JPH07134223A - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents

光半導体装置の製造方法

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JPH07134223A JP5279967A JP27996793A JPH07134223A JP H07134223 A JPH07134223 A JP H07134223A JP 5279967 A JP5279967 A JP 5279967A JP 27996793 A JP27996793 A JP 27996793A JP H07134223 A JPH07134223 A JP H07134223A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、光半導体チップを用いる光通信用
発光装置および受光装置の製造方法、特に光半導体チッ
プの光半導体装置内への気密封止に関し、多数個の光半
導体チップの気密封止を一括して同時に行い、工程を短
縮する。 【構成】 複数の光半導体チップ2が、二次元的に前記
透明基板1上に配列してはんだ付けされた前記透明基板
1に、下面に前記絶縁性リング5に対応して二次元的に
形成された凸部12を有するキャップ10を位置合わせして
はんだ付けし、複数の光半導体チップ2を一括して気密
封止する。更に、光ファイバ14から出射された光15を、
光ファイバ14の光軸に対して垂直な方向に曲げる光反射
手段を有する光ファイバ装置16を透明基板1に接着す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体チップを用い
る光通信用発光装置および受光装置の製造方法、特に光
半導体チップの光半導体装置内への気密封止に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は従来例の説明図である。図におい
て、2は光半導体チップ、3は電極パターン、6は活性
部、7は活性部電極パターン、8ははんだバンプ、9は
レンズ、10はキャップ、14は光ファイバ、15は光、17は
引出電極、18はワイヤ、25はブロック、26はリード線、
27は絶縁物、28は窓である。
【0003】従来は、図7に示すように、リード線26、
電極パターン3等の付いたブロック25に光半導体チップ
2をボンディングした後、ブロック25に光ファイバ14か
らの光15を透過する透明な窓28付きのキャップ10を溶接
して気密封止を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような方
法では、キャップ10にチップ状の窓28を貼り合わせる必
要があり、その際、窓28の成形、メタライズ、貼り合わ
せという工程が必要となる。従って、これらの工程を光
半導体チップ2毎に1個づづ行うために手間がかかり生
産性が悪く、歩留りも低下するといった問題があった。
【0005】また、窓28の強度を大きくすることと、窓
28の熱膨張係数をキャップ10に一致させる必要があるた
め、窓27の材料にはサファイア等の高価な材料が使用さ
れ、また、キャップ10にも高価でしかも加工性の悪いコ
バール等の材料が用いられていた。
【0006】そのため、材料部品のコストが大きくなる
といった問題を生じていた。更に、従来の方法では、光
半導体チップ2のボンディングやキャップ10の気密封止
の両方を1個ずつ行っているため、量産性に限界があっ
た。
【0007】本発明は、このような問題点に鑑みて提供
されたもので、多数個の光半導体チップの気密封止を一
括して同時に行い、工程を短縮する光半導体装置の製造
方法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図、図2は本発明の第1の実施例の説明図である。図に
おいて、1は透明基板、2は光半導体チップ、3は電極
パターン、4は被膜、5は絶縁性気密リング、6は活性
部、7は活性部電極パターン、8ははんだバンプ、9は
レンズ、10はキャップ、11はキャップはんだバンプ、12
は凸部、13はチップ基板、14は光ファイバ、15は光、16
は光ファイバ装置、17は引出電極、18はワイヤである。
【0009】上記問題点を解決するために、複数個の光
半導体チップ2を一枚のウエハ状の透明基板1に本発明
の方法により二次元的に多数個搭載し、やはり一枚の基
板からなるキャップを本発明の方法によりはんだ付けし
て、光半導体チップの一括同時気密封止を行った後、キ
ャップならびに透明基板をカッティングして光半導体装
置を得る。
【0010】即ち、本発明の目的は、図1(a)に示す
ように、透明基板1上に、はんだ濡れ性のある複数の電
極パターン3と、該電極パターン3の周縁に、はんだ濡
れ性のある被膜4が被着された絶縁性気密リング5を形
成する工程と、裏面に複数のはんだバンプ8と凸状のレ
ンズ9とを有する該光半導体チップ2の該はんだバンプ
8を該電極パターン2に位置決めしてはんだ付けする工
程と、該絶縁性気密リング5に、下面にキャップはんだ
バンプ11を有するキャップ10の該キャップはんだバンプ
11をはんだ付けして該光半導体チップ2を気密封止する
工程と、図1(b)に示すように、該キャップ10を該絶
縁性気密リング5の外側で、個々の該光半導体チップ2
毎に切り離し、続いて、該透明基板1を個々の該光半導
体チップ2を含むチップ基板13に切り離す工程とを含む
ことにより、また、図2(a)に示すように、複数の前
記光半導体チップ2が、二次元的に前記透明基板1上に
配列してはんだ付けされた前記透明基板1に、図1
(a)に示すように、下面に前記絶縁性リング5に対応
して二次元的に形成された前記キャップはんだバンプ11
を有するキャップ10を位置合わせしてはんだ付けし、複
数の該光半導体チップ2を一括して気密封止することに
より、更に、図3〜図6の実施例に示すように、光ファ
イバ14から出射された光15を、前記光半導体チップ2の
レンズ9に入射するように、該光ファイバ14の光軸を曲
げる光反射手段を有する光ファイバ装置16を前記透明基
板1に接着することにより達成される。
【0011】
【作用】本発明の手段によれば、多数の光半導体チップ
が二次元的に配列された透明基板と、多数のキャップが
二次元に配列されたキャップを使用して、ウエハ単位で
一括気密封止をすることができるようになるので、従来
に比べて生産効率があがり、歩留りも向上する。
【0012】また、窓材料のメタライズ加工、ボンディ
ング、配線もウエハ単位で一括処理することができるよ
うになるので、大量生産に適している。しかも、表面実
装形態をとっているので、従来のプリント基板上へ部品
を実装するための実装装置を用いてボンディングを自動
化することが容易になる効果がある。その結果低コスト
化が実現出来る。
【0013】
【実施例】図1は本発明の原理説明図、図2〜図6は本
発明の幾つかの実施例の説明図であり、図2の斜視図を
除いて、模式断面図で示す。
【0014】図において、1は透明基板、2は光半導体
チップ、3は電極パターン、4は被膜、5は絶縁性気密
リング、6は活性部、7は活性部電極パターン、8はは
んだバンプ、9はレンズ、10はキャップ、11はキャップ
はんだバンプ、12は凸部、13はチップ基板、14は光ファ
イバ、15は光、16、16a は光ファイバ装置、17は引出電
極、18はワイヤ、19は光ファイバアレイ、20はフォトダ
イオードアレイ、21はガラス基板、22は光導波路、23は
半導体レーザチップ、24はV溝付Si基板である。
【0015】先ず、図1〜図2を用いて、本発明の第1
の実施例について説明する。図2(a)に示すように、
透明基板1として石英基板を使用し、この石英基板上に
ウエハ状態のままで多数の光半導体チップ2を実装し、
次いで1枚のウエハ状態のキャップで多数の光半導体チ
ップを気密封じするものである。
【0016】工程的には、石英基板1上にリフトオフ法
を用いて、チタン/金(Ti/Au) の電極パターン3を形成
し、続いて、プラズマCVD法を用いて、 Si3N4膜から
なる絶縁性気密リング5を形成する。
【0017】次に、モノリシックレンズ付きフリップチ
ップPINダイオードからなる光半導体チップを石英基
板1上に順次二次元的にフリップチップボンディングす
る。この、光半導体装置は、図1に断面図で示すよう
に、光半導体チップ2表面の活性部6にも活性部電極パ
ターン7を有し、チップ2の裏面に光半導体チップ2を
透明基板1にはんだ付けするための4個のはんだバンプ
と中心に基板を球面状に加工した1個のレンズ9とを有
する。
【0018】次に、活性部電極パターン7と引き出し電
極とを金のワイヤで接続する。このあと封止工程に入
る。キャップの材料には表面が(100)面のシリコン
(Si)板を用いる。このSi板を苛性カリ(KOH)の水溶
液でエッチングして、透明石英基板1の絶縁性気密リン
グ5に対応した位置にリング状の凸部12を形成する。
【0019】そして、凸部12の表面にリング状に錫(Sn)
のキャップはんだバンプ11を蒸着しパターニングして形
成する。キャップはんだバンプ11をはんだ濡れ性の良い
金属被膜(例えばAu)4に重ねて接着し、200℃に加
熱して気密封止をする。
【0020】次に、ダイシングソーを使用して先ずキャ
ップ10のみを絶縁性気密リング5の外側で切断し、その
後、石英基板1を光半導体チップ2毎に切断する。そし
て図1(b)に示すように光ファイバ14を取り付けてフ
ォトダイオードからなる光半導体チップ2が気密封止さ
れた光受信装置が出来上がる。
【0021】尚、透明基板1内での光半導体装置2の相
対位置精度が良好なので、光ファイバ14を光半導体装置
2と同じピッチで配列したものを使用すると、二次元的
に配列したフォトダイオードと二次元的に配列した光フ
ァイバ14とをウエハ単位で一括してできる光結合できる
ことはいうまでもない。
【0022】次に第2の実施例について図3により説明
する。この発明はフォトダイオードアレイ20を使用し、
先端を斜め研磨した光ファイバアレイ19を透明基板1に
貼り合わせたものである。
【0023】尚、光ファイバアレイ19の貼り合わせは透
明基板1をチップ基板13に分割してから行った。その他
の部分は第1の実施例と同様である。図3(b)は図3
(a)のA−A’ラインでカットした断面図を示す。
【0024】次に、第3の実施例は図4に示すように、
ガラス板にイオン交換法を用いてレンズ9を形成した透
明基板1と焦点距離を調整するため必要な厚さを有する
ガラス基板21とを積層して用いた例である。なお、図4
では省略しているが、第1の実施例と同様に絶縁性気密
リング5や気密封止用のキャップ10を用いて気密封止め
を行うことはいうまでもない。
【0025】次に、第4の実施例を図5に示す。本実施
例では、前記実施例の透明基板1と光ファイバ装置16と
を組み合わせた部品と同等の部品を、V溝付Si基板24の
表面にSiO2膜(1a)を貼り合わせた基板のV溝に光ファイ
バ装置16a に置き換えたものである。なお、図5では省
略しているが、第1の実施例と同様に絶縁性気密リング
5や気密封止用のキャップ10を用いて気密封止めを行う
ことはいうまでもない。
【0026】次に、図6は本発明を用いて半導体レーザ
を気密封止する例を示すものである。先ず、ガラス板に
イオン交換法でレンズ9を形成した透明基板1の表面
に、TiとAuを真空蒸着して半導体レーザチップ23をボン
ディングし、更に配線を行うための電極パターン3を形
成し、その後絶縁性気密リング5と被膜4を形成する。
【0027】次に屈折率が異なるポリイミド膜を3層ス
ピンコートし、フォトリソグラフィーとドライエッチン
グを用いて斜めミラー付の光導波路22を形成する。次に
半導体レーザチップ23をボンディングし、キャップ10で
気密封止する。
【0028】半導体レーザチップ23の場合はボンディン
グだけで電気的接合を行うことができるので、これまで
の例のようにワイヤボンディングを行う必要はない。
【0029】
【発明の効果】本発明では、先ずウエハ状の透明基板に
多数の光半導体チップを実装した後、やはりウエハ状の
キャップをそのまま気密封止に用いるため、一括封止が
簡単に行われ、大量生産が可能となる。また、キャップ
にSiウエハ使用し、キャップ下面の突起形成をエッチン
グで、やはりウエハ単位で行うため、キャップコストが
低減される。 この結果、光半導体装置のコストが著し
く低減される。
【0030】また、実施例2〜4のように、光ファイバ
が基板と平行にセットされるため、光半導体装置辞退が
薄型になる効果、図5 の方法では光の反射位置が固定さ
れるため、電極パターンを所望の位置に形成すると、チ
ップ2をボンディングするだけで、無調整で光結合が行
われる。また、図6の方法では導波路と電極パターンを
リソグラフィで形成するので、レンズと導波路と電極パ
ターンの位置精度が高くなり、無調整で光結合が行われ
る等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の第1の実施例の説明図
【図3】 本発明の第2の実施例の説明図
【図4】 本発明の第3の実施例の説明図
【図5】 本発明の第4の実施例の説明図
【図6】 本発明の第5の実施例の説明図
【図7】 従来例の説明図
【符号の説明】
1 透明基板 1a SiO2膜 2 光半導体チップ 3 電極パターン 4 被膜 5 絶縁性気密リング 6 活性部 7 活性部電極パターン 8 はんだバンプ 9 レンズ 10 キャップ 11 キャップはんだバンプ 12 凸部 13 チップ基板 14 光ファイバ 15 光 16、16a 光ファイバ装置 17 引出電極 18 ワイヤ 19 光ファイバアレイ 20 フォトダイオードアレイ 21 ガラス基板 22 光導波路 23 半導体レーザチップ 24 V溝付Si基板

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明基板(1) 上に、はんだ濡れ性のある
    複数の電極パターン(3) と、該電極パターン(3) の周縁
    に、はんだ濡れ性のある被膜(4) が被着された絶縁性気
    密リング(5) を形成する工程と、 裏面に複数のはんだバンプ(8) と凸状のレンズ(9) とを
    有する該光半導体チップ(2) の該はんだバンプ(8) を該
    電極パターン(2) に位置決めしてはんだ付けする工程
    と、 該絶縁性気密リング(5) に、下面にキャップはんだバン
    プ(11)を有するキャップ(10)の該キャップはんだバンプ
    (11)をはんだ付けして該光半導体チップ(2) を気密封止
    する工程と、 該キャップ(12)を該絶縁性気密リング(5) の外側で、個
    々の該光半導体チップ(2) 毎に切り離し、続いて、該透
    明基板(1) を個々の該光半導体チップ(2) 含むチップ基
    板(13)に切り離す工程とを含むことを特徴とする光半導
    体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 複数の前記光半導体チップ(2) が、二次
    元的に前記透明基板(1) 上に配列してはんだ付けされた
    前記透明基板(1) に、下面に前記絶縁性リング(5) に対
    応して二次元的に形成された前記キャップはんだバンプ
    (11)を有するキャップ(10)を位置合わせしてはんだ付け
    し、複数の該光半導体チップ(2) を一括して気密封止す
    ることを特徴とする請求項1記載の光半導体装置の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 光ファイバ(14)から出射された光(15)
    を、前記光半導体チップ(2) のレンズ(9) に入射するよ
    うに、該光ファイバ(14)の光軸を曲げる光反射手段を有
    する光ファイバ装置(16)を前記透明基板(1) に接着する
    ことを特徴とする請求項1、または請求項2記載の光半
    導体装置の製造方法。
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