の配線層 4b及び第 2の金バンプ 5bを通じて駆動されることになる。
実装するに際しては、第 2の半導体基板 6bの主面 P3と第 1の配線基板 2aとが、第 2の金バンプ 5bを介して対向するように実装する。この際、用いる金バンプの粒径を 変えて、面発光型レーザ 7の第 1の出射光の出口面に対してフォトダイオード 9の入 射面を斜めに実装し、反射戻り光を抑制するように構成してもよ!、。
[0102] 続いて、ステップ S15として、第 1の筐体 la及び第 1の配線基板 2aに設けられた貫 通穴に光ファイバ 3を挿入し、位置合わせをした上で固定する。光ファイバ 3を第 1の 筐体 la及び第 1の配線基板 2aの貫通穴に挿入した後に、面発光型レーザ 7からの 出射光が入射される側と、その反対側のファイバ端からそれぞれ赤外光を入射させ る。また、面発光型レーザ 7の後方出射光が出射される位置に赤外線カメラを配置す る。そして、光ファイバ 3から出射されて、面発光型レーザ 7を透過した赤外光を赤外 線カメラで観察し、その画像を見ながら光ファイバ 3と面発光型レーザ内に備えられ た不図示の活性層との光軸調整を行い、光軸が定まった時点で光ファイバ 3を第 1の 筐体 laに固定する。固定手段としては、例えば、紫外線硬化榭脂等を用いることが できる。
[0103] 続いて、ステップ S16として、第 1の筐体 laと第 2の筐体 lbの係合部、被係合部とを 嵌合せしめる。嵌合手段としては、例えば、第 1の筐体に係合部 (例えば、ピンゃ凸 状部）、第 2の筐体に被係合部 (例えば、孔部ゃ凹部)を設け、これらを嵌合せしめる ことにより行うことができる。第 1の筐体と第 2の筐体とを嵌合せしめることにより、第 1 の配線層 4aと第 2の配線層 4bとが第 1の配線基板 2a及び第 2の配線基板 2bの端部 において当接され、電気的に導通する。
[0104] なお、ステップ S 16の前後に、反射戻り光を抑制するために面発光型レーザ 7とフ オトダイオード 9との間に上記実施形態 1に記載の光透過性榭脂ゃ液体等を充填し てもよい。
[0105] 本実施形態 2に係る光送信モジュールによれば、面発光型レーザ 7とフォトダイォ ード 9とが近接して配設されているので、上記第 2の従来例より面発光型レーザとフォ トダイオードとを近接させることができる。すなわち、第 1の半導体基板 6bの厚みと、 部品の精度とにより決定される。例えば、第 1の半導体基板 6aの厚さを 100 [ m]と した場合、フォトダイオード 9と面発光型レーザ 7との距離を 120 [； z m]程度にするこ とができる。このため、面発光型レーザ 7の後方出射光のフォトダイオード 9での受光 効率を高めることができる。その結果、前方出射光と後方出射光との光出力比を大き く変えることが可能となり、集積光部品の光出力の改善や低消費電力化を達成するこ とがでさる。
[0106] また、本実施形態 2に係る光送信モジュールによれば、安価に入手可能であって、 最も汎用的な表面入射型のフォトダイオードを利用することができる。このため、部品 の低コストィ匕を実現できる。さらに、反射戻り光を簡易な方法により抑制可能であるの で、実装コストの低減も実現できる。

Claims

請求の範囲
[1] 面発光型レーザを有する第 1の半導体基板と、
表面入射型の受光素子を有する第 2の半導体基板とを備えた集積光部品であって 該第 1の半導体基板が実装された第 1の配線基板と、
該第 2の半導体基板が実装された第 2の配線基板とを備え、
該面発光型レーザ力 発振される第 1の出射光の少なくとも一部を該表面入射型 の受光素子により受光可能なように、該第 1の出射光の少なくとも一部が透過可能な 光透過性材料により該第 1の配線基板と該第 2の配線基板との配置を固定した集積 光部品。
面発光型レーザを有する第 1の半導体基板と、
表面入射型の受光素子を有する第 2の半導体基板とを備えた集積光部品であって 該第 1の半導体基板が実装された第 1の配線基板を固定する第 1の筐体と、 該第 2の半導体基板が実装された第 2の配線基板を固定する第 2の筐体とを備え、 該面発光型レーザ力 発振される第 1の出射光の少なくとも一部を該表面入射型 の受光素子により受光可能なように、該第 1の筐体と該第 2の筐体とを嵌合せしめるこ とにより該第 1の配線基板と該第 2の配線基板との配置を固定した集積光部品。
[3] 請求項 1又は 2に記載の集積光部品において、
上記面発光型レーザ力 出射される上記第 1の出射光が、少なくとも上記第 1の半導 体基板を通過したのちに上記受光素子に入射することを特徴とする集積光部品。
[4] 請求項 1、 2、又は 3に記載の集積光部品において、
上記面発光型レーザは、上記第 1の出射光とは反対側の方向に第 2の出射光が発 振されるものであり、
該面発光型レーザにより出射された該第 2の出射光を伝搬する光学部品を備えて V、ることを特徴とする集積光部品。
[5] 請求項 1〜4のいずれか 1項に記載の集積光部品において、
上記第 1の出射光若しくは上記第 2の出射光の通過経路の少なくとも一部に上記 光透過性材料が配設されていることを特徴とする集積光部品。
[6] 請求項 1〜5のいずれか 1項に記載の集積光部品において、
上記光透過性材料の屈折率が、 1. 85以上であって、上記第 1の半導体基板の屈 折率以下であることを特徴とする集積光部品。
[7] 請求項 1〜6のいずれかに記載の集積光部品において、
上記第 1の半導体基板は、上記第 1の配線基板と上記第 2の配線基板との間に配 設され、上記第 2の半導体基板は、上記第 2の配線基板を介して上記第 1の半導体 基板と対向するように配設されていることを特徴とする集積光部品。
[8] 請求項 1〜7のいずれか 1項に記載の集積光部品において、
上記第 1の半導体基板及び上記第 2の半導体基板は、上記第 1の配線基板と上記 第 2の配線基板との間に配設されていることを特徴とする集積光部品。
[9] 請求項 1〜8のいずれか 1項に記載の集積光部品において、
上記第 1の出射光は、上記受光素子に入射されるまでに通過する基板の少なくとも 一つの表面に該第 1の出射光の一部を散乱させるための散乱手段が施されているこ とを特徴とする集積光部品。
[10] 請求項 1〜9のいずれか 1項に記載の集積光部品において、
上記面発光型レーザから上記受光素子に受光されるまでの上記第 1の出射光の入 射距離が、該受光素子の場所に応じて異なるように位置調整手段を用いて該第 2の 半導体基板を配置したことを特徴とする集積光部品。
[11] 請求項 10に記載の集積光部品において、
上記位置調整手段として、粒径の異なる複数のバンプを用いていることを特徴とす る集積光部品。
[12] 請求項 10に記載の集積光部品において、
上記位置調整手段として、上記第 2の配線基板に段差を設けたことを特徴とする集 積光部品。
[13] 請求項 1〜12のいずれか 1項に記載の集積光部品において、
上記受光素子の入射面と上記面発光型レーザの上記第 1の出射光の出口面との 最短距離が、 10 [ /z m]以上であって、 200 [ m]以下であることを特徴とする集積 光部品。
[14] 複数の光学部品と、該光学部品中を伝搬する伝搬光と、該光学部品と当接され該 伝搬光の少なくとも一部を透過する光透過性榭脂とを少なくとも備える集積光部品で あって、
該光透過性榭脂は、該伝搬光の波長よりも十分に小さな粒径であって、かつ、主成 分となる榭脂よりも高屈折率である微粒子が混練されている集積光部品。
[15] 上記光透過性榭脂が用いられて 、ることを特徴とする請求項 1〜13の 、ずれか 1 項に記載の集積光部品。
[16] 請求項 1〜15のいずれか 1項に記載の集積光部品を備えた光通信装置。
[17] 面発光型レーザを有する第 1の半導体基板と、
該面発光型レーザからの第 1の出射光の少なくとも一部を受光する表面入射型の 受光素子を有する第 2の半導体基板とを備えた集積光部品の製造方法であって、 該第 1の半導体基板を第 1の配線基板に実装し、
該第 2の半導体基板を第 2の配線基板に実装し、
該第 1の配線基板上であって該第 1の半導体基板を覆うように光透過性榭脂を塗 布し、
該第 2の配線基板を該光透過性榭脂上であって、該面発光型レーザカゝら発振され る第 1の出射光の少なくとも一部を該表面入射型の受光素子により受光可能な位置 に配置し、
該光透過性榭脂を外部刺激により硬化し、
該受光素子への配線を配設する集積光部品の製造方法。
[18] 面発光型レーザを有する第 1の半導体基板と、
該面発光型レーザからの第 1の出射光の少なくとも一部を受光する表面入射型の 受光素子を有する第 2の半導体基板とを備えた集積光部品の製造方法であって、 該第 1の半導体基板を第 1の配線基板に実装し、
該第 1の配線基板を第 1の筐体に固定し、
該第 2の半導体基板を第 2の配線基板に実装し、
該第 2の配線基板を第 2の筐体に固定し、 該受光素子への配線を配設し、
該第 1の筐体と該第 2の筐体とを嵌合することにより第 1の配線基板と第 2の配線基 板とを一体に固定する集積光部品の製造方法。
請求項 17又は 18に記載の集積光部品の製造方法において、
上記面発光型レーザは、上記第 1の出射光とは反対側の方向に第 2の出射光が発 振されるものであり、
該第 2の出射光を伝播する光学部品と、該面発光型レーザに備えられた活性層と を該第 2の出射光が該光学部品に光学的に結合するように光軸調整を行！、、 該面発光型レーザと該光学部品との配置を固定することを特徴とする集積光部品 の製造方法。
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