JP2006351771A - 光チップおよび光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性の高い光チップおよび光モジュールを提供する。
【解決手段】 本発明にかかる光チップ１００は、第１の基板上に形成された半導体レーザを有する光チップであって、前記上面に出射面２２を有する共振器１８と、前記半導体レーザを駆動するための第１電極２４および第２電極２６と、前記第１電極および第２電極のぞれぞれと電気的に接続され、第２の基板にフリップチップ接続するための複数のパッド部２４ａ、２６ａと、を含み、前記共振器は、平面視において、前記複数のパッド部の最外周を直線で結ぶことによって形成される領域２５の外側に形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光チップおよび光モジュールに関する。

一般に、光チップをフリップチップ接合する場合、実装後に光チップが傾かないように、受発光部を挟んで両端に電極パッドが配置される。このような光チップをフリップチップ接合する際、電極パッドと対応するバンプに対して基板面と垂直方向に大きな荷重がかかる。これにより、光チップが変形し、光チップの受発光部の結晶構造等にダメージを与えることがあり、光チップの信頼性を低下させる。

かかる問題を解決する方法として、たとえば、特開平８−１５３９３５号公報は、小さな荷重で垂直共振器型面発光レーザとサブマウントとを接合する方法を開示している。
特開平８−１５３９３５号公報

本発明の目的は、信頼性の高い光チップおよび光モジュールを提供することにある。

本発明にかかる光チップは、
第１の基板上に形成された光素子を有する光チップであって、
前記上面に出射面を有する共振器と、
前記光素子を駆動するための第１電極および第２電極と、
前記第１電極および第２電極のぞれぞれと電気的に接続され、第２の基板にフリップチップ接続するための複数のパッド部と、
を含み、
前記共振器は、平面視において、前記複数のパッド部の最外周を直線で結ぶことによって形成される領域の外側に形成されている。

本発明にかかる光チップにおいて、
前記複数のパッド部は、３個のパッド部であり、
前記共振器は、平面視において、前記３個のパッド部の最外周を直線で結ぶことによって形成される領域の外側に形成されていることができる。

本発明にかかる光チップにおいて、
前記複数のパッド部は、４個のパッド部であり、
前記共振器は、平面視において、前記４個のパッド部の最外周を直線で結ぶことによって形成される領域の外側に形成されていることができる。

本発明に係る光モジュールは、
第１の基板上に光素子を有する光チップと、当該光チップとフリップチップ接続された第２の基板とを備える光モジュールであって、
前記光チップは、
前記上面に出射面を有する共振器と、
前記光素子を駆動するための第１電極および第２電極と、
前記第１電極および第２電極のぞれぞれと電気的に接続されている複数のパッド部と、
を含み、
前記第２の基板には、
前記第１電極および第２電極とフリップチップ接続するための複数のバンプが設けられ、
前記共振器は、平面視において、前記複数のバンプの最外周を直線で結ぶことによって形成される領域の外側に形成されている。

本発明に係る光モジュールにおいて、
前記光チップと前記第２の基板の間は、樹脂層によって封止されていることができる。

本発明に係る光モジュールにおいて、
前記光素子は、垂直共振器型面発光レーザであることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

本実施の形態にかかる光チップおよび光モジュールを説明するに先立って、まず、フリップチップ接合について説明する。

１．フリップチップ接合
図１および図２は、フリップチップ接合を説明するための図である。光チップ１００を第２の基板２１０にフリップチップ接合する工程を順に説明する。

（１）まず、図１に示すように、吸着穴５２を有するボンディングツール５０で光チップ１００を吸着する。本実施の形態に用いる光チップ１００は、光素子の一例としての垂直共振器型の面発光型半導体レーザを備える。具体的には、光チップ１００は、第１の基板１０と、光共振器の機能を有する共振器１８と、第１電極２４と、第２電極２６とを含む。一方、第２の基板２１０上には、配線部２０６、２０８と、第１のバンプ２０４と、第２のバンプ２０２とが形成されている。なお、半田付けによってフリップチップ接合する場合には、第１のバンプ２０４および第２のバンプ２０２の表面には、半田メッキ等の半田層が形成されてもよい。

（２）次に、第１のバンプ２０４および第２のバンプ２０２と、第１電極２４および第２電極２６との間にギャップをあけた状態で位置合わせをする。具体的には、第１のバンプ２０４の上方に第１電極２４のパッド部を配置し、第２のバンプ２０２の上方に第２電極２６のパッド部を配置するように位置合わせをする。

（３）次に、図２に示すように、第１電極２４および第２電極２６のパッド部と、第１のバンプ２０４および第２のバンプ２０２とを加熱しながら接触させ、光チップ１００に適切な荷重をかけて矢印（図１参照）の方向に押圧する。ここで、第１電極２４のパッド部、第２電極２６のパッド部、第１のバンプ２０４、および第２のバンプ２０２は、加熱により溶解する。またボンディングツール５０は、第１のバンプ２０４および第２のバンプ２０２が変形する程度の十分な荷重をかける。なお、加熱は、レーザービームで行われることによって、基板上の適切な位置を効率的に短時間で加熱することができる。なお加熱は、レーザービームの他、ヒーターを用いてもよい。

以上の工程により、光チップ１００と第２の基板２１０とを接合させることができる。上記工程において、光チップ１００は、第２の基板２１０方向に非常に強い力で押圧される。このときに、光チップ１００の面全体において、その応力分布が均等にならない。具体的には、第１電極２４のパッド部と第２電極のパッド部との間に引っ張り応力が生じ、引っ張り応力により光チップ１００が変形して、転位の増殖や亀裂等のダメージを受ける場合がある。特に、引っ張り応力が大きい位置に面発光レーザの共振器１８が配置されている場合には、共振器１８に損傷が生じる場合がある。

２．光チップ
図３は、本実施の形態にかかる光チップ１００を模式的に示す平面図であり、電極および共振器の配置の一例を示す図である。図４は、光チップ１００を模式的に示す断面図であり、図３のＡ−Ａ線で切断された断面を示す図である。

第１の基板１０は、たとえばｎ型のＧａＡｓ基板からなる。面発光レーザの共振器１８は、第１の基板１０上に形成されている。共振器１８は、柱状の半導体堆積体からなり、たとえば第１の基板１０側から順に第１ミラー１４、活性層１５、および第２ミラー１６が積層されることにより形成されている。共振器１８は、たとえば面発光レーザの垂直共振器として機能する。なお、本実施の形態にかかる光チップ１００において、第１の基板１０上の半導体堆積体全体を共振器１８としているが、これに限定されず、たとえば半導体堆積体の活性層１５および第２ミラー１６のみがパターニングされている場合には、パターニングされている活性層１５および第２ミラー１６のみを本実施の形態における共振器としてもよい。本実施の形態において、共振器１８は、上面にレーザ光の出射面２２を有する。

第１電極２４は、図４に示すように、共振器１８の上面からバンプとフリップチップ接合するためのパッド部の領域まで連続的に形成されている。第１電極２４は、パッド部２４ａと、引き出し部２４ｂと、コンタクト部２４ｃとを有する。パッド部２４ａは、第２の基板２１０上の第１のバンプ２０４とフリップチップ接合される。コンタクト部２４ｃは、共振器１８の上面に形成されている。コンタクト部２４ｃはリング状を有し、その開口部には出射面２２が形成される。引き出し部２４ｂは、パッド部２４ａとコンタクト部２４ｃとを接続する。

第２電極２６は、パッド部２６ａを有する。パッド部２６ａは、第２の基板２１０上の第２のバンプ２０２とフリップチップ接合される。本実施の形態においてパッド部２６ａは、第１の基板１０とのコンタクト部としての機能も有するが、この構造に限定されない。即ち第２電極２６は、引き出し部およびコンタクト部をパッド部２６ａとは異なる領域にさらに有してもよい。パッド部２４ａおよびパッド部２６ａは、円形状を有するがこれに限定されず、たとえば多角形状を有してもよい。

第１電極２４および第２電極２６は、一方がアノード電極として機能し、他方がカソード電極として機能する。

光チップ１００は、共振器１８を取り囲むように形成された樹脂層３０をさらに含む。樹脂層３０は、第１電極２４と第１の基板１０との間に形成されている。

共振器１８は、図３に示すように、平面視においてパッド部２４ａとパッド部２６ａのそれぞれの最外周を直線で結ぶことによって形成された領域２５の外側に形成される。領域２５は、パッド部２４ａおよびパッド部２６ａの形成領域と、その間の破線で囲まれた領域を含む。

３．光モジュール
次に上述した光チップ１００を適用した光モジュールの一例について説明する。

図５は、光モジュール１０００を模式的に示す側面図である。図６は、第２の基板２１０を模式的に示す平面図であり、フリップチップ接合される際の光チップ１００の配置を破線で示している。光モジュール１０００は、光チップ１００を第２の基板２１０に上述した工程によりフリップチップ接合することによって得られる。

光モジュール１０００は、第２の基板２１０と、第２の基板２１０上に設けられた配線部２０６および配線部２０８と、配線部２０８上に設けられた第１のバンプ２０４と、配線部２０６上に設けられた第２のバンプ２０２と、上述した光チップ１００を含む。

第２の基板２１０は、たとえばガラス基板からなることができる。第１のバンプ２０４は、図５および図６に示すように平面視において光チップ１００のパッド部２４ａと接合可能な位置に形成される。また第２のバンプ２０２は、光チップ１００のパッド部２６ａと接合可能な位置に形成される。

上述したように光チップ１００の共振器１８は、領域２５の外側に形成されている。これに伴い第１のバンプ２０４および第２のバンプ２０２についても、それぞれパッド部２４ａとパッド部２６ａに対応する位置に配置されている。したがって、共振器１８は、第２のバンプ２０２と第１のバンプ２０４のそれぞれの最外周を直線で結ぶことによって形成された領域の外側に形成されることになる。

光モジュール１０００は、図５に示すように、透明なアンダーフィル剤等の樹脂材料を光チップ１００と第２の基板２１０との間に埋め込むことによって形成された樹脂層６０を含んでもよい。これにより光モジュール１０００全体を補強することができ、また第２の基板２１０表面の反射を軽減することもできる。

なお、本実施の形態では、光素子の一例として垂直共振器型の面発光レーザを用いて説明しているが、これに限定されず、その他の発光素子やフォトダイオード等であってもよい。

４．効果
フリップチップ接合する際、上述したように、パッド部２４ａおよびパッド部２６ａと、これらに対応する第１のバンプ２０４および第２のバンプ２０２の位置に荷重がかかる。この荷重によって、主に図３の矢印で示す方向に、光チップ１００に引っ張り応力が生じる。特に、矢印で示すように、領域２５の内側では大きな引っ張り応力が生じるが、領域２５の外側では共振器１８に近づくにつれて引っ張り応力が徐々に小さくなっている。

従って共振器１８が領域２５の外側に形成されることにより、共振器１８が領域２５の内側に形成される場合と比べて、共振器１８にかかる引っ張り応力が小さい。よって、共振器１８に与えるダメージを低減することができ、光モジュール１０００信頼性を向上させることができる。

５．変形例
本実施の形態にかかる光モジュール１０００は、２個のパッド部およびバンプを有しているが、これに限定されず、３個以上のパッド部およびバンプを有していてもよい。

５．１．第１の変形例
図７は、第１の変形例にかかる光チップ２００を模式的に示す平面図である。光チップ２００は、３個のパッド部を有する。

光チップ２００は、第１電極２２４と、第２電極２２６と、第３電極２２８とを有する。第１電極２２４、第２電極２２６、および第３電極２２８のうち、第２電極２２６および第３電極２２８と第１電極２２４との一方がアノード電極として機能し、他方がカソード電極として機能する。第１電極２２４は、パッド部２２４ａを有し、２２６は、パッド部２２６ａを有し、第３電極２２８は、パッド部２２８ａを有する。

共振器１８は、光チップ２００において共振器１８は、パッド部２２４ａとパッド部２２６ａとパッド部２２８ａのそれぞれの最外周を直線で結ぶことによって形成された領域２２５の外側に形成される。領域２２５は、パッド部２２４ａ、パッド部２２６ａ、およびパッド部２２８ａの形成領域と、図７の破線で囲まれた領域とを含む。

光チップ２００は、フリップチップ接合する際、図７の矢印に示す方向に引っ張り応力が生じる。特に、矢印で示すように、領域２２５の内側では大きな引っ張り応力が生じるが、領域２２５の外側では共振器１８に近づくにつれて引っ張り応力が徐々に小さくなっている。

従って共振器１８が領域２２５の外側に形成されることにより、共振器１８が領域２２５の内側に形成される場合と比べて、共振器１８にかかる引っ張り応力が小さい。よって、共振器１８に与えるダメージを低減することができ、光モジュールの信頼性を向上させることができる。

またパッド部２２４ａ、パッド部２２６ａ、およびパッド部２２８ａの各々の中心を直線で結ぶことによって構成された三角形は、正三角形であることが望ましい。即ち、それぞれのパッド部に対応するバンプについても同様に各々の中心を直線で結ぶことによって構成された三角形は、正三角形であることが望ましい。

これにより、パッド部とバンプの接合位置のバランスが良くなり、共振器１８の位置にかかる引っ張り応力を軽減することができる。

５．２．第２の変形例
図８は、第２の変形例にかかる光チップ３００を模式的に示す平面図である。光チップ３００は、４個のパッド部を有する。

光チップ３００は、第１電極３２４と、第２電極３２６と、第３電極３２８と、第４電極３３０とを有する。第１電極３２４、第２電極３２６、第３電極３２８、および第４電極３３０のうち、第２電極３２６、第３電極３２８、および第４電極３３０と、第１電極３２４との一方がアノード電極として機能し、他方がカソード電極として機能する。第１電極３２４は、パッド部３２４ａを有し、３２６は、パッド部３２６ａを有し、第３電極３２８は、パッド部３２８ａを有し、第４電極３３０は、パッド部３３０ａを有する。

共振器１８は、光チップ３００において共振器１８は、パッド部３２４ａとパッド部３２６ａとパッド部３２８ａとパッド部３３０ａのそれぞれの最外周を直線で結ぶことによって形成された領域３２５の外側に形成される。領域３２５は、パッド部３２４ａ、パッド部３２６ａ、およびパッド部３２８ａの形成領域と、図８の破線で囲まれた領域とを含む。

光チップ３００は、フリップチップ接合する際、図８の矢印に示す方向に引っ張り応力が生じる。特に、矢印で示すように、領域３２５の内側では大きな引っ張り応力が生じるが、領域３２５の外側では共振器１８に近づくにつれて引っ張り応力が徐々に小さくなっている。

従って共振器１８が領域３２５の外側に形成されることにより、共振器１８が領域３２５の内側に形成される場合と比べて、共振器１８にかかる引っ張り応力が小さい。よって、共振器１８に与えるダメージを低減することができ、光モジュールの信頼性を向上させることができる。

また、パッド部３２４ａ、パッド部３２６ａ、パッド部３２８ａ、およびパッド部３３０ａの各々の中心を直線で結ぶことによって構成された四角形は、菱形または正方形であることが望ましい。即ち、それぞれのパッド部に対応するバンプについても同様に各々の中心を直線で結ぶことによって構成された四角形は、菱形または正方形であることが望ましい。

これにより、パッド部とバンプの接合位置のバランスが良くなり、共振器１８の位置にかかる引っ張り応力を軽減することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

フリップチップ接合を説明するための図。 フリップチップ接合を説明するための図。 実施の形態にかかる光チップを模式的に示す平面図。 実施の形態にかかる光チップを模式的に示す断面図。 実施の形態にかかる光モジュールを模式的に示す側面図。 実施の形態にかかる第２の基板を模式的に示す平面図。 第１の変形例にかかる光チップを模式的に示す平面図。 第２の変形例にかかる光チップを模式的に示す平面図。

符号の説明

１０ 第１の基板、１４ 第１ミラー、１５ 活性層、１６ 第２ミラー、１８ 共振器、２２ 出射面、２４ 第１電極、２４ａ、２６ａ、２８ａ パッド部、２４ｂ 引き出し部、２４ｃ コンタクト部、２６ 第２電極、３０ 樹脂層、５０ ボンディングツール、５２ 吸着穴、１００、２００、３００ 光チップ、２０２ 第２のバンプ、２０４ 第１のバンプ、２０６ 配線部、２０８ 配線部、２１０ 第２の基板、２２４ 第１電極、２２６ 第２電極、２２８ 第３電極、３２４ 第１電極、３２６ 第２電極、３２８ 第３電極、３３０ 第４電極

Claims (6)

1. 第１の基板上に形成された光素子を有する光チップであって、
   前記上面に出射面を有する共振器と、
   前記光素子を駆動するための第１電極および第２電極と、
   前記第１電極および第２電極のぞれぞれと電気的に接続され、第２の基板にフリップチップ接続するための複数のパッド部と、
   を含み、
   前記共振器は、平面視において、前記複数のパッド部の最外周を直線で結ぶことによって形成される領域の外側に形成されている、光チップ。
2. 請求項１において、
   前記複数のパッド部は、３個のパッド部であり、
   前記共振器は、平面視において、前記３個のパッド部の最外周を直線で結ぶことによって形成される領域の外側に形成されている、光チップ。
3. 請求項１において、
   前記複数のパッド部は、４個のパッド部であり、
   前記共振器は、平面視において、前記４個のパッド部の最外周を直線で結ぶことによって形成される領域の外側に形成されている、光チップ。
4. 第１の基板上に光素子を有する光チップと、当該光チップとフリップチップ接続された第２の基板とを備える光モジュールであって、
   前記光チップは、
   前記上面に出射面を有する共振器と、
   前記光素子を駆動するための第１電極および第２電極と、
   前記第１電極および第２電極のぞれぞれと電気的に接続されている複数のパッド部と、
   を含み、
   前記第２の基板には、
   前記第１電極および第２電極とフリップチップ接続するための複数のバンプが設けられ、
   前記共振器は、平面視において、前記複数のバンプの最外周を直線で結ぶことによって形成される領域の外側に形成されている、光モジュール。
5. 請求項４において、
   前記光チップと前記第２の基板の間は、樹脂層によって封止されている、光モジュール。
6. 請求項４または５において、
   前記光素子は、垂直共振器型面発光レーザである、光モジュール。

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