JP2001183551A - 半導体発光素子と光ファイバーとの接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体発光素子と光ファイバーとの接続で
は、半導体発光素子のアライメントマークの認識で位置
合わせして接続するが、実際の位置とはズレがあり、精
度よく接続できない恐れがある。 【解決手段】 半導体発光素子５上に形成されているア
ライメントマーク６の位置を認識し、また半導体発光素
子５の発光体７からの発光量を計測用光ファイバーで検
知することにより、半導体発光素子５の理論上の発光位
置と、発光体７の発光点の真の位置とのオフセット量を
あらかじめ算出しておくことで、オフセット量を理論上
の発光位置に加算するので、半導体発光素子５上のアラ
イメントマーク６を認識して発光位置を判定する方法と
比較して、半導体発光素子５と光ファイバー２の高精度
な位置合わせを達成することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速、大容量かつ
長距離伝送を実現する光通信システムにおける光ファイ
バーと光モジュールを構成する半導体発光素子との接続
技術に関するものであり、特に精度の高い位置合わせに
よる半導体発光素子と光ファイバーとの接続方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバーを用いた光通信システム
は、高速，大容量，長距離伝送の利点を生かして、通信
幹線の適用から始まっている。このシステムの中で、光
信号の送受信機能を果たす光モジュールはキーデバイス
であり、これまで、高速・高性能といった特性重視で開
発が進められてきた。光ファイバーと光モジュールの核
となる半導体発光素子の接続技術は、光通信システムを
構築するための重要な技術であり、高効率で安定な光結
合が確保される必要がある。したがって、半導体発光素
子と光ファイバーの結合は高精度な位置合わせが要求さ
れる。

【０００３】従来の半導体発光素子と光ファイバーとの
接続方法について、図４を参照しながら説明する。図４
は従来の半導体発光素子と光ファイバーとの接続方法を
示す平面図である。

【０００４】まず図４を参照して半導体発光素子と光フ
ァイバーとを接続した状態について説明する。図示する
ように、主にＳｉを成分とする基板１には、接続すべき
光ファイバー２が設置されるＶ溝３と、第１のアライメ
ントマーク４が形成されており、光ファイバー２がＶ溝
３に沿って挿入、設置されているものである。そして基
板１上には半導体発光素子５が搭載され、その半導体発
光素子５には第２のアライメントマーク６が形成されて
いるとともに、電流を与えると発光する発光体７が形成
されている。

【０００５】そして従来の半導体発光素子と光ファイバ
ーとの接続におけるアライメント方法は、同様に図４に
示すように、まず基板１上の第１のアライメントマーク
４と半導体発光素子５上の第２のアライメントマーク６
との位置をカメラで認識する。そしてそれら第１のアラ
イメントマーク４、第２のアライメントマーク６の位置
をもとに半導体発光素子５上の発光体７と光ファイバー
２が設置されたＶ溝３との位置合わせを行っていた。す
なわち、アライメントマークどうしで半導体発光素子５
上の発光体７と光ファイバー２が設置されたＶ溝３との
位置合わせを行うものであり、実際には第２のアライメ
ントマーク６に対応した半導体発光素子５上の発光体７
の理論上の設計位置と、第１のアライメントマーク４と
対応した光ファイバー２が挿入されたＶ溝３との位置合
わせを行い、半導体発光素子５と光ファイバー２とを接
続するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術において、
半導体発光素子の第２のアライメントマークと発光体の
各形成が同一プロセスで同一のマスクで行われた場合
は、第２のアライメントマークと発光体の位置とには一
定の関係のもとで対応を得ることができ、理論上の位置
と実際の位置とでは位置ズレは生じず、第１のアライメ
ントマークと第２のアライメントマークとの位置認識に
よる合わせで対応できる。しかしながら、半導体発光素
子の第２のアライメントマークと発光体の各形成は、必
ずしも同一のマスクで行わない場合があるため、発光体
の理論上の発光位置と実際に形成された位置とが異なる
場合がある。つまり半導体発光素子上の発光体の理論上
の設計位置が真の発光位置とズレている場合があり、第
１のアライメントマークと第２のアライメントマークと
の位置認識による合わせで対応できない場合がある。し
たがって従来は第１のアライメントマークと第２のアラ
イメントマークとの位置合わせで光ファイバーが挿入さ
れたＶ溝と半導体発光素子上の発光体とが位置合わせが
可能であるという前提で位置合わせして接続しているも
のであり、装置の認識精度が高くても、高効率な光結合
ができないという課題がある。

【０００７】本発明は前記従来の課題を解決するもの
で、半導体発光素子上に形成されたアライメントマーク
から算出される理論上の発光位置と、半導体発光素子か
ら発する光の光量を、個々の半導体発光素子について、
あらかじめ計測用光ファイバーあるいは赤外線計測装置
によって測定することにより、それぞれの半導体発光素
子について理論上の発光位置と真の発光位置とのオフセ
ット量を算出し、精度の高い信号伝送用の光ファイバー
と半導体発光素子との位置合わせを行うことを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために本発明の半導体発光素子と光ファイバーとの接
続方法は、基板上の溝に挿入した光ファイバーと位置精
度よく前記基板上に半導体発光素子を接続する半導体発
光素子と光ファイバーとの接続方法であって、計測用光
ファイバーの先端を半導体発光素子の発光体の近傍に走
査させながら検知し、前記発光体の光量を光ゲイン計測
機によって測定し、前記半導体発光素子の発光量が最大
となる位置を真の発光体の発光位置として認識し、位置
を算出する第１工程と、前記半導体発光素子上のアライ
メントマークから算出した発光体の位置を認識し、前記
第１の工程で算出した真の発光体の発光位置とのズレ量
を算出する第２工程と、前記半導体発光素子上のアライ
メントマークを認識することより算出された発光体の位
置に、前記第２工程で求めたオフセット量を加算し、前
記発光体の位置が光ファイバーが挿入された溝に一致す
るように半導体発光素子を基板上にボンディングする第
３工程とよりなる半導体発光素子と光ファイバーとの接
続方法である。

【０００９】また、計測用光ファイバーに代えて、赤外
線計測装置を用いて半導体発光素子の発光体の光量を検
知する半導体発光素子と光ファイバーとの接続方法であ
る。

【００１０】前記構成の通り、半導体発光素子上のアラ
イメントマークを認識して発光位置を判定する方法と比
較して、計測用光ファイバーの受光によって真の発光位
置を認識し、半導体発光素子上のアライメントマークの
位置から算出した理論上の発光位置とのオフセット量を
あらかじめ算出しておくことで、半導体発光素子と光フ
ァイバーの高精度な位置合わせが可能となる。

【００１１】また赤外線計測装置の受光によって真の発
光位置を認識し、半導体発光素子上のマークの位置から
算出した理論上の発光位置とのオフセット量をあらかじ
め算出しておくことで、半導体発光素子と信号伝送用光
ファイバーの高精度な位置合わせが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体発光素子と
光ファイバーとの接続方法の一実施形態について図面を
参照しながら説明する。

【００１３】図１は本実施形態の半導体発光素子と光フ
ァイバーとの接続方法を示す平面図であり、図２は本実
施形態の半導体発光素子と光ファイバーとの接続を行う
接続装置を示す概略斜視図である。

【００１４】図１に示すように、まず第１の工程とし
て、半導体発光素子５の発光体７の位置を計測用光ファ
イバーの先端を発光体７の近傍に走査させながら、発光
体７の受光量を光ゲイン計測機によって測定することに
より判定する。すなわち、半導体発光素子５の発光量が
最大となる位置を真の発光体７の発光位置として認識
し、位置を算出する。

【００１５】次に第２の工程として、半導体発光素子５
上の第２のアライメントマーク６から算出した発光体７
の位置を認識し、真の発光体７の発光点の位置とのズレ
量、すなわちオフセット量を算出する。通常、基板上の
第１のアライメントマーク４とＶ溝３を形成するマスク
は同一であるために、高精度な位置精度が確保されてい
る。ところが、半導体発光素子５上の第２のアライメン
トマーク６と発光体７を形成する各マスクは、同一とは
限らないため高精度な位置精度が確保されていないた
め、ズレ量が発生する。

【００１６】そこで第３の工程として、半導体発光素子
５上の第２のアライメントマーク６を認識することより
算出された発光体７の位置に、あらかじめ第２の工程で
求めたオフセット量を加算することにより、精度よく発
光体７の位置が信号伝送用の光ファイバー２が挿入され
るＶ溝３に一致するように、半導体発光素子５を基板１
上にボンディングする。

【００１７】以上のように半導体発光素子５の第２のア
ライメントマーク６を認識することより算出された発光
体７の位置と、計測用光ファイバーの先端を発光体７の
近傍に走査させ、発光体７の受光量を光ゲイン計測機に
よって測定し、半導体発光素子５の発光量が最大となる
位置を真の発光体７の位置として算出した位置とのオフ
セット量を第２のアライメントマーク６を認識すること
より算出された発光体７の位置に加算することにより、
理論上の位置とのズレを解消して精度の高い位置合わせ
を行い、半導体発光素子５と光ファイバー２との接続を
高精度で行うことができる。

【００１８】次に図２を参照して本実施形態の半導体発
光素子と光ファイバーとの接続装置の機構について説明
する。

【００１９】本実施形態の半導体発光素子と光ファイバ
ーとの接続装置は、ステージ８を有するＸ，Ｙ，Ｚ，θ
軸に可動な駆動装置９と、半導体発光素子を発光させる
ための電気回路であるＬＤドライバ１０と、半導体発光
素子の発光体から発光する光を受光するための計測用光
ファイバー１１と、受光した光を測定するための受光量
測定装置として光ゲイン計測機１２と、半導体発光素子
の基準位置を認識する認識装置１３と、半導体発光素子
の発光点から光ファイバーの位置までの補正量を算出す
る演算機１４を具備している。

【００２０】まずＸ，Ｙ，Ｚ，θ軸に可動な駆動装置９
に固定されたステージ８に半導体発光素子を載置し、半
導体発光素子の発光体の位置を計測用光ファイバー１１
の先端を発光体の近傍に走査させながら、発光体の受光
量を光ゲイン計測機１２によって測定することにより判
定する。すなわちここで、半導体発光素子の発光量が最
大となる位置を真の発光体の発光位置として認識装置１
３により認識する。

【００２１】次に半導体発光素子上の第２のアライメン
トマークから算出した発光体の位置と、真の発光体の発
光点の位置とのズレ量、すなわちオフセット量を算出す
る。

【００２２】そして、半導体発光素子上の第２のアライ
メントマークを認識することより算出された発光体の位
置に、あらかじめ求めたオフセット量を加算することに
より、発光体の位置が、信号伝送用の光ファイバーが挿
入されるＶ溝に一致するように、半導体発光素子を基板
上にボンディングするものである。

【００２３】したがって、半導体発光素子の発光点の位
置と、半導体発光素子上のアライメントマークから算出
した理論上の発光点位置にズレが生じていても、計測用
光ファイバー１１によって測定した真の発光点と理論上
の発光点位置とのオフセット量を入力することにより、
高精度な位置合わせを行うことが可能となり、高効率な
光結合を達成することができる。

【００２４】なお、本実施形態では、発光体の光量の測
定手段は計測用光ファイバー１１を用いているが、赤外
線測定装置を用いてもよい。半導体発光素子からの発光
量を、赤外線計測装置で検知することにより、半導体発
光素子の発光位置を判定するので、正確な発光位置を認
識することができ、半導体発光素子の発光位置と光ファ
イバーとの接合においても、より高精度な接合が可能と
なる。

【００２５】また本実施形態では、発光体から発する光
量を光ゲイン計測器１２により測定するが、図３に示す
ように、光ファイバーの位置によって光量が変化するの
で、光ファイバーの位置を調整することにより、光量が
最大となる位置関係を特定することが可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上、本発明の半導体発光素子と光ファ
イバーとの接続方法は、半導体発光素子上に形成されて
いるアライメントマークの位置を認識し、半導体発光素
子からの発光量を計測用光ファイバーで検知することに
より、半導体発光素子の理論上の発光位置と発光点の真
の位置とのオフセット量をあらかじめ算出しておくこと
で、半導体発光素子と信号伝送用の光ファイバーの高精
度な位置合わせが可能となる。そして信号伝送用の光フ
ァイバーを接続する際に、オフセット量を理論上の発光
位置に加算した方法であるので、半導体発光素子上のア
ライメントマークを認識して発光位置を判定する方法と
比較して、半導体発光素子と信号伝送用の光ファイバー
の高精度な位置合わせを達成することが可能となる。

【００２７】また、半導体発光素子からの発光量を、赤
外線計測装置で検知することにより半導体発光素子の発
光位置を判定するので、正確な発光位置を認識すること
ができ、半導体発光素子の発光位置と光ファイバーとの
接合においても、より高精度な接合が可能となる。

【００２８】さらに、光ファイバーと半導体発光素子の
発光量が最大となる位置関係を明確にすることで、半導
体発光素子の発光点の真の位置と、半導体発光素子上の
アライメントマークから算出した理論上の発光点位置と
のオフセット量を求めることが可能となる。したがっ
て、半導体発光素子を基板に接合する際に、オフセット
量を理論上の発光点位置に加算することによって、高精
度な光結合を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の半導体発光素子と光ファ
イバーとの接続方法を示す平面図

【図２】本発明の一実施形態の半導体発光素子と光ファ
イバーとの接続方法を示す斜視図

【図３】本発明の一実施形態の半導体発光素子と光ファ
イバーとの接続方法の光ファイバーの位置と発光する光
量の関係を示す図

【図４】従来の半導体発光素子と光ファイバーとの接続
方法を示す平面図

【符号の説明】

１ 基板 ２ 光ファイバー ３ Ｖ溝 ４ 第１のアライメントマーク ５ 半導体発光素子 ６ 第２のアライメントマーク ７ 発光体 ８ ステージ ９ 駆動装置 １０ ＬＤドライバ １１ 計測用光ファイバー １２ 光ゲイン計測機 １３ 認識装置 １４ 演算機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA02 DA03 DA04 DA12 DA16 DA18 DA22 5F041 AA37 AA39 AA46 DA91 EE02 EE08 FF14 5F073 BA01 FA07 FA23

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の溝に挿入した光ファイバーと位
   置精度よく前記基板上に半導体発光素子を接続する半導
   体発光素子と光ファイバーとの接続方法であって、計測
   用光ファイバーの先端を半導体発光素子の発光体の近傍
   に走査させながら検知し、前記発光体の光量を光ゲイン
   計測機によって測定し、前記半導体発光素子の発光量が
   最大となる位置を真の発光体の発光位置として認識し、
   位置を算出する第１工程と、前記半導体発光素子上のア
   ライメントマークから算出した発光体の位置を認識し、
   前記第１の工程で算出した真の発光体の発光位置とのズ
   レ量を算出する第２工程と、前記半導体発光素子上のア
   ライメントマークを認識することより算出された発光体
   の位置に、前記第２工程で求めたオフセット量を加算
   し、前記発光体の位置が光ファイバーが挿入された溝に
   一致するように半導体発光素子を基板上にボンディング
   する第３工程とよりなることを特徴とする半導体発光素
   子と光ファイバーとの接続方法。
2. 【請求項２】 計測用光ファイバーに代えて、赤外線計
   測装置を用いて半導体発光素子の発光体の光量を検知す
   ることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光素子と
   光ファイバーとの接続方法。