JPH05167060A - 光結合回路 - Google Patents
光結合回路Info
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- JPH05167060A JPH05167060A JP32791591A JP32791591A JPH05167060A JP H05167060 A JPH05167060 A JP H05167060A JP 32791591 A JP32791591 A JP 32791591A JP 32791591 A JP32791591 A JP 32791591A JP H05167060 A JPH05167060 A JP H05167060A
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Landscapes
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 基板上に形成された光導波路と半導体光素子
とを簡易に高効率結合させる光結合回路、並びに高効率
結合を保持した高信頼性を有する半導体光素子の基板上
への固定方法を提供する。 【構成】 基板上に光導波路及び半導体光素子が集積さ
れかつ両者が光学的に結合した光回路において、半導体
光源４の基板１への固定面側には基板と同じ材料である
Ｓｉからなる薄板８が固着されている一体化光源９が基
板１に形成された凹部１０にはめ込まれている。
とを簡易に高効率結合させる光結合回路、並びに高効率
結合を保持した高信頼性を有する半導体光素子の基板上
への固定方法を提供する。 【構成】 基板上に光導波路及び半導体光素子が集積さ
れかつ両者が光学的に結合した光回路において、半導体
光源４の基板１への固定面側には基板と同じ材料である
Ｓｉからなる薄板８が固着されている一体化光源９が基
板１に形成された凹部１０にはめ込まれている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体光デバイスと光導
波路が同一基板上に搭載された光結合回路に関する。
波路が同一基板上に搭載された光結合回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信システムの大容量化が進むと同時
に、多機能の高度なシステムが求められている一方で、
光ファイバネットワークの小型化，低コスト化，高集積
化，高機能化の要求が強い。その中で光送信器，光受信
器等の光デバイスの小型化，高集積化，低コスト化は必
須である。現在実用に供されている光送信器及び光受信
器は半導体光源または半導体光検出器と光ファイバとの
間にレンズを設置し空間的に光学接続する構造が用いら
れている。このレンズを用いて空間的に光学接続する構
造はマイクロオプティックスと呼ばれている。マイクロ
オプティックス構造ではレンズの形状、半導体光源及び
半導体光検出器のパッケージの形状等に制限されて小型
化することは困難である。また、空間を伝搬する光を効
率よく光ファイバや光検出器に結合させるためには、精
度の良い光軸調整が要求され、その作業に多大な工数が
必要とされるためコストが下がらないのが現状である。
同一機能または異種機能の高集積化には全く不適である
のは言うまでもない。
に、多機能の高度なシステムが求められている一方で、
光ファイバネットワークの小型化，低コスト化，高集積
化，高機能化の要求が強い。その中で光送信器，光受信
器等の光デバイスの小型化，高集積化，低コスト化は必
須である。現在実用に供されている光送信器及び光受信
器は半導体光源または半導体光検出器と光ファイバとの
間にレンズを設置し空間的に光学接続する構造が用いら
れている。このレンズを用いて空間的に光学接続する構
造はマイクロオプティックスと呼ばれている。マイクロ
オプティックス構造ではレンズの形状、半導体光源及び
半導体光検出器のパッケージの形状等に制限されて小型
化することは困難である。また、空間を伝搬する光を効
率よく光ファイバや光検出器に結合させるためには、精
度の良い光軸調整が要求され、その作業に多大な工数が
必要とされるためコストが下がらないのが現状である。
同一機能または異種機能の高集積化には全く不適である
のは言うまでもない。
【０００３】最近、双方向の通信システムの必要が高ま
り、また家庭にまでこのシステムを導入することが望ま
れている。このとき双方向通信を可能にさせる光デバイ
スとして光の送信器と受信器が必要となるが、これを個
別に構成していたのでは光送受信装置が大型化し、シス
テム普及の妨げになる。従って、２つの機能を一体化し
た光デバイス（光送受信器）が望まれるがマイクロオプ
ティックス構造では前述した理由から困難である。
り、また家庭にまでこのシステムを導入することが望ま
れている。このとき双方向通信を可能にさせる光デバイ
スとして光の送信器と受信器が必要となるが、これを個
別に構成していたのでは光送受信装置が大型化し、シス
テム普及の妨げになる。従って、２つの機能を一体化し
た光デバイス（光送受信器）が望まれるがマイクロオプ
ティックス構造では前述した理由から困難である。
【０００４】この様な背景から小型化，高集積化，低コ
スト化を目指す構造として光導波路を用いたものが、ヘ
ンリーらの文献「アイトリプルイ ライドウエイブテク
ノロジィ １５３０〜１５３９頁（１９８９年）」等に
よれば、検討されている。図４に従来の構造の光結合回
路の平面図を示す。図４の光結合回路では基板１上に合
分岐機能を含む光導波路２が形成され、この光導波路２
と光ファイバ３、半導体光源４及び信号検出用の半導体
光検出器５ａがそれぞれ同一の基板１上で直接光学結合
されている。図４では半導体光源４の光出力モニター用
の半導体光検出器５ｂも同一の基板１上に集積され、光
導波路２と光学的に接続されているが、この半導体光源
４の光出力モニター用の半導体光検出器５ｂは無くて
も、双方向光通信用送受信器の機能としては何等問題は
無い。また、半導体光検出器５ａ，５ｂの受信回路用電
子デバイス６が同一の基板１上に集積されているが、こ
の電子デバイスは同一の基板１上に有ってもなくても双
方向光通信用送受信器の機能としては何等問題無い。図
４に示した光導波路２を用いて光送受信器を構成すれ
ば、小型化はもちろんのこと、光導波路自体はリソグラ
フィプロセスを用いて一括に多量生産されるために低コ
スト化が可能となる。
スト化を目指す構造として光導波路を用いたものが、ヘ
ンリーらの文献「アイトリプルイ ライドウエイブテク
ノロジィ １５３０〜１５３９頁（１９８９年）」等に
よれば、検討されている。図４に従来の構造の光結合回
路の平面図を示す。図４の光結合回路では基板１上に合
分岐機能を含む光導波路２が形成され、この光導波路２
と光ファイバ３、半導体光源４及び信号検出用の半導体
光検出器５ａがそれぞれ同一の基板１上で直接光学結合
されている。図４では半導体光源４の光出力モニター用
の半導体光検出器５ｂも同一の基板１上に集積され、光
導波路２と光学的に接続されているが、この半導体光源
４の光出力モニター用の半導体光検出器５ｂは無くて
も、双方向光通信用送受信器の機能としては何等問題は
無い。また、半導体光検出器５ａ，５ｂの受信回路用電
子デバイス６が同一の基板１上に集積されているが、こ
の電子デバイスは同一の基板１上に有ってもなくても双
方向光通信用送受信器の機能としては何等問題無い。図
４に示した光導波路２を用いて光送受信器を構成すれ
ば、小型化はもちろんのこと、光導波路自体はリソグラ
フィプロセスを用いて一括に多量生産されるために低コ
スト化が可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この基板上に搭載され
た半導体光素子と基板上に形成された光導波路が基板上
で光学的に結合し、かつ半導体光素子が基板上に固定さ
れた光結合回路では、光導波路と半導体光素子とを光学
的に高効率結合するためには、光導波路と半導体光素子
の光軸を３次元方向で１μｍ前後の精度で合わせる必要
があるが、そのためには精度の良い光軸調整が要求さ
れ、その作業に多大な工数が必要とされるためコストが
下がらないのが現状である。
た半導体光素子と基板上に形成された光導波路が基板上
で光学的に結合し、かつ半導体光素子が基板上に固定さ
れた光結合回路では、光導波路と半導体光素子とを光学
的に高効率結合するためには、光導波路と半導体光素子
の光軸を３次元方向で１μｍ前後の精度で合わせる必要
があるが、そのためには精度の良い光軸調整が要求さ
れ、その作業に多大な工数が必要とされるためコストが
下がらないのが現状である。
【０００６】すなわち、基板上に搭載された半導体光素
子と基板上に形成された光導波路とを基板上で簡易に光
学的に高効率結合させる光結合回路構造は得られておら
ず、当然のことながら長期に渡り光軸ずれを発生させず
に高効率結合を維持できる半導体光素子の固定方法は得
られていない。
子と基板上に形成された光導波路とを基板上で簡易に光
学的に高効率結合させる光結合回路構造は得られておら
ず、当然のことながら長期に渡り光軸ずれを発生させず
に高効率結合を維持できる半導体光素子の固定方法は得
られていない。
【０００７】本発明の目的は、基板上に搭載された半導
体光素子と基板上に形成された光導波路を簡易に光学的
に高効率結合させる光結合回路、並びに長期間に渡り高
効率結合を保持した高信頼性を有する半導体光素子の基
板上への固定方法を提供することにある。
体光素子と基板上に形成された光導波路を簡易に光学的
に高効率結合させる光結合回路、並びに長期間に渡り高
効率結合を保持した高信頼性を有する半導体光素子の基
板上への固定方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体光素子
と基板上に形成された光導波路が前記基板上で光学的に
結合し、かつ前記半導体光素子が前記基板上に固定され
た光回路において、前記半導体光素子の前記基板上との
固定面に薄板が固着され、前記基板に形成された凹部に
前記薄板が固着された前記半導体光素子がはめ込まれ、
固定された構造を有することを特徴とする。
と基板上に形成された光導波路が前記基板上で光学的に
結合し、かつ前記半導体光素子が前記基板上に固定され
た光回路において、前記半導体光素子の前記基板上との
固定面に薄板が固着され、前記基板に形成された凹部に
前記薄板が固着された前記半導体光素子がはめ込まれ、
固定された構造を有することを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明による基板上に形成された光導波路と同
一基板上に搭載された半導体光素子とを光学的に結合さ
せた光結合回路と固定方法を用いれば、簡易に光導波路
と半導体光素子と高効率結合を得られ、かつ長期間に渡
り高効率結合を保持した高信頼性を有する光導波路と半
導体光素子の結合が得られる。即ち、本発明では光導波
路と半導体光素子との光軸が一致するように半導体光素
子の固着面に薄板を有し、基板に形成された凹部に前記
薄板がはめ込むだけで高効率な結合が得られ、かつ半導
体光素子の固着に長期に渡り光軸ずれを発生しない固着
剤を用いることができるためである。
一基板上に搭載された半導体光素子とを光学的に結合さ
せた光結合回路と固定方法を用いれば、簡易に光導波路
と半導体光素子と高効率結合を得られ、かつ長期間に渡
り高効率結合を保持した高信頼性を有する光導波路と半
導体光素子の結合が得られる。即ち、本発明では光導波
路と半導体光素子との光軸が一致するように半導体光素
子の固着面に薄板を有し、基板に形成された凹部に前記
薄板がはめ込むだけで高効率な結合が得られ、かつ半導
体光素子の固着に長期に渡り光軸ずれを発生しない固着
剤を用いることができるためである。
【００１０】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。
る。
【００１１】図１は本発明の一実施例に係わる光結合回
路の構造を示す斜視図である。図１において、基板１に
はＳｉを用い、半導体光源４は石英系材料からなる光導
波路２に光学的に接続されており、また、光導波路２，
半導体光源４等の半導体光素子は基板１の上に集積され
ている。本実施例では半導体光源４の基板１への固定面
側には基板と同じ材料であるＳｉからなる薄板８が固着
されている（今後、薄板８が固着されている半導体光源
を一体化光源９と呼ぶ）。この薄板８は半導体光素子が
光源である場合、ヒートシンクとしても作用する。基板
１には薄板８とほぼ同一形状の凹部１０が形成されてお
り、凹部１０の深さは光導波路２と一体化光源９の高さ
（Ｚ軸）方向の光軸が一致するように形成される。図１
では一体化光源９が凹部１０にはめ込まれている。Ｘ軸
に関しては凹部１０の光導波路２側の側面１１に合わせ
るだけで光軸が一致するように凹部１０が形成されてい
る。従って、一体化光源９を凹部１０にはめ込み、Ｙ軸
のみの調整だけで高信頼性を保持した高効率な結合が得
られる。このとき、一体化光源９の固定するための固定
剤にはマイクロオプティックスの分野で長期に渡り光軸
ずれを発生させない実績のあるＡｕＳｎ等のハンダ、ま
たは各種の接着剤を用い、その厚さはＺ軸の光軸が一致
するように形成される。
路の構造を示す斜視図である。図１において、基板１に
はＳｉを用い、半導体光源４は石英系材料からなる光導
波路２に光学的に接続されており、また、光導波路２，
半導体光源４等の半導体光素子は基板１の上に集積され
ている。本実施例では半導体光源４の基板１への固定面
側には基板と同じ材料であるＳｉからなる薄板８が固着
されている（今後、薄板８が固着されている半導体光源
を一体化光源９と呼ぶ）。この薄板８は半導体光素子が
光源である場合、ヒートシンクとしても作用する。基板
１には薄板８とほぼ同一形状の凹部１０が形成されてお
り、凹部１０の深さは光導波路２と一体化光源９の高さ
（Ｚ軸）方向の光軸が一致するように形成される。図１
では一体化光源９が凹部１０にはめ込まれている。Ｘ軸
に関しては凹部１０の光導波路２側の側面１１に合わせ
るだけで光軸が一致するように凹部１０が形成されてい
る。従って、一体化光源９を凹部１０にはめ込み、Ｙ軸
のみの調整だけで高信頼性を保持した高効率な結合が得
られる。このとき、一体化光源９の固定するための固定
剤にはマイクロオプティックスの分野で長期に渡り光軸
ずれを発生させない実績のあるＡｕＳｎ等のハンダ、ま
たは各種の接着剤を用い、その厚さはＺ軸の光軸が一致
するように形成される。
【００１２】この構造により基板上に搭載された半導体
光素子と基板上に形成された光導波路を簡易に光学的に
高効率結合させることができるのと同時に、長期間に渡
り高効率結合を保持した高信頼性を有する半導体光素子
の基板上への固定が得られる。
光素子と基板上に形成された光導波路を簡易に光学的に
高効率結合させることができるのと同時に、長期間に渡
り高効率結合を保持した高信頼性を有する半導体光素子
の基板上への固定が得られる。
【００１３】この凹部１０はリソグラフィ法とＲＩＥ
（リアクティブイオンエッチング）法、イオンビームエ
ッチング法、ＲＩＢＥ（リアクティブイオンビームエッ
チング）法などのドライエッチング法、または化学薬品
を用いるウエットエッチング法等のエッチング法を用い
ることにより、所望の形状，寸法に形成する。また、薄
板８は光半導体素子４と薄板８の材料であるＳｉ基板を
ＡｕＳｎ等の半田材料で張り合わせた後、Ｓｉ基板全面
をＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）法、イオン
ビームエッチング法、ＲＩＢＥ（リアクティブイオンビ
ームエッチング）法などのドライエッチング法、または
化学薬品を用いるウエットエッチング法等のエッチング
法を用いることにより、所望の厚さに形成する。この
時、光半導体素子４とＳｉ基板はウェハー状態同士で張
り合わせれば大量生産ができ、低コスト化が得られる。
（リアクティブイオンエッチング）法、イオンビームエ
ッチング法、ＲＩＢＥ（リアクティブイオンビームエッ
チング）法などのドライエッチング法、または化学薬品
を用いるウエットエッチング法等のエッチング法を用い
ることにより、所望の形状，寸法に形成する。また、薄
板８は光半導体素子４と薄板８の材料であるＳｉ基板を
ＡｕＳｎ等の半田材料で張り合わせた後、Ｓｉ基板全面
をＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）法、イオン
ビームエッチング法、ＲＩＢＥ（リアクティブイオンビ
ームエッチング）法などのドライエッチング法、または
化学薬品を用いるウエットエッチング法等のエッチング
法を用いることにより、所望の厚さに形成する。この
時、光半導体素子４とＳｉ基板はウェハー状態同士で張
り合わせれば大量生産ができ、低コスト化が得られる。
【００１４】図２は本発明の一実施例に係わる光結合回
路の構造を示す斜視図である。
路の構造を示す斜視図である。
【００１５】本発明ではＹ軸方向に薄板８に軸合わせ用
凹部１２が、また凹部１０に軸合わせ用凸部１３がそれ
ぞれ形成されており、軸合わせ用凹部１２と軸合わせ用
凸部１３は噛み合うようになっている。従って、一体化
光源９を凹部１０にはめ込むだけで高信頼性を保持した
高効率な結合が得られる。このとき、一体化光源９の固
定剤には図１で用いたのと同様にＡｕＳｎ等のハンダ、
または各種の接着剤を用い、その厚さはＺ軸の光軸が一
致するように形成される。軸合わせ用凹部１２と軸合わ
せ用凸部１３の凹凸が逆であっても全く同一の効果が得
られるのは明らかである。このとき、軸合わせ用凹部１
２は半導体光源４の光軸にあわせて形成され、軸合わせ
用凸部１３は光導波路２の光軸に合わせて形成される。
軸合わせ用凹部１２と軸合わせ用凸部１３の形状はＶ
型，矩形等何でもよい。また、Ｘ，Ｙ軸の両方に形成し
てもよい。軸合わせ用凹部１２と軸合わせ用凸部１３は
ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）法、イオンビ
ームエッチング法、ＲＩＢＥ（リアクティブイオンビー
ムエッチング）法などのドライエッチング法、または化
学薬品を用いるウエットエッチング法等のエッチング法
を用いることにより、所望の形状，寸法に形成する。
凹部１２が、また凹部１０に軸合わせ用凸部１３がそれ
ぞれ形成されており、軸合わせ用凹部１２と軸合わせ用
凸部１３は噛み合うようになっている。従って、一体化
光源９を凹部１０にはめ込むだけで高信頼性を保持した
高効率な結合が得られる。このとき、一体化光源９の固
定剤には図１で用いたのと同様にＡｕＳｎ等のハンダ、
または各種の接着剤を用い、その厚さはＺ軸の光軸が一
致するように形成される。軸合わせ用凹部１２と軸合わ
せ用凸部１３の凹凸が逆であっても全く同一の効果が得
られるのは明らかである。このとき、軸合わせ用凹部１
２は半導体光源４の光軸にあわせて形成され、軸合わせ
用凸部１３は光導波路２の光軸に合わせて形成される。
軸合わせ用凹部１２と軸合わせ用凸部１３の形状はＶ
型，矩形等何でもよい。また、Ｘ，Ｙ軸の両方に形成し
てもよい。軸合わせ用凹部１２と軸合わせ用凸部１３は
ＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）法、イオンビ
ームエッチング法、ＲＩＢＥ（リアクティブイオンビー
ムエッチング）法などのドライエッチング法、または化
学薬品を用いるウエットエッチング法等のエッチング法
を用いることにより、所望の形状，寸法に形成する。
【００１６】図３は本発明の一実施例に係わる光結合回
路の構造を示す斜視図である。作用は図２と同一であ
る。図３では軸合わせ用凹部１２の深さが軸合わせ用凸
部１３の高さより浅く、また凹部１０に半田流出用溝１
４が設けられている。従って、一体化光源９の固定に用
いるＡｕＳｎ等のハンダ等を一体化光源９と基板１のギ
ャップに形成する際に、半田の量並びに厚さは図１，図
２の構造と異なり、適宜でよい。即ち、余分な半田は半
田流出用溝１４から流れ出すからである。従って、大量
生産が可能となり更なる低コスト化が得られる。
路の構造を示す斜視図である。作用は図２と同一であ
る。図３では軸合わせ用凹部１２の深さが軸合わせ用凸
部１３の高さより浅く、また凹部１０に半田流出用溝１
４が設けられている。従って、一体化光源９の固定に用
いるＡｕＳｎ等のハンダ等を一体化光源９と基板１のギ
ャップに形成する際に、半田の量並びに厚さは図１，図
２の構造と異なり、適宜でよい。即ち、余分な半田は半
田流出用溝１４から流れ出すからである。従って、大量
生産が可能となり更なる低コスト化が得られる。
【００１７】
【発明の効果】本発明による光導波路、半導体光源、半
導体検出器を同一基板上に集積した光結合回路およびそ
の固定方法を用いれば、簡易に光導波路と半導体光素子
と高効率結合を得られ、かつ長期に渡り光軸ずれを発生
させずに高効率結合を維持できる高信頼性を有する光導
波路と半導体光素子の結合が得られ、光軸調整工数の大
幅短縮、生産性の向上が得られる。
導体検出器を同一基板上に集積した光結合回路およびそ
の固定方法を用いれば、簡易に光導波路と半導体光素子
と高効率結合を得られ、かつ長期に渡り光軸ずれを発生
させずに高効率結合を維持できる高信頼性を有する光導
波路と半導体光素子の結合が得られ、光軸調整工数の大
幅短縮、生産性の向上が得られる。
【図１】本発明の第１の実施例の光結合回路の構造を示
した斜視図である。
した斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施例の光結合回路の構造を示
した斜視図である。
した斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施例の光結合回路の構造を示
した斜視図である。
した斜視図である。
【図４】従来の光結合回路の構造を示した平面図であ
る。
る。
１ 基板 ２ 光導波路 ２ａ，２ｂ 光源側光導波路 ３ 光ファイバ ４ 半導体光源 ５ 半導体検出器 ５ａ，５ｂ モニター用光検出器 ６ 電子デバイス ７ 光パワー分岐または光波長分波機能光結合回路 ８ 薄板 ９ 一体化光源 １０ 凹部 １１ 光導波路側の側面 １２ 軸合わせ用凹部 １３ 軸合わせ用凸部 １４ 半田流出用溝
Claims (1)
- 【請求項１】半導体光素子と基板上に形成された光導波
路が前記基板上で光学的に結合し、かつ前記半導体光素
子が前記基板上に固定された光回路において、前記半導
体光素子の前記基板上との固定面に薄板が固着され、前
記基板に形成された凹部に前記薄板が固着された前記半
導体光素子がはめ込まれ、固定された構造を有すること
を特徴とする光結合回路。
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