JP4096469B2 - 光受信モジュール及び光受信モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光通信に用いられる光受信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信における光集積回路の低コスト化、小型化を図るために、光モジュールの開発が活発となっている。特に、素子を駆動させずに素子や光ファイバーをＳｉキャリア上に実装するパッシブアライメント実装によるモジュール組立に注目が集まっている。
【０００３】
図２９は従来の光受信モジュールを説明するための断面図である。
５００はＳｉキャリア、５０１はＳｉキャリア上に形成されたＶ溝、５０２は光ファイバー、５０３は側面照射型のフォトダイオードである。ここで、Ｖ溝５０１はアルカリ異方性エッチングにより高精度に形成されているため、このＶ溝５０１に固定される光ファイバー５０２は自動的に位置決めされ、高さ方向及び横方向の位置精度は極めて高い。また、受光素子５０３には半田リフローによるセルフアライン効果を利用したフリップチップ実装が用いられているため、素子を駆動させることなく、パッシブアライメントにより実装が可能となる。
【０００４】
しかしながら、この従来構造では、依然いくつかの問題が残る。特に大きな問題として次の２点が挙げられる。まず１点目は、光ファイバーからの照射光の光路を変換する機構を備えていないために、裏面照射型の受光素子に適用できないという問題である。そして、２点目は、光ファイバーの光軸方向の位置決めが精度良くできないという問題である。詳しくは、光ファイバーの先端をＶ溝の端（図中の符号５０４）に押し当てて位置決めしようとしても、Ｖ溝の端（図中の符号５０４）も約５４．７度の傾斜がついているために先端が浮き上がってしまい、光軸がずれてしまう。従って、光軸方向については光ファイバーを目合わせで位置決めするほかはなかった。
【０００５】
これらの問題を解決する技術としては、以下の技術が報告されている。
まず、１点目の表面または裏面照射型の受光素子に適用できないという問題を解決するための技術としては、「信学技報、ＥＭＤ９６−３０、１９９６、Ｐ．３７」に記載されている技術がある。この技術は、図３０に示すように、基板６００のＶ溝６０１に光ファイバー６０３が固定され、Ｖ溝６０１の先端部での傾斜面６０２を利用し、光ファイバー６０３からの照射光の光路を変換して、受光素子６０４に表面照射するというものである。
【０００６】
しかしながら、この技術と受光素子の実装を半田リフローによるセルフアライン効果を利用したフリップチップ実装技術を併用しようとすると、受光素子の裏面への照射に対応することが難しいという問題が残る。特に、受光素子がトランジスタと高周波整合回路を集積化し、配線にコプレーナ線路を用いたＩＣの場合、電極やパッドが配置される表面をさけて裏面から受信光を照射する必要があるが、電極パッドが表面に形成されているために、図３０に示す手法は表面が下を向いて実装される素子、つまり、表面入射タイプの素子に限定されてしまう。
【０００７】
次に、２点目の光ファイバーの光軸方向の位置決めに関連する技術としては、「Passive alignment of a tapered laser with more than ５０％ coupling efficiency 、Electronics Letters ２７th April １９９５ Vol.３１ Ｎｏ．９ Ｐ．７３０」に記載された技術がある。これは、図３１に示すように、Ｖ溝７００における素子７０１側の端部をダイシングでカットして基板７０２表面に対して垂直な面７０３を形成し、その端面７０３に光ファイバー７０４を押し当てることにより、縦方向、横方向に加え、光軸方向の位置決めを行うというものである。
【０００８】
しかしながら、この技術は側面照射型のモジュールには適用可能であるが、前述したような裏面照射型のモジュールでは、Ｖ溝端部の傾斜した面を利用して受信光の光路を変換する必要があるため適用できない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、パッシブアライメント実装により光受信モジュールの組付けを行う際にも、受光素子の裏面からの照射を可能とすることにある。また、Ｖ溝の先端面の傾斜を利用して光路を上下方向に変換する光モジュールにおいて、光ファイバーの光軸方向の位置決めを高精度に行うことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、張り合わされた第１と第２のＳｉ基板の間において光ファイバーがＶ溝を用いて挟持され、光ファイバーからの受信光はＶ溝の先端での反射膜にて上下方向にその向きが変換され、第１のＳｉ基板の凹部においてフリップチップ実装された裏面照射型受光素子にて受光される。
【００１１】
このように、受光素子のフリップチップ実装および２枚のＳｉ基板を用いたＶ溝による光ファイバーの固定によって、パッシプアライメント実装により光ファイバーと受光素子の相対位置を高精度に保ったまま、受光素子への裏面照射を行うことができることとなる。
【００１２】
また、請求項１に記載の発明によれば、第１のＳｉ基板に設けたＶ溝により光ファイバーが挟持され、第１のＳｉ基板の斜状面に光ファイバーが当接しているため両Ｓｉ基板間の位置決めをより高精度にすることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加え、受光素子がトランジスタである場合に、受光素子への照射方向が裏面となる場合が多いが、このとき、より有用となる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の作用効果に加え、受光素子がトランジスタおよび高周波整合回路から構成されたＩＣである場合に、受光素子への照射方向が裏面となる場合が多いが、このとき、より有用となる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２または３に記載の発明の作用効果に加え、受光素子の配線としてコプレーナ線路が用いられている場合に、受光素子への照射方向が裏面となる場合が多いが、このとき、より有用となる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明の作用効果に加え、受光素子は受信光の波長よりも短いバンドギャップ波長を有する半導体基板上に形成されていることにより、半導体基板を光が透過しやすく、裏面照射型受光素子として好ましいものとなる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明の作用効果に加え、受光素子はＩｎＰ基板上に形成されていることにより、基板を光が透過しやすく、裏面照射型受光素子として好ましいものとなる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明の作用効果に加え、配線での受光素子と反対側の端部に設けた電極パッドにより、コネクタ等と容易に接続をとることができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、第１のＳｉ基板において先端に斜状面を有する光ファイバー挟持用のＶ溝が形成され、このＶ溝の延設方向の延長線上に受光素子を配置するための凹部が形成されるとともに、凹部の内部に裏面照射型受光素子を実装するためのパッドおよび電気配線が形成され、さらに、パッド上に裏面照射型受光素子が実装されることにより第１のＳｉキャリアとされる。また、第２のＳｉ基板に光ファイバー挟持用のＶ溝が形成されるとともに、このＶ溝の先端の斜状面に光路変換用の反射膜が形成されることにより第２のＳｉキャリアとされる。そして、前記第１のＳｉキャリアに形成したＶ溝先端の斜状面に光ファイバーの先端を当接させつつ第１のＳｉキャリアと第２のＳｉキャリアとが張り合わされて両キャリアのＶ溝で光ファイバーが挟み込まれ固定される。
その結果、請求項１に記載の光受信モジュールの構造を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００３０】
図１には、本実施の形態における光受信モジュールの平面図を示す。また、図２には、図１でのＡ−Ａ線での縦断面を示す。さらに、図３には図１でのＢ矢視図（左側面図）を、図４には図１でのＣ矢視図（右側面図）を示す。
【００３１】
図２に示すように、光受信モジュールは、第１のＳｉ基板１、第２のＳｉ基板２、裏面照射型受光素子３、光ファイバー４、光路変換用の反射膜５、受光素子実装用パッド６、配線７から構成されている。そして、第１のＳｉ基板１と第２のＳｉ基板２が光ファイバー４を挟んだ状態で張り合わされている。第１のＳｉ基板１にて第１のＳｉキャリアＣ１が、第２のＳｉ基板２にて第２のＳｉキャリアＣ２が構成されている。
【００３２】
第１のＳｉ基板１の表面（上面）には凹部８が形成されている。この凹部８の底面８ａにおいては受光素子実装用パッド６および配線７がパターニングされている。また、図３に示すように、凹部８の内部において受光素子実装用パッド６の上に裏面照射型受光素子３がフリップチップ実装されている。
【００３３】
ここで、図１のように、配線７の端部は幅広な電極パッド７ａとなっている。このように、受光素子３が実装された側のＳｉ基板１上に、受光素子３と電気的に接続された配線７が形成され、配線７での受光素子３と反対側の端部に電極パッド７ａが設けられている。そして、パッド６と配線７を用いて受光素子３の信号が外部に取り出される。
【００３４】
また、第２のＳｉ基板２の表面（図２中の下面）にはＶ溝１０が延設されている。このＶ溝１０は一端が基板側面に開口し、他端が基板の内方に直線状に延び、かつ、先端が斜状となっている。このように、第２のＳｉ基板２は第１のＳｉ基板１の凹部形成面と張り合わされるが、第２のＳｉ基板２における第１のＳｉ基板１と対向する面に先端が斜状となったＶ溝９が延設されている。
【００３５】
第１のＳｉ基板１において、第２のＳｉ基板２のＶ溝１０に対向する位置にはＶ溝９が形成されている。このＶ溝９も一端が基板側面に開口し、他端が基板の内方に直線状に延びている。そして、図４に示すように、第２のＳｉ基板２のＶ溝１０と第１のＳｉ基板１のＶ溝９との間に光ファイバー４が挟持されている。詳しくは、Ｖ溝１０の両側壁とＶ溝９の両側壁の計４点が接触して支持されている。
【００３６】
なお、第１のＳｉ基板１にはＶ溝９を設けずに、第２のＳｉ基板２のＶ溝１０と第１のＳｉ基板１の表面（平坦面）との間に光ファイバー４を挟持してもよく、この場合は、Ｖ溝１０の両側壁と第１のＳｉ基板１の表面の計３点が接触して支持することになる。
【００３７】
図２に示すように、第２のＳｉ基板２において、Ｖ溝１０の先端での斜状面１０ａには光路変換用の反射膜５が形成されている。この反射膜５によって光ファイバー４からの受信光の光路が上下方向に変換される。この反射膜５からの受信光が前述の裏面照射型受光素子３に受光される。つまり、光ファイバー４からの受信光が反射膜５に照射されると、その光が上下方向に変換され、裏面照射型受光素子３に照射され、電気信号に変換される。
【００３８】
光受信モジュールをこのような構造とすることで、受光素子３への裏面照射が可能となる。
裏面照射型受光素子３の具体的構成例を、図５に示す。受光素子３はＨＥＭＴ型フォトトランジスタであって、図５には断面模式図を示す。
【００３９】
図５において、半絶縁性ＩｎＰ基板１０１上に、ｉ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓバッファ層１０２、ｉ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層１０３、ｉ−Ｉｎ0.80Ｇａ0.20Ａｓキャリア走行層１０４、ｉ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓゲートコンタクト層１０５が順に形成されている。ただし、ｉ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓゲートコンタクト層１０５の中にはＳｉによるδドープ層１０６が形成されている。ゲートコンタクト層１０５の上にはｎ型のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキャップ層１０７が形成されている。キャップ層１０７の上面にはソース電極１０９およびドレイン電極１１０がオーム特性を示すように形成されている。また、ゲート電極１０８はショットキー接合をするようにキャップ層１０７をエッチングにより削り、ゲートコンタクト層１０５と接触している。
【００４０】
そして、波長１．５５μｍの赤外光を入射すると、基板１０１を透過してｉ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層１０３およびｉ−Ｉｎ0.80Ｇａ0.20Ａｓキャリア走行層１０４で吸収される。この光照射によって生じた電子はｉ−Ｉｎ0.80Ｇａ0.20Ａｓキャリア走行層１０４において高速で拡散する。
【００４１】
さらに、ＩｎＰ基板１０１の他の領域には高周波整合回路が形成され、ＩＣ（ＯＥＩＣ）となっている。具体的には、図６に示すように、光応答型トランジスタ（高電子移動度フォトトランジスタ）３００に対し、ゲート電極に例えばコプレナー型高周波伝送線路３０１が接続されている。また、ドレイン電極には、コプレナー型高周波伝送線路３０２およびスタブ３０３から構成される出力整合回路３０４が接続されている。さらに、スタブ３０３および伝送線路３０１にはコンデンサ３０５，３０６が高周波信号の接地用として接続されている。
【００４２】
このように、ゲート側に伝送線路３０１を接続すると、出力ポートから取り出される電波信号の感度を高くすることができる。また、例えば入射する光の強度変調を行った場合、ドレイン側に出力整合回路３０４を接続することによって所望の周波数信号を感度よく取り出すことができる。
【００４３】
次に、光受信モジュールの作用を説明する。
図２において、張り合わされた第１と第２のＳｉ基板１，２の間において光ファイバー４がＶ溝９，１０を用いて挟持され、光ファイバー４からの受信光はＶ溝１０の先端での反射膜５にて上下方向にその向きが変換され、第１のＳｉ基板１の凹部８においてフリップチップ実装された裏面照射型受光素子３にて受光される。
【００４４】
ここで、受光素子３は半田リフローによるセルフアライメント効果を用いたフリップチップ実装であるため、高精度に位置決めできるとともに、光ファイバー４と第１，第２のＳｉ基板１，２はＶ溝９，１０によりその相対位置が正確に位置決めされる。このため、光ファイバー４、光路変換用反射膜５、受光素子３の相対位置の精度が高く、光ファイバー４からの受信光が効率よく受光素子３により受光できる。
【００４５】
このように、受光素子３のフリップチップ実装および２枚のＳｉ基板１，２を用いたＶ溝９，１０による光ファイバー４の固定によって、パッシプアライメント実装により光ファイバー４と受光素子３の相対位置を高精度に保ったまま、受光素子３への裏面照射を行うことができる。また、第１のＳｉ基板１における凹部形成面には光ファイバーの挟持用のＶ溝９が形成されているので、このＶ溝９により光ファイバー４が挟持され、両Ｓｉ基板１，２間の位置決めをより高精度にすることができる。
【００４６】
さらに、受光素子３がトランジスタであり、受光素子への照射方向が裏面となるが、このとき、より有用となる。また、受光素子３がトランジスタおよび高周波整合回路から構成されたＩＣである場合も、受光素子への照射方向が裏面となるが、このとき、より有用となる。また、受光素子３の配線としてコプレーナ線路が用いられている場合に、受光素子への照射方向が裏面となるが、このとき、より有用となる。
【００４７】
また、受光素子３は受信光の波長よりも短いバンドギャップ波長を有する半導体基板（ＩｎＰ基板）上に形成されており、半導体基板を光が透過しやすく、裏面照射型受光素子として好ましいものとなる。つまり、受光素子３はＩｎＰ基板上に形成されており、基板を光が透過しやすく、裏面照射型受光素子として好ましい。
【００４８】
さらに、受光素子３が実装された側のＳｉ基板１上に、受光素子３と電気的に接続された配線７が形成され、配線７での受光素子３と反対側の端部に電極パッド７ａが設けられており、コネクタ等と容易に接続をとることができる。
【００４９】
次に、光受信モジュールの製造方法を説明する。
まず、第１のＳｉキャリアＣ１側の製造方法について、図７〜図９を用いて説明する。図７〜図９において、（ａ）にて図１のごとく平面を、（ｂ）にて図１のＡ−Ａ線での断面を示す。
【００５０】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、第１のＳｉ基板１を用意し、Ｓｉ基板１の表面に光ファイバー固定用のＶ溝９、および、Ｖ溝９の延設方向の延長線上に受光素子３を配置するための凹部８をエッチングにより形成する。エッチング液としては、ＫＯＨやＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）等を用いる。このとき、Ｖ溝９の深さは光ファイバー４のコアがＶ溝９の上面よりも下に位置しない深さとする（図２参照）。
【００５１】
続いて、図８（ａ），（ｂ）に示すように、凹部８の底面８ａにフリップチップ実装用のパッド６および電気配線７を形成する。具体的には、例えばＴｉ／Ａｕを蒸着しリフトオフすることによりパッド６と配線７を形成する。
【００５２】
続いて、図９（ａ），（ｂ）に示すように、ＡｕＳｎ半田をパッド６上に形成し、裏面照射型受光素子３を能動部を下にして、即ち、受光面を上にして配置し、さらに、２８０℃以上でリフローして、裏面照射型受光素子３を固定（実装）する。また、Ｖ溝９に光ファイバー４を接着剤等で固定する。これが、第１のＳｉキャリアとなる。
【００５３】
次に、第２のＳｉキャリアＣ２側の製造方法について、図１０を用いて説明する。図１０において、（ａ）にて図１のごとく平面を、（ｂ）にて図１のＡ−Ａ線での断面を示す。
【００５４】
図１０（ａ），（ｂ）に示すように、第２のＳｉ基板２を用意し、その表面に、第１のＳｉ基板１の場合と同様の工程で光ファイバー固定用のＶ溝１０を形成する。ただし、Ｖ溝１０の深さは光ファイバー４のコアがＶ溝１０の上面よりも下に位置する深さとする（図２参照）。
【００５５】
そして、Ｔｉ／Ａｕの蒸着およびリフトオフ（または、Ｔｉ／Ａｕの蒸着およびＴｉ／Ａｕのエッチング）により、Ｖ溝１０の端部の傾斜面１０ａに光路変換用の反射膜５を形成する。これが、第２のＳｉキャリアとなる。
【００５６】
このようにして形成された第２のＳｉキャリア（基板２）を、図１〜４に示すように、Ｖ溝１０に光ファイバー４が嵌まり込むように第１のキャリア（基板１）に重ねて、樹脂や接着剤等で固定する。つまり、第１のＳｉキャリア（基板１）と第２のＳｉキャリア（基板２）とを張り合わせて両キャリアのＶ溝９，１０で光ファイバー４を挟み込んで固定する。
【００５７】
このようにして光受信モジュールが完成する。
図１１には、応用例を示す。図１１において、第１のＳｉ基板１のＶ溝９での先端面が基板１表面に対し垂直となっており、この垂直な面２０ａに光ファイバー４の先端面が当接している。つまり、Ｖ溝９での受光素子３に近い側面２０ａが基板表面に対し垂直となっており、この垂直な面２０ａにより光ファイバー４の先端部の光軸方向の位置決めを行うようになっている。
【００５８】
このように、第１のＳｉ基板１のＶ溝９に、光ファイバー４の光軸方向のストッパ（溝２０）を設けた構造としているため、光ファイバー４、第１および第２のＳｉ基板１，２における光軸方向の相対位置が一義的に決定するために高精度となる。
【００５９】
図１２，１３には、他の応用例を示す。図１２，１３において、第２のＳｉ基板２のＶ溝３０が、光ファイバー４の位置決め用のＶ溝３１と、光路変換用のＶ溝３２とからなる。このＶ溝３２は位置決め用のＶ溝３１より開口幅が小さくなっている（図１３において、Ｗ１＜Ｗ２）。さらに、両Ｖ溝３１，３２の間においてファイバーストッパ溝３３が形成されている。ファイバーストッパ溝３３は、両Ｖ溝３１，３２と連通し、かつ、その側面３３ａ，３３ｂが基板表面に対し垂直であるとともにファイバー位置決め用のＶ溝３１よりも深くなっている（図１２において、Ｄ１＞Ｄ２）。このファイバーストッパ溝３３の側面３３ａ，３３ｂのうち、ファイバーストッパ溝３３と光路変換用Ｖ溝３２との境界に形成された光ファイバーストッパ面３３ａに、光ファイバー４の先端面が当接している。このようにして光ファイバー４の光軸方向の位置決めが行われている。よって、第２のＳｉ基板２のＶ溝３０に、光ファイバー４の光軸方向のストッパを設けた構造としているため、光ファイバー４、第１および第２のＳｉ基板１，２における光軸方向の相対位置が一義的に決定するために高精度となる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００６０】
図１４には、本実施の形態における光受信モジュールの断面図を示す。
光受信モジュールは、第１のＳｉ基板４１、第２のＳｉ基板４２、裏面照射型受光素子４３、光ファイバー４４、光路変換用の反射膜４５、裏面照射型受光素子実装用パッド４６、配線４７から構成されている。そして、第１のＳｉ基板４１の上に第２のＳｉ基板４２が光ファイバー４４を挟んだ状態でバンプ５２を用いた半田リフローによるセルフアラインにて実装されている。第１のＳｉ基板４１にて第１のＳｉキャリアＣ１１が、第２のＳｉ基板４２にて第２のＳｉキャリアＣ１２が構成されている。
【００６１】
第２のＳｉ基板４２の表面（図中の下面）には凹部４８が形成されている。この凹部４８の底面４８ａにおいては受光素子実装用パッド４６および配線４７がパターニングされている。配線４７の端部は、第１の実施形態と同様に幅広な電極パッド４７ａとなっている。また、凹部４８の内部において受光素子実装用パッド４６の上に裏面照射型受光素子４３がフリップチップ実装されている。
【００６２】
このように、受光素子４３が実装された側のＳｉ基板４２上に、受光素子４３と電気的に接続された配線４７が形成され、配線４７の受光素子４３と反対側の端部に電極パッド４７ａが設けられている。そして、パッド４６と配線４７を用いて受光素子４３の信号が外部に取り出される。
【００６３】
また、第１のＳｉ基板４１の表面（上面）にはＶ溝４９が形成されている。このＶ溝４９は一端が基板側面に開口し、他端が基板の内方に直線状に延び、かつ先端が斜状となっている。このＶ溝４９内に光ファイバー４４が固定されている。
【００６４】
第１のＳｉ基板４１において、Ｖ溝４９の先端の斜状面４９ａには光路変換用の反射膜４５が形成されている。そして、光ファイバー４４からの受信光の光路が反射膜４５にて上下方向に変換される。この光は裏面照射型受光素子４３に照射され、電気信号に変換される。
【００６５】
光受信モジュールをこのような構造とすることで、受光素子４３への裏面照射が可能となる。
次に、光受信モジュールの作用を説明する。
【００６６】
第１のＳｉ基板４１のＶ溝４９内に光ファイバー４４が固定されるとともに第１のＳｉ基板４１に対し第２のＳｉ基板４２がバンプ５２を用いた半田リフローによるセルフアラインにて実装され、光ファイバー４４からの受信光はＶ溝４９の先端での反射膜４５にて上下方向にその向きが変換され、第２のＳｉ基板４２の凹部４８においてフリップチップ実装された裏面照射型受光素子４３にて受光される。
【００６７】
ここで、受光素子４３は半田リフローによるセルフアライメント効果を用いたフリップチップ実装であるため、第２のＳｉ基板４２に対して高精度に位置決めでき、また、第２のＳｉ基板４２も半田リフローによるセルフアライメント効果を用いたフリップチップ実装で第１のＳｉ基板４１に接合され、かつ光ファイバー４４はＶ溝４９により第１のＳｉ基板４１に位置決めされる。よって、光ファイバー４４、光路変換用反射膜４５、受光素子４３の相対位置の精度が高く光ファイバー４４からの受信光を効率よく受光素子４３により受光できる。
【００６８】
このように、受光素子４３のフリップチップ実装、両Ｓｉ基板４１，４２のセルフアライメント効果、およびＳｉ基板４１に形成したＶ溝４９による光ファイバー４４の固定によって、パッシプアライメント実装により光ファイバー４４と受光素子４３の相対位置を高精度に保ったまま、受光素子４３への裏面照射を行うことができる。
【００６９】
次に、光受信モジュールの製造方法を説明する。
まず、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、第１のＳｉ基板４１上における基板外周部にＴｉ／Ａｕからなるパッド（第１のパッド）５０を形成する。そして、パッド５０上にＳｎＰｂ半田バンプ５２を形成する。
【００７０】
さらに、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、第１のＳｉ基板４１に光ファイバー固定用のＶ溝４９を、ＫＯＨやＴＭＡＨといったエッチング液を用いてエッチングにより形成する。このとき、Ｖ溝４９の深さは光ファイバー４４のコアがＶ溝４９の上面よりも下に位置する深さとする（図１４参照）。そして、Ｖ溝４９の先端斜状部４９ａに、Ｔｉ／Ａｕの蒸着およびリフトオフ（またはＴｉ／Ａｕの蒸着およびＴｉ／Ａｕのエッチング）により、光路変換用の反射膜４５を形成する。
【００７１】
その後、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、Ｖ溝４９内部に光ファイバー４４を接着剤等により固定する。これが、第１のＳｉキャリアとなる。
一方、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、第２のＳｉ基板４２を用意し、その上面における基板外周部にＴｉ／Ａｕからなるパッド（第２のパッド）５１を形成する。そして、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、第２のＳｉ基板４２に裏面照射型受光素子を配置するための凹部４８を、ウェットエッチングまたはドライエッチングで形成する。
【００７２】
その後、図２０（ａ），（ｂ）に示すように、凹部４８の底面４８ａに裏面照射型受光素子４３を実装するためのパッド（第３のパッド）４６および電気配線４７をＴｉ／Ａｕ等で形成する。
【００７３】
続いて、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、パッド４６上にＡｕＳｎ半田を形成し、裏面照射型受光素子４３を能動部を下にして、即ち、受光面を上にして配置する。その後、２８０℃以上でリフローして、裏面照射型受光素子４３を固定（実装）する。これが、第２のＳｉキャリアとなる。
【００７４】
そして、図１４に示すように、このように形成された第２のＳｉキャリア（基板４２）をそのパッド５１と第１のＳｉキャリア（基板４１）のパッド５０の位置が合うように配置する。つまり、第１のＳｉキャリア（基板４１）上に半田バンプ５２を介してパッド５０，５１の位置が合うように第２のＳｉキャリア（基板４２）を位置させる。その後、１９０℃以上でＡｕＳｎ半田が溶けない温度でリフローして第１のＳｉキャリア（基板４１）と第２のＳｉキャリア（基板４２）を接合する。
【００７５】
これにより、光受信モジュールが形成される。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００７６】
図２２には本実施形態の光受信モジュールの平面図を示すとともに、図２３に図２２のＤ−Ｄ線での縦断面図を示す。さらに、図２４にはＳｉ基板（Ｓｉキャリア）６０を示す。
【００７７】
Ｓｉ基板（キャリア）６０の基本構成は、図２４に示すように、面方位が（１００）であるＳｉ基板６０の表面に、光ファイバー位置決め用の第１のＶ溝６１が延設されるとともに、Ｖ溝６１の延長線上においてＶ溝６１よりも開口幅が小さい光路変換用の第２のＶ溝６２が延設されている。さらに、両Ｖ溝６１，６２の間においてファイバーストッパ溝６３が形成されている。このファイバーストッパ溝６３は、両Ｖ溝６１，６２と連通し、かつ、その側面が基板表面に対し垂直であるとともに位置決め用Ｖ溝６１よりも深くなっている。ファイバーストッパ溝６３は光ファイバーの光軸方向の位置決めを行うためのものである。また、光路変換用Ｖ溝６２の先端での斜状面には、光ファイバー６６からの受信光の光路を上下方向に変換する反射膜６４が形成されている。
【００７８】
このＳｉ基板（Ｓｉキャリア）６０を用いて、図２２，２３に示すように、光ファイバー６６は、その先端面がファイバーストッパ溝６３の側面６３ａに当接した状態で光ファイバー位置決め用Ｖ溝６１に固定されている。つまり、ファイバーストッパ溝６３と光路変換用Ｖ溝６２との境界に形成された光ファイバーストッパ面６３ａにより光ファイバー６６の先端部の光軸方向の位置決めが行われる。さらに、Ｓｉ基板６０の上面には表面照射型受光素子６５が配置され、反射膜６４からの受信光を受光する。
【００７９】
次に、光受信モジュールの作用を説明する。
光ファイバー６６の先端面がファイバーストッパ溝６３の側面６３ａに当接した状態で光ファイバー６６がファイバー位置決め用Ｖ溝６１に固定され、光ファイバー６６からの受信光はＶ溝６２の先端での反射膜６４にて上下方向にその向きが変換され、受光素子６５にて受光される。
【００８０】
このように、光ファイバー６６の固定位置に関して横方向と縦方向に加え光軸方向にも高精度となる。従って、受光素子６５と光ファイバー６６の相対位置がより高精度となり、良好な結合が得られる。
【００８１】
次に、その製造方法を説明する。
まず、図２５（ａ），（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板６０上に窒化膜７０を成膜した後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行い、第１および第２のＶ溝形成用の開口部７１，７２を形成する。なお、図２５（ａ）では、窒化膜７０の形成領域をハッチングを付すことにより表した。
【００８２】
続いて、図２６（ａ），（ｂ）に示すように、この開口部７１，７２を介して、ＫＯＨやＴＭＡＨによるアルカリ異方性エッチングにより、第１のＶ溝６１および第２のＶ溝６２を同時に形成する。このようにして、Ｓｉ基板６０に光ファイバー固定用のＶ溝６１と、このＶ溝６１の延設方向の延長線上に光ファイバー固定用のＶ溝６１よりも幅の狭い光路変換用のＶ溝６２を両溝が接触しないように同一プロセスで形成する。又このとき、第１のＶ溝６１のエッチング深さは光ファイバー６６を固定したときにコアがＶ溝６１の上面よりも下に位置する深さにする（図２３参照）。また、第２のＶ溝６２は、第１のＶ溝６１の延設方向において接触しないように配置し、その深さが、固定される光ファイバー６６のコアの高さよりも深く、かつ第１のＶ溝６１よりも浅くする（図２３参照）。
【００８３】
このような溝とするための開口部７１，７２のサイズの一例を挙げると、第１の開口部７１については、幅が２００μｍ、長さが１０００μｍであり、第２の開口部７２については幅が１００μｍ、長さが２００μｍである。
【００８４】
次に、図２７（ａ），（ｂ）に示すように、第１のＶ溝６１と第２のＶ溝６２の間に残る凸部（図２６の符号７３で示す部位）、およびその両側の側壁を含む領域を、ダイシングによりカットし、第１のＶ溝６１よりも深く、その側壁がＳｉ基板６０の上面に対して垂直であるファイバーストッパ溝６３を形成する。その後、Ｔｉ／Ａｕの蒸着およびフォトリソグラフィーとエッチングにより第２のＶ溝６２の側面に光路変換用反射膜６４を形成する。このようにしてＳｉキャリアが形成される。
【００８５】
続いて、図２２，２３に示すように、光ファイバー６６を第１のＶ溝６１に固定するとともに、表面照射型受光素子６５をフリップチップ実装して光受信モジュールを形成する。
【００８６】
なお、図２２，２３では表面照射型受光素子であったが、裏面照射型受光素子であってもよい。
また、これまで説明してきた各実施形態におけるＶ溝（Ｓｉ基板に形成するＶ溝）に関して、Ｖ溝は谷の部分にシリコンが残っていてもよい。要は、光ファイバー固定用のＶ溝については、少なくとも側壁のテーパ面で光ファイバーと接触できればよく（図２８に示すように浅いＶ溝でのエッジ部Ｐ１，Ｐ２で接触する場合を含む）、また、光路変換用のＶ溝については溝内に光路が形成できればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態における光受信モジュールの平面図。
【図２】 図１でのＡ−Ａ線での縦断面図。
【図３】 図１でのＢ矢視図。
【図４】 図１でのＣ矢視図。
【図５】 裏面照射型受光素子の具体的構成例を示す断面模式図。
【図６】 ＯＥＩＣの回路構成図。
【図７】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図８】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図９】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１０】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１１】 応用例での光受信モジュールの断面図。
【図１２】 応用例での光受信モジュールの断面図。
【図１３】 応用例での光受信モジュールの側面図。
【図１４】 第２の実施の形態における光受信モジュールの平面図。
【図１５】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１６】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１７】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１８】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１９】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２０】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２１】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２２】 第３の実施の形態における光受信モジュールの平面図。
【図２３】 図２２のＤ−Ｄ線での断面図。
【図２４】 Ｓｉキャリアの斜視図。
【図２５】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２６】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２７】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２８】 Ｖ溝と光ファイバーの関係を説明するための断面図。
【図２９】 従来技術を説明するための光受信モジュールの断面図。
【図３０】 従来技術を説明するための光受信モジュールの断面図。
【図３１】 従来技術を説明するための光受信モジュールの断面図。
【符号の説明】
１…第１のＳｉ基板、２…第２のＳｉ基板、３…裏面照射型受光素子、４…光ファイバー、５…反射膜、６…パッド、７…配線、８…凹部、９…Ｖ溝、１０…Ｖ溝、３１…Ｖ溝、３２…Ｖ溝、３３…ファイバーストッパ溝、４１…第１のＳｉ基板、４２…第２のＳｉ基板、４３…裏面照射型受光素子、４４…光ファイバー、４５…反射膜、４６…パッド、４７…配線、４８…凹部、４９…Ｖ溝、５０…パッド、５１…パッド、５２…半田バンプ、６０…Ｓｉ基板、６１…Ｖ溝、６２…Ｖ溝、６３…ファイバーストッパ溝、６４…反射膜、６５…受光素子、６６…光ファイバー。
【発明の属する技術分野】
この発明は光通信に用いられる光受信モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信における光集積回路の低コスト化、小型化を図るために、光モジュールの開発が活発となっている。特に、素子を駆動させずに素子や光ファイバーをＳｉキャリア上に実装するパッシブアライメント実装によるモジュール組立に注目が集まっている。
【０００３】
図２９は従来の光受信モジュールを説明するための断面図である。
５００はＳｉキャリア、５０１はＳｉキャリア上に形成されたＶ溝、５０２は光ファイバー、５０３は側面照射型のフォトダイオードである。ここで、Ｖ溝５０１はアルカリ異方性エッチングにより高精度に形成されているため、このＶ溝５０１に固定される光ファイバー５０２は自動的に位置決めされ、高さ方向及び横方向の位置精度は極めて高い。また、受光素子５０３には半田リフローによるセルフアライン効果を利用したフリップチップ実装が用いられているため、素子を駆動させることなく、パッシブアライメントにより実装が可能となる。
【０００４】
しかしながら、この従来構造では、依然いくつかの問題が残る。特に大きな問題として次の２点が挙げられる。まず１点目は、光ファイバーからの照射光の光路を変換する機構を備えていないために、裏面照射型の受光素子に適用できないという問題である。そして、２点目は、光ファイバーの光軸方向の位置決めが精度良くできないという問題である。詳しくは、光ファイバーの先端をＶ溝の端（図中の符号５０４）に押し当てて位置決めしようとしても、Ｖ溝の端（図中の符号５０４）も約５４．７度の傾斜がついているために先端が浮き上がってしまい、光軸がずれてしまう。従って、光軸方向については光ファイバーを目合わせで位置決めするほかはなかった。
【０００５】
これらの問題を解決する技術としては、以下の技術が報告されている。
まず、１点目の表面または裏面照射型の受光素子に適用できないという問題を解決するための技術としては、「信学技報、ＥＭＤ９６−３０、１９９６、Ｐ．３７」に記載されている技術がある。この技術は、図３０に示すように、基板６００のＶ溝６０１に光ファイバー６０３が固定され、Ｖ溝６０１の先端部での傾斜面６０２を利用し、光ファイバー６０３からの照射光の光路を変換して、受光素子６０４に表面照射するというものである。
【０００６】
しかしながら、この技術と受光素子の実装を半田リフローによるセルフアライン効果を利用したフリップチップ実装技術を併用しようとすると、受光素子の裏面への照射に対応することが難しいという問題が残る。特に、受光素子がトランジスタと高周波整合回路を集積化し、配線にコプレーナ線路を用いたＩＣの場合、電極やパッドが配置される表面をさけて裏面から受信光を照射する必要があるが、電極パッドが表面に形成されているために、図３０に示す手法は表面が下を向いて実装される素子、つまり、表面入射タイプの素子に限定されてしまう。
【０００７】
次に、２点目の光ファイバーの光軸方向の位置決めに関連する技術としては、「Passive alignment of a tapered laser with more than ５０％ coupling efficiency 、Electronics Letters ２７th April １９９５ Vol.３１ Ｎｏ．９ Ｐ．７３０」に記載された技術がある。これは、図３１に示すように、Ｖ溝７００における素子７０１側の端部をダイシングでカットして基板７０２表面に対して垂直な面７０３を形成し、その端面７０３に光ファイバー７０４を押し当てることにより、縦方向、横方向に加え、光軸方向の位置決めを行うというものである。
【０００８】
しかしながら、この技術は側面照射型のモジュールには適用可能であるが、前述したような裏面照射型のモジュールでは、Ｖ溝端部の傾斜した面を利用して受信光の光路を変換する必要があるため適用できない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明の目的は、パッシブアライメント実装により光受信モジュールの組付けを行う際にも、受光素子の裏面からの照射を可能とすることにある。また、Ｖ溝の先端面の傾斜を利用して光路を上下方向に変換する光モジュールにおいて、光ファイバーの光軸方向の位置決めを高精度に行うことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、張り合わされた第１と第２のＳｉ基板の間において光ファイバーがＶ溝を用いて挟持され、光ファイバーからの受信光はＶ溝の先端での反射膜にて上下方向にその向きが変換され、第１のＳｉ基板の凹部においてフリップチップ実装された裏面照射型受光素子にて受光される。
【００１１】
このように、受光素子のフリップチップ実装および２枚のＳｉ基板を用いたＶ溝による光ファイバーの固定によって、パッシプアライメント実装により光ファイバーと受光素子の相対位置を高精度に保ったまま、受光素子への裏面照射を行うことができることとなる。
【００１２】
また、請求項１に記載の発明によれば、第１のＳｉ基板に設けたＶ溝により光ファイバーが挟持され、第１のＳｉ基板の斜状面に光ファイバーが当接しているため両Ｓｉ基板間の位置決めをより高精度にすることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加え、受光素子がトランジスタである場合に、受光素子への照射方向が裏面となる場合が多いが、このとき、より有用となる。
【００２０】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の作用効果に加え、受光素子がトランジスタおよび高周波整合回路から構成されたＩＣである場合に、受光素子への照射方向が裏面となる場合が多いが、このとき、より有用となる。
【００２１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項２または３に記載の発明の作用効果に加え、受光素子の配線としてコプレーナ線路が用いられている場合に、受光素子への照射方向が裏面となる場合が多いが、このとき、より有用となる。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明の作用効果に加え、受光素子は受信光の波長よりも短いバンドギャップ波長を有する半導体基板上に形成されていることにより、半導体基板を光が透過しやすく、裏面照射型受光素子として好ましいものとなる。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明の作用効果に加え、受光素子はＩｎＰ基板上に形成されていることにより、基板を光が透過しやすく、裏面照射型受光素子として好ましいものとなる。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明の作用効果に加え、配線での受光素子と反対側の端部に設けた電極パッドにより、コネクタ等と容易に接続をとることができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、第１のＳｉ基板において先端に斜状面を有する光ファイバー挟持用のＶ溝が形成され、このＶ溝の延設方向の延長線上に受光素子を配置するための凹部が形成されるとともに、凹部の内部に裏面照射型受光素子を実装するためのパッドおよび電気配線が形成され、さらに、パッド上に裏面照射型受光素子が実装されることにより第１のＳｉキャリアとされる。また、第２のＳｉ基板に光ファイバー挟持用のＶ溝が形成されるとともに、このＶ溝の先端の斜状面に光路変換用の反射膜が形成されることにより第２のＳｉキャリアとされる。そして、前記第１のＳｉキャリアに形成したＶ溝先端の斜状面に光ファイバーの先端を当接させつつ第１のＳｉキャリアと第２のＳｉキャリアとが張り合わされて両キャリアのＶ溝で光ファイバーが挟み込まれ固定される。
その結果、請求項１に記載の光受信モジュールの構造を得ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００３０】
図１には、本実施の形態における光受信モジュールの平面図を示す。また、図２には、図１でのＡ−Ａ線での縦断面を示す。さらに、図３には図１でのＢ矢視図（左側面図）を、図４には図１でのＣ矢視図（右側面図）を示す。
【００３１】
図２に示すように、光受信モジュールは、第１のＳｉ基板１、第２のＳｉ基板２、裏面照射型受光素子３、光ファイバー４、光路変換用の反射膜５、受光素子実装用パッド６、配線７から構成されている。そして、第１のＳｉ基板１と第２のＳｉ基板２が光ファイバー４を挟んだ状態で張り合わされている。第１のＳｉ基板１にて第１のＳｉキャリアＣ１が、第２のＳｉ基板２にて第２のＳｉキャリアＣ２が構成されている。
【００３２】
第１のＳｉ基板１の表面（上面）には凹部８が形成されている。この凹部８の底面８ａにおいては受光素子実装用パッド６および配線７がパターニングされている。また、図３に示すように、凹部８の内部において受光素子実装用パッド６の上に裏面照射型受光素子３がフリップチップ実装されている。
【００３３】
ここで、図１のように、配線７の端部は幅広な電極パッド７ａとなっている。このように、受光素子３が実装された側のＳｉ基板１上に、受光素子３と電気的に接続された配線７が形成され、配線７での受光素子３と反対側の端部に電極パッド７ａが設けられている。そして、パッド６と配線７を用いて受光素子３の信号が外部に取り出される。
【００３４】
また、第２のＳｉ基板２の表面（図２中の下面）にはＶ溝１０が延設されている。このＶ溝１０は一端が基板側面に開口し、他端が基板の内方に直線状に延び、かつ、先端が斜状となっている。このように、第２のＳｉ基板２は第１のＳｉ基板１の凹部形成面と張り合わされるが、第２のＳｉ基板２における第１のＳｉ基板１と対向する面に先端が斜状となったＶ溝９が延設されている。
【００３５】
第１のＳｉ基板１において、第２のＳｉ基板２のＶ溝１０に対向する位置にはＶ溝９が形成されている。このＶ溝９も一端が基板側面に開口し、他端が基板の内方に直線状に延びている。そして、図４に示すように、第２のＳｉ基板２のＶ溝１０と第１のＳｉ基板１のＶ溝９との間に光ファイバー４が挟持されている。詳しくは、Ｖ溝１０の両側壁とＶ溝９の両側壁の計４点が接触して支持されている。
【００３６】
なお、第１のＳｉ基板１にはＶ溝９を設けずに、第２のＳｉ基板２のＶ溝１０と第１のＳｉ基板１の表面（平坦面）との間に光ファイバー４を挟持してもよく、この場合は、Ｖ溝１０の両側壁と第１のＳｉ基板１の表面の計３点が接触して支持することになる。
【００３７】
図２に示すように、第２のＳｉ基板２において、Ｖ溝１０の先端での斜状面１０ａには光路変換用の反射膜５が形成されている。この反射膜５によって光ファイバー４からの受信光の光路が上下方向に変換される。この反射膜５からの受信光が前述の裏面照射型受光素子３に受光される。つまり、光ファイバー４からの受信光が反射膜５に照射されると、その光が上下方向に変換され、裏面照射型受光素子３に照射され、電気信号に変換される。
【００３８】
光受信モジュールをこのような構造とすることで、受光素子３への裏面照射が可能となる。
裏面照射型受光素子３の具体的構成例を、図５に示す。受光素子３はＨＥＭＴ型フォトトランジスタであって、図５には断面模式図を示す。
【００３９】
図５において、半絶縁性ＩｎＰ基板１０１上に、ｉ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓバッファ層１０２、ｉ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層１０３、ｉ−Ｉｎ0.80Ｇａ0.20Ａｓキャリア走行層１０４、ｉ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓゲートコンタクト層１０５が順に形成されている。ただし、ｉ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓゲートコンタクト層１０５の中にはＳｉによるδドープ層１０６が形成されている。ゲートコンタクト層１０５の上にはｎ型のＩｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓキャップ層１０７が形成されている。キャップ層１０７の上面にはソース電極１０９およびドレイン電極１１０がオーム特性を示すように形成されている。また、ゲート電極１０８はショットキー接合をするようにキャップ層１０７をエッチングにより削り、ゲートコンタクト層１０５と接触している。
【００４０】
そして、波長１．５５μｍの赤外光を入射すると、基板１０１を透過してｉ−Ｉｎ0.53Ｇａ0.47Ａｓ光吸収層１０３およびｉ−Ｉｎ0.80Ｇａ0.20Ａｓキャリア走行層１０４で吸収される。この光照射によって生じた電子はｉ−Ｉｎ0.80Ｇａ0.20Ａｓキャリア走行層１０４において高速で拡散する。
【００４１】
さらに、ＩｎＰ基板１０１の他の領域には高周波整合回路が形成され、ＩＣ（ＯＥＩＣ）となっている。具体的には、図６に示すように、光応答型トランジスタ（高電子移動度フォトトランジスタ）３００に対し、ゲート電極に例えばコプレナー型高周波伝送線路３０１が接続されている。また、ドレイン電極には、コプレナー型高周波伝送線路３０２およびスタブ３０３から構成される出力整合回路３０４が接続されている。さらに、スタブ３０３および伝送線路３０１にはコンデンサ３０５，３０６が高周波信号の接地用として接続されている。
【００４２】
このように、ゲート側に伝送線路３０１を接続すると、出力ポートから取り出される電波信号の感度を高くすることができる。また、例えば入射する光の強度変調を行った場合、ドレイン側に出力整合回路３０４を接続することによって所望の周波数信号を感度よく取り出すことができる。
【００４３】
次に、光受信モジュールの作用を説明する。
図２において、張り合わされた第１と第２のＳｉ基板１，２の間において光ファイバー４がＶ溝９，１０を用いて挟持され、光ファイバー４からの受信光はＶ溝１０の先端での反射膜５にて上下方向にその向きが変換され、第１のＳｉ基板１の凹部８においてフリップチップ実装された裏面照射型受光素子３にて受光される。
【００４４】
ここで、受光素子３は半田リフローによるセルフアライメント効果を用いたフリップチップ実装であるため、高精度に位置決めできるとともに、光ファイバー４と第１，第２のＳｉ基板１，２はＶ溝９，１０によりその相対位置が正確に位置決めされる。このため、光ファイバー４、光路変換用反射膜５、受光素子３の相対位置の精度が高く、光ファイバー４からの受信光が効率よく受光素子３により受光できる。
【００４５】
このように、受光素子３のフリップチップ実装および２枚のＳｉ基板１，２を用いたＶ溝９，１０による光ファイバー４の固定によって、パッシプアライメント実装により光ファイバー４と受光素子３の相対位置を高精度に保ったまま、受光素子３への裏面照射を行うことができる。また、第１のＳｉ基板１における凹部形成面には光ファイバーの挟持用のＶ溝９が形成されているので、このＶ溝９により光ファイバー４が挟持され、両Ｓｉ基板１，２間の位置決めをより高精度にすることができる。
【００４６】
さらに、受光素子３がトランジスタであり、受光素子への照射方向が裏面となるが、このとき、より有用となる。また、受光素子３がトランジスタおよび高周波整合回路から構成されたＩＣである場合も、受光素子への照射方向が裏面となるが、このとき、より有用となる。また、受光素子３の配線としてコプレーナ線路が用いられている場合に、受光素子への照射方向が裏面となるが、このとき、より有用となる。
【００４７】
また、受光素子３は受信光の波長よりも短いバンドギャップ波長を有する半導体基板（ＩｎＰ基板）上に形成されており、半導体基板を光が透過しやすく、裏面照射型受光素子として好ましいものとなる。つまり、受光素子３はＩｎＰ基板上に形成されており、基板を光が透過しやすく、裏面照射型受光素子として好ましい。
【００４８】
さらに、受光素子３が実装された側のＳｉ基板１上に、受光素子３と電気的に接続された配線７が形成され、配線７での受光素子３と反対側の端部に電極パッド７ａが設けられており、コネクタ等と容易に接続をとることができる。
【００４９】
次に、光受信モジュールの製造方法を説明する。
まず、第１のＳｉキャリアＣ１側の製造方法について、図７〜図９を用いて説明する。図７〜図９において、（ａ）にて図１のごとく平面を、（ｂ）にて図１のＡ−Ａ線での断面を示す。
【００５０】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、第１のＳｉ基板１を用意し、Ｓｉ基板１の表面に光ファイバー固定用のＶ溝９、および、Ｖ溝９の延設方向の延長線上に受光素子３を配置するための凹部８をエッチングにより形成する。エッチング液としては、ＫＯＨやＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）等を用いる。このとき、Ｖ溝９の深さは光ファイバー４のコアがＶ溝９の上面よりも下に位置しない深さとする（図２参照）。
【００５１】
続いて、図８（ａ），（ｂ）に示すように、凹部８の底面８ａにフリップチップ実装用のパッド６および電気配線７を形成する。具体的には、例えばＴｉ／Ａｕを蒸着しリフトオフすることによりパッド６と配線７を形成する。
【００５２】
続いて、図９（ａ），（ｂ）に示すように、ＡｕＳｎ半田をパッド６上に形成し、裏面照射型受光素子３を能動部を下にして、即ち、受光面を上にして配置し、さらに、２８０℃以上でリフローして、裏面照射型受光素子３を固定（実装）する。また、Ｖ溝９に光ファイバー４を接着剤等で固定する。これが、第１のＳｉキャリアとなる。
【００５３】
次に、第２のＳｉキャリアＣ２側の製造方法について、図１０を用いて説明する。図１０において、（ａ）にて図１のごとく平面を、（ｂ）にて図１のＡ−Ａ線での断面を示す。
【００５４】
図１０（ａ），（ｂ）に示すように、第２のＳｉ基板２を用意し、その表面に、第１のＳｉ基板１の場合と同様の工程で光ファイバー固定用のＶ溝１０を形成する。ただし、Ｖ溝１０の深さは光ファイバー４のコアがＶ溝１０の上面よりも下に位置する深さとする（図２参照）。
【００５５】
そして、Ｔｉ／Ａｕの蒸着およびリフトオフ（または、Ｔｉ／Ａｕの蒸着およびＴｉ／Ａｕのエッチング）により、Ｖ溝１０の端部の傾斜面１０ａに光路変換用の反射膜５を形成する。これが、第２のＳｉキャリアとなる。
【００５６】
このようにして形成された第２のＳｉキャリア（基板２）を、図１〜４に示すように、Ｖ溝１０に光ファイバー４が嵌まり込むように第１のキャリア（基板１）に重ねて、樹脂や接着剤等で固定する。つまり、第１のＳｉキャリア（基板１）と第２のＳｉキャリア（基板２）とを張り合わせて両キャリアのＶ溝９，１０で光ファイバー４を挟み込んで固定する。
【００５７】
このようにして光受信モジュールが完成する。
図１１には、応用例を示す。図１１において、第１のＳｉ基板１のＶ溝９での先端面が基板１表面に対し垂直となっており、この垂直な面２０ａに光ファイバー４の先端面が当接している。つまり、Ｖ溝９での受光素子３に近い側面２０ａが基板表面に対し垂直となっており、この垂直な面２０ａにより光ファイバー４の先端部の光軸方向の位置決めを行うようになっている。
【００５８】
このように、第１のＳｉ基板１のＶ溝９に、光ファイバー４の光軸方向のストッパ（溝２０）を設けた構造としているため、光ファイバー４、第１および第２のＳｉ基板１，２における光軸方向の相対位置が一義的に決定するために高精度となる。
【００５９】
図１２，１３には、他の応用例を示す。図１２，１３において、第２のＳｉ基板２のＶ溝３０が、光ファイバー４の位置決め用のＶ溝３１と、光路変換用のＶ溝３２とからなる。このＶ溝３２は位置決め用のＶ溝３１より開口幅が小さくなっている（図１３において、Ｗ１＜Ｗ２）。さらに、両Ｖ溝３１，３２の間においてファイバーストッパ溝３３が形成されている。ファイバーストッパ溝３３は、両Ｖ溝３１，３２と連通し、かつ、その側面３３ａ，３３ｂが基板表面に対し垂直であるとともにファイバー位置決め用のＶ溝３１よりも深くなっている（図１２において、Ｄ１＞Ｄ２）。このファイバーストッパ溝３３の側面３３ａ，３３ｂのうち、ファイバーストッパ溝３３と光路変換用Ｖ溝３２との境界に形成された光ファイバーストッパ面３３ａに、光ファイバー４の先端面が当接している。このようにして光ファイバー４の光軸方向の位置決めが行われている。よって、第２のＳｉ基板２のＶ溝３０に、光ファイバー４の光軸方向のストッパを設けた構造としているため、光ファイバー４、第１および第２のＳｉ基板１，２における光軸方向の相対位置が一義的に決定するために高精度となる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００６０】
図１４には、本実施の形態における光受信モジュールの断面図を示す。
光受信モジュールは、第１のＳｉ基板４１、第２のＳｉ基板４２、裏面照射型受光素子４３、光ファイバー４４、光路変換用の反射膜４５、裏面照射型受光素子実装用パッド４６、配線４７から構成されている。そして、第１のＳｉ基板４１の上に第２のＳｉ基板４２が光ファイバー４４を挟んだ状態でバンプ５２を用いた半田リフローによるセルフアラインにて実装されている。第１のＳｉ基板４１にて第１のＳｉキャリアＣ１１が、第２のＳｉ基板４２にて第２のＳｉキャリアＣ１２が構成されている。
【００６１】
第２のＳｉ基板４２の表面（図中の下面）には凹部４８が形成されている。この凹部４８の底面４８ａにおいては受光素子実装用パッド４６および配線４７がパターニングされている。配線４７の端部は、第１の実施形態と同様に幅広な電極パッド４７ａとなっている。また、凹部４８の内部において受光素子実装用パッド４６の上に裏面照射型受光素子４３がフリップチップ実装されている。
【００６２】
このように、受光素子４３が実装された側のＳｉ基板４２上に、受光素子４３と電気的に接続された配線４７が形成され、配線４７の受光素子４３と反対側の端部に電極パッド４７ａが設けられている。そして、パッド４６と配線４７を用いて受光素子４３の信号が外部に取り出される。
【００６３】
また、第１のＳｉ基板４１の表面（上面）にはＶ溝４９が形成されている。このＶ溝４９は一端が基板側面に開口し、他端が基板の内方に直線状に延び、かつ先端が斜状となっている。このＶ溝４９内に光ファイバー４４が固定されている。
【００６４】
第１のＳｉ基板４１において、Ｖ溝４９の先端の斜状面４９ａには光路変換用の反射膜４５が形成されている。そして、光ファイバー４４からの受信光の光路が反射膜４５にて上下方向に変換される。この光は裏面照射型受光素子４３に照射され、電気信号に変換される。
【００６５】
光受信モジュールをこのような構造とすることで、受光素子４３への裏面照射が可能となる。
次に、光受信モジュールの作用を説明する。
【００６６】
第１のＳｉ基板４１のＶ溝４９内に光ファイバー４４が固定されるとともに第１のＳｉ基板４１に対し第２のＳｉ基板４２がバンプ５２を用いた半田リフローによるセルフアラインにて実装され、光ファイバー４４からの受信光はＶ溝４９の先端での反射膜４５にて上下方向にその向きが変換され、第２のＳｉ基板４２の凹部４８においてフリップチップ実装された裏面照射型受光素子４３にて受光される。
【００６７】
ここで、受光素子４３は半田リフローによるセルフアライメント効果を用いたフリップチップ実装であるため、第２のＳｉ基板４２に対して高精度に位置決めでき、また、第２のＳｉ基板４２も半田リフローによるセルフアライメント効果を用いたフリップチップ実装で第１のＳｉ基板４１に接合され、かつ光ファイバー４４はＶ溝４９により第１のＳｉ基板４１に位置決めされる。よって、光ファイバー４４、光路変換用反射膜４５、受光素子４３の相対位置の精度が高く光ファイバー４４からの受信光を効率よく受光素子４３により受光できる。
【００６８】
このように、受光素子４３のフリップチップ実装、両Ｓｉ基板４１，４２のセルフアライメント効果、およびＳｉ基板４１に形成したＶ溝４９による光ファイバー４４の固定によって、パッシプアライメント実装により光ファイバー４４と受光素子４３の相対位置を高精度に保ったまま、受光素子４３への裏面照射を行うことができる。
【００６９】
次に、光受信モジュールの製造方法を説明する。
まず、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、第１のＳｉ基板４１上における基板外周部にＴｉ／Ａｕからなるパッド（第１のパッド）５０を形成する。そして、パッド５０上にＳｎＰｂ半田バンプ５２を形成する。
【００７０】
さらに、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、第１のＳｉ基板４１に光ファイバー固定用のＶ溝４９を、ＫＯＨやＴＭＡＨといったエッチング液を用いてエッチングにより形成する。このとき、Ｖ溝４９の深さは光ファイバー４４のコアがＶ溝４９の上面よりも下に位置する深さとする（図１４参照）。そして、Ｖ溝４９の先端斜状部４９ａに、Ｔｉ／Ａｕの蒸着およびリフトオフ（またはＴｉ／Ａｕの蒸着およびＴｉ／Ａｕのエッチング）により、光路変換用の反射膜４５を形成する。
【００７１】
その後、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、Ｖ溝４９内部に光ファイバー４４を接着剤等により固定する。これが、第１のＳｉキャリアとなる。
一方、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、第２のＳｉ基板４２を用意し、その上面における基板外周部にＴｉ／Ａｕからなるパッド（第２のパッド）５１を形成する。そして、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、第２のＳｉ基板４２に裏面照射型受光素子を配置するための凹部４８を、ウェットエッチングまたはドライエッチングで形成する。
【００７２】
その後、図２０（ａ），（ｂ）に示すように、凹部４８の底面４８ａに裏面照射型受光素子４３を実装するためのパッド（第３のパッド）４６および電気配線４７をＴｉ／Ａｕ等で形成する。
【００７３】
続いて、図２１（ａ），（ｂ）に示すように、パッド４６上にＡｕＳｎ半田を形成し、裏面照射型受光素子４３を能動部を下にして、即ち、受光面を上にして配置する。その後、２８０℃以上でリフローして、裏面照射型受光素子４３を固定（実装）する。これが、第２のＳｉキャリアとなる。
【００７４】
そして、図１４に示すように、このように形成された第２のＳｉキャリア（基板４２）をそのパッド５１と第１のＳｉキャリア（基板４１）のパッド５０の位置が合うように配置する。つまり、第１のＳｉキャリア（基板４１）上に半田バンプ５２を介してパッド５０，５１の位置が合うように第２のＳｉキャリア（基板４２）を位置させる。その後、１９０℃以上でＡｕＳｎ半田が溶けない温度でリフローして第１のＳｉキャリア（基板４１）と第２のＳｉキャリア（基板４２）を接合する。
【００７５】
これにより、光受信モジュールが形成される。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００７６】
図２２には本実施形態の光受信モジュールの平面図を示すとともに、図２３に図２２のＤ−Ｄ線での縦断面図を示す。さらに、図２４にはＳｉ基板（Ｓｉキャリア）６０を示す。
【００７７】
Ｓｉ基板（キャリア）６０の基本構成は、図２４に示すように、面方位が（１００）であるＳｉ基板６０の表面に、光ファイバー位置決め用の第１のＶ溝６１が延設されるとともに、Ｖ溝６１の延長線上においてＶ溝６１よりも開口幅が小さい光路変換用の第２のＶ溝６２が延設されている。さらに、両Ｖ溝６１，６２の間においてファイバーストッパ溝６３が形成されている。このファイバーストッパ溝６３は、両Ｖ溝６１，６２と連通し、かつ、その側面が基板表面に対し垂直であるとともに位置決め用Ｖ溝６１よりも深くなっている。ファイバーストッパ溝６３は光ファイバーの光軸方向の位置決めを行うためのものである。また、光路変換用Ｖ溝６２の先端での斜状面には、光ファイバー６６からの受信光の光路を上下方向に変換する反射膜６４が形成されている。
【００７８】
このＳｉ基板（Ｓｉキャリア）６０を用いて、図２２，２３に示すように、光ファイバー６６は、その先端面がファイバーストッパ溝６３の側面６３ａに当接した状態で光ファイバー位置決め用Ｖ溝６１に固定されている。つまり、ファイバーストッパ溝６３と光路変換用Ｖ溝６２との境界に形成された光ファイバーストッパ面６３ａにより光ファイバー６６の先端部の光軸方向の位置決めが行われる。さらに、Ｓｉ基板６０の上面には表面照射型受光素子６５が配置され、反射膜６４からの受信光を受光する。
【００７９】
次に、光受信モジュールの作用を説明する。
光ファイバー６６の先端面がファイバーストッパ溝６３の側面６３ａに当接した状態で光ファイバー６６がファイバー位置決め用Ｖ溝６１に固定され、光ファイバー６６からの受信光はＶ溝６２の先端での反射膜６４にて上下方向にその向きが変換され、受光素子６５にて受光される。
【００８０】
このように、光ファイバー６６の固定位置に関して横方向と縦方向に加え光軸方向にも高精度となる。従って、受光素子６５と光ファイバー６６の相対位置がより高精度となり、良好な結合が得られる。
【００８１】
次に、その製造方法を説明する。
まず、図２５（ａ），（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板６０上に窒化膜７０を成膜した後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングを行い、第１および第２のＶ溝形成用の開口部７１，７２を形成する。なお、図２５（ａ）では、窒化膜７０の形成領域をハッチングを付すことにより表した。
【００８２】
続いて、図２６（ａ），（ｂ）に示すように、この開口部７１，７２を介して、ＫＯＨやＴＭＡＨによるアルカリ異方性エッチングにより、第１のＶ溝６１および第２のＶ溝６２を同時に形成する。このようにして、Ｓｉ基板６０に光ファイバー固定用のＶ溝６１と、このＶ溝６１の延設方向の延長線上に光ファイバー固定用のＶ溝６１よりも幅の狭い光路変換用のＶ溝６２を両溝が接触しないように同一プロセスで形成する。又このとき、第１のＶ溝６１のエッチング深さは光ファイバー６６を固定したときにコアがＶ溝６１の上面よりも下に位置する深さにする（図２３参照）。また、第２のＶ溝６２は、第１のＶ溝６１の延設方向において接触しないように配置し、その深さが、固定される光ファイバー６６のコアの高さよりも深く、かつ第１のＶ溝６１よりも浅くする（図２３参照）。
【００８３】
このような溝とするための開口部７１，７２のサイズの一例を挙げると、第１の開口部７１については、幅が２００μｍ、長さが１０００μｍであり、第２の開口部７２については幅が１００μｍ、長さが２００μｍである。
【００８４】
次に、図２７（ａ），（ｂ）に示すように、第１のＶ溝６１と第２のＶ溝６２の間に残る凸部（図２６の符号７３で示す部位）、およびその両側の側壁を含む領域を、ダイシングによりカットし、第１のＶ溝６１よりも深く、その側壁がＳｉ基板６０の上面に対して垂直であるファイバーストッパ溝６３を形成する。その後、Ｔｉ／Ａｕの蒸着およびフォトリソグラフィーとエッチングにより第２のＶ溝６２の側面に光路変換用反射膜６４を形成する。このようにしてＳｉキャリアが形成される。
【００８５】
続いて、図２２，２３に示すように、光ファイバー６６を第１のＶ溝６１に固定するとともに、表面照射型受光素子６５をフリップチップ実装して光受信モジュールを形成する。
【００８６】
なお、図２２，２３では表面照射型受光素子であったが、裏面照射型受光素子であってもよい。
また、これまで説明してきた各実施形態におけるＶ溝（Ｓｉ基板に形成するＶ溝）に関して、Ｖ溝は谷の部分にシリコンが残っていてもよい。要は、光ファイバー固定用のＶ溝については、少なくとも側壁のテーパ面で光ファイバーと接触できればよく（図２８に示すように浅いＶ溝でのエッジ部Ｐ１，Ｐ２で接触する場合を含む）、また、光路変換用のＶ溝については溝内に光路が形成できればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態における光受信モジュールの平面図。
【図２】 図１でのＡ−Ａ線での縦断面図。
【図３】 図１でのＢ矢視図。
【図４】 図１でのＣ矢視図。
【図５】 裏面照射型受光素子の具体的構成例を示す断面模式図。
【図６】 ＯＥＩＣの回路構成図。
【図７】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図８】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図９】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１０】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１１】 応用例での光受信モジュールの断面図。
【図１２】 応用例での光受信モジュールの断面図。
【図１３】 応用例での光受信モジュールの側面図。
【図１４】 第２の実施の形態における光受信モジュールの平面図。
【図１５】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１６】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１７】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１８】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図１９】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２０】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２１】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２２】 第３の実施の形態における光受信モジュールの平面図。
【図２３】 図２２のＤ−Ｄ線での断面図。
【図２４】 Ｓｉキャリアの斜視図。
【図２５】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２６】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２７】 光受信モジュールの製造工程を説明するための図。
【図２８】 Ｖ溝と光ファイバーの関係を説明するための断面図。
【図２９】 従来技術を説明するための光受信モジュールの断面図。
【図３０】 従来技術を説明するための光受信モジュールの断面図。
【図３１】 従来技術を説明するための光受信モジュールの断面図。
【符号の説明】
１…第１のＳｉ基板、２…第２のＳｉ基板、３…裏面照射型受光素子、４…光ファイバー、５…反射膜、６…パッド、７…配線、８…凹部、９…Ｖ溝、１０…Ｖ溝、３１…Ｖ溝、３２…Ｖ溝、３３…ファイバーストッパ溝、４１…第１のＳｉ基板、４２…第２のＳｉ基板、４３…裏面照射型受光素子、４４…光ファイバー、４５…反射膜、４６…パッド、４７…配線、４８…凹部、４９…Ｖ溝、５０…パッド、５１…パッド、５２…半田バンプ、６０…Ｓｉ基板、６１…Ｖ溝、６２…Ｖ溝、６３…ファイバーストッパ溝、６４…反射膜、６５…受光素子、６６…光ファイバー。
Claims (8)
- 表面に凹部が形成された第１のＳｉ基板と、
前記第１のＳｉ基板の凹部形成面と張り合わされ、前記第１のＳｉ基板と対向する面に先端が斜状となったＶ溝が延設された第２のＳｉ基板と、
前記第２のＳｉ基板のＶ溝と前記第１のＳｉ基板の表面との間に挟持された光ファイバーと、
前記第２のＳｉ基板のＶ溝の先端での斜状面に形成され、光ファイバーからの受信光の光路を上下方向に変換する反射膜と、
前記凹部の底面にフリップチップ実装され、前記反射膜からの受信光を受光する裏面照射型受光素子とを備え、
前記第１のＳｉ基板における凹部形成面には光ファイバーの挟持用のＶ溝が形成されており、前記第１のＳｉ基板のＶ溝の先端が斜状面となっており、
前記光ファイバーの先端は、前記第１のＳｉ基板のＶ溝先端の斜状面に当接していることを特徴とする光受信モジュール。 - 請求項１に記載の光受信モジュールにおいて、
前記受光素子がトランジスタであることを特徴とする光受信モジュール。 - 請求項１または２に記載の光受信モジュールにおいて、
前記受光素子がトランジスタおよび高周波整合回路から構成されたＩＣであることを特徴とする光受信モジュール。 - 請求項２または３に記載の光受信モジュールにおいて、
前記受光素子の配線としてコプレーナ線路が用いられていることを特徴とする光受信モジュール。 - 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光受信モジュールにおいて、
前記受光素子は受信光の波長よりも短いバンドギャップ波長を有する半導体基板上に形成されていることを特徴とする光受信モジュール。 - 請求項１〜５のいずれか１項に記載の光受信モジュールにおいて、
前記受光素子はＩｎＰ基板上に形成されていることを特徴とする光受信モジュール。 - 請求項１〜６のいずれか１項に記載の光受信モジュールにおいて、
受光素子が実装された側のＳｉ基板上に、受光素子と電気的に接続された配線が形成され、配線での受光素子と反対側の端部に電極パッドが設けられていることを特徴とする光受信モジュール。 - 光ファイバーからの受信光の光路を、Ｓｉ基板に形成されたＶ溝の先端の斜状面により上下方向に変換し、受光素子で受信光を受光する光受信モジュールの製造方法であって、
第１のＳｉ基板において先端に斜状面を有する光ファイバー挟持用のＶ溝を形成し、このＶ溝の延設方向の延長線上に受光素子を配置するための凹部を形成するとともに、凹部の内部に裏面照射型受光素子を実装するためのパッドおよび電気配線を形成し、さらに、該パッド上に裏面照射型受光素子を実装することにより第１のＳｉキャリアとする工程と、
第２のＳｉ基板に光ファイバー挟持用のＶ溝を形成するとともに、このＶ溝の先端の斜状面に光路変換用の反射膜を形成することにより第２のＳｉキャリアとする工程と、
前記第１のＳｉキャリアに形成したＶ溝先端の斜状面に光ファイバーの先端を当接させつつ前記第１のＳｉキャリアと第２のＳｉキャリアとを張り合わせて両キャリアのＶ溝で光ファイバーを挟み込んで固定する工程と、
を有することを特徴とする光受信モジュールの製造方法。
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