JPH08110427A - 単一モード光導波路型モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マスクの相対的な位置合せを正確に行うと共
に、ＬＤ、ＰＤの位置合せを短時間で正確に行うことが
できる単一モード光導波路型モジュール及びその製造方
法を提供する。 【構成】 ＬＤ４及びＰＤ５をマウントするためのベン
チ12が残るように基板１の表面をエッチングし、基板１
上のベンチ12以外の部分にバッハァ層２を形成し、バッ
ファ層２の上に導波路コア９を形成し、ベンチ12にＬＤ
４及びＰＤ５のアライメント用インデックス10を形成
し、インデックス10が形成された基板１上にクラッド層
３を形成し、ベンチ12を露出させ、クラッド層３にＬＤ
４への電流供給とＰＤ５からの電流を取り出すための電
極７を形成し、ＬＤ４及びＰＤ５を気密封止するふた６
を接着するための気密用金属膜13を形成し、電極７とふ
た６との絶縁を保つための絶縁膜14を形成することを特
徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単一モード光導波路型
モジュール及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信、特に光加入者系の普及
のためには光モジュールの小形化と低価格化が重要な課
題である。この課題の解決のためにＳｉ基板上に導波路
を形成し、チップレベルの発光素子（以下「ＬＤ」とい
う。）及び受光素子（以下「ＰＤ」という。）を表面実
装する光モジュールが検討されている（ＳｉＯ₂ ／Ｓｉ
ハイブリット光集積プラットフォームを用いたＬＤチッ
プ表面実装；１９９４年電子情報通信学会春季大会Ｃ−
２８７参照）。

【０００３】図７にＬＤ及びＰＤを表面実装した光導波
路型モジュールのプラットフォーム構造の従来例を示
す。

【０００４】この表面実装型の光導波路型モジュール
は、埋め込み型石英系導波路とテラス構造付きＳｉ基板
とを組み合わせたものであり、Ｓｉテラスには半導体素
子のヒートシンクとしての機能も期待されている。ＬＤ
及びＰＤと導波路コアとの光軸調整の方法には、光出力
をモニタしながら光軸調整を行う従来方式ではなく、高
精度にＬＤ、ＰＤの位置決めを行うパッシブアライメン
ト実装方式が報告されている（Ｓｉ基板上への光結合ユ
ニットの試作；１９９３年電子情報通信学会春季大会Ｃ
−１８６参照）。この方式は、ＬＤ、ＰＤを実装するＳ
ｉ基板に設けたマーカーを認識することにより素子を位
置決め実装するものであり、生産性向上に期待されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｓｉ基
板上に光導波路を形成する単一モード光導波路型モジュ
ールでは、各工程におけるフォトマスクの位置合せを正
確に行い、それぞれの工程で形成するＳｉベンチ、導波
路コア、ＬＤ、ＰＤ位置合せ用インデックス等の相対位
置を精度良く行う必要がある。また、従来型のマーカー
認識によるＬＤ、ＰＤ素子の位置合わせでは、短時間で
正確なマウントを行うことができなかった。

【０００６】そこで本発明の目的は、上記課題を解決
し、マスクの相対的な位置合せを正確に行うと共に、Ｌ
Ｄ、ＰＤの位置合せを短時間で正確に行うことができる
単一モード光導波路型モジュール及びその製造方法を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、基板上に単一モード光導波路を形成する単
一モード光導波路型モジュールの製造方法において、発
光素子及び受光素子をマウントするためのベンチが残る
ように基板の表面をエッチングする工程と、基板上のベ
ンチ以外の部分にバッハァ層を形成する工程と、バッフ
ァ層の上に導波路コアを形成する工程と、ベンチに発光
素子及び受光素子のアライメント用インデックスを形成
する工程と、インデックスが形成された基板上にクラッ
ド層を形成する工程と、ベンチを露出させるためクラッ
ド層に深溝エッチングを施す工程と、クラッド層に発光
素子への電流供給と受光素子からの電流を取り出すため
の電極を形成する工程と、発光素子及び受光素子を気密
封止するふたを接着するための気密用金属膜を形成する
工程と、電極とふたとの絶縁を保つための絶縁膜を形成
する工程とからなるものである。

【０００８】上記構成に加え、本発明は基板上にベンチ
を形成すると同時にマークを形成し、各工程においてこ
のマークを目印として位置合わせを行うものである。

【０００９】上記構成に加え、本発明はバッファ層上へ
のフォトリソグラフィによる導波路コア形成のための露
光と、ベンチ上へのインデックス形成のための露光とを
１枚のフォトマスクを用いて同時に行い、導波路コアと
発光素子及び受光素子用インデックスとの相対的な位置
合わせを行うものである。

【００１０】本発明は、基板上に単一モード光導波路を
形成した単一モード光導波路型モジュールにおいて、発
光素子及び受光素子をマウントするためのベンチとなる
段差が基板の表面に形成され、基板上のベンチ以外の部
分にバッファ層が形成され、バッファ層の上に導波路コ
アが形成され、ベンチに発光素子及び受光素子のアライ
メント用インデックスが形成され、インデックスが形成
された基板上にクラッド層が形成され、クラッド層にベ
ンチを露出させるための深溝が形成され、深溝内のベン
チ上に発光素子及び受光素子がマウントされ、クラッド
層に発光素子への電流供給と受光素子からの電流を取り
出すための電極が形成され、電極上に絶縁膜を介して気
密用金属膜が形成され、気密用電極上に発光素子及び受
光素子を気密封止するためのふたが接合されたものであ
る。

【００１１】上記構成に加え本発明は、ベンチの高さが
20〜30μｍであり、かつ上記基板上に形成されるバッフ
ァ層の厚さが20〜30μｍである。

【００１２】上記構成に加え本発明は、ベンチ上への発
光素子及び受光素子のマウントを行うための位置合わせ
の目印として、予めベンチ内にエッチングにより形成し
たインデックスを持つものである。

【００１３】上記構成に加え本発明は、ベンチ上に発光
素子及び受光素子用インデックスを数個配置し、かつ粗
調用と微調用の２種類の大きさのインデックスを持つも
のである。

【００１４】上記構成に加え本発明は、粗調用インデッ
クスの大きさを数百〜30μｍ角とし、微調用インデック
スの大きさを数μｍ〜10μｍ角としたものである。

【００１５】上記構成に加え本発明は、導波路コアの端
面から発光素子への戻り光の低減及び導波路コアの入射
ポートから受光素子への戻り光の低減のため、導波路コ
アの端面を斜めカットしたものである。

【００１６】上記構成に加え本発明は、発光素子への戻
り光低減のための斜めカット量を20〜25°とし、受光素
子への戻り光低減のための斜めカット量を8 °としたも
のである。

【００１７】

【作用】上記構成によれば、光導波路型モジュールを製
造するのに用いられるフォトマスクの位置合わせを正確
に行う方法として、最初の工程であるベンチ形成時に基
板内にマークを付け、このマークを目印として、それに
続く工程でのフォトマスクの位置合せを行う。また、導
波路コア形成のためのフォトリソグラフィの露光とベン
チ上への発光素子及び受光素子位置合せ用インデックス
形成のための露光とを同一のフォトマスクで同時に行う
事により、コアと発光素子及び受光素子用インデックス
との相対的な位置合せを正確に行えるようにした。さら
に、発光素子及び受光素子用インデックスとして、粗調
用と微調用の２種類のインデックスを形成し、粗調用イ
ンデックスでおおまかな位置合せを行い、微調用インデ
ックスで正確な位置合せを行う２ステップ型とすること
により調整時間が短縮される。

【００１８】すなわち、基板内に目印としてマークを付
けること、及び１つのマスクで導波路コアの形成と発光
素子、受光素子用インデックスの形成を行うことにより
本光モジュール製造工程での位置合わせを正確に行え、
また、発光素子及び受光素子用インデックスとして粗調
用と微調用の２種類のインデックスを形成することによ
り短時間で発光素子及び受光素子の正確なマウントが行
えるものである。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て詳述する。

【００２０】図２（ａ）は本発明の単一モード光導波路
型モジュールの一実施例の外観斜視図であり、図２
（ｂ）はそのＡ−Ａ線断面図、図２（ｃ）はＢ−Ｂ線断
面図である。

【００２１】光導波路型モジュールは、基板１と、基板
１上に形成されたバッファ層２と、バッファ層２上に形
成されクラッド層３及びコア９からなる石英系導波路
と、基板１上のバッファ層２以外の部分に形成されたベ
ンチ１２と、ベンチ１２上にマウントされたＬＤ４及び
ＰＤ５と、ＬＤ４及びＰＤ５を気密にする気密用ふた６
と、ＬＤ４及びＰＤ５に接続される電極７とで構成され
る。

【００２２】ＬＤ４及びＰＤ５のマウント部分はガラス
エッチングによりＳｉ基板１が露出しており、ＬＤ４の
発光時の熱放出が良好になっている。導波路端面からＬ
Ｄ４への戻り光を低減するため、導波路端面８が斜めカ
ットされている。

【００２３】図１（ａ）〜（ｉ）は本発明の単一モード
光導波路型モジュールの製造方法を示す図であり、図１
（ｊ）は図１（ｉ）の拡大断面図である。

【００２４】Ｓｉ基板１にＬＤ４及びＰＤ５をマウント
するためのＳｉベンチ１２となる段差部が残るようにＳ
ｉ基板１の周囲をエッチングする（図１（ａ）、
（ｂ））。

【００２５】Ｓｉ基板１のエッチングされた部分にバッ
ファ層２を形成する（図１（ｃ））。

【００２６】バッファ層２の上に導波路コア９を形成す
ると共に、ＬＤ、ＰＤアライメント用インデックス１０
を形成するためのマスクをＳｉベンチ１２上に形成する
（図１（ｄ））。

【００２７】Ｓｉベンチ１２にＬＤ、ＰＤアライメント
用インデックス１０を形成する（図１（ｅ））。

【００２８】導波路コア９、バッファ層２及びＳｉベン
チ１２上にクラッド層３を形成する（図１（ｆ）。

【００２９】Ｓｉベンチ１２の表面が露出するようにク
ラッド層３にガラス深溝エッチングを施す（図１
（ｇ））。

【００３０】クラッド層３上に電極７を形成する（図１
（ｈ））。

【００３１】クラッド層３上に気密用金属膜１３及び絶
縁膜１４を形成し、ふたをすることにより、単一モード
光導波路型モジュールが形成される（図１（ｉ）、
（ｊ））。

【００３２】以上の製造工程ではフォトリソグラフィに
よる露光を数回行う。そのためそれぞれのフォトマスク
の正確な位置合わせを行わないと、各工程での位置ずれ
が生じてしまい、性能の良い光モジュールが製造できな
い。

【００３３】そこで本実施例では、最初の工程であるＳ
ｉベンチ１２の形成時（図１（ｂ））にマスクの位置合
わせの目印となるマークを付けておく。

【００３４】ここでＳｉベンチ１２及びマーク１１形成
後のＳｉ基板１の上面図を図３（ａ）に示し、そのＣ−
Ｃ線断面図を図３（ｂ）に示す。このマーク１１とフォ
トマスク上に印字した目印（図示せず）とを合わせるこ
とにより、引き続き行われる工程でのフォトマスクの位
置合わせが正確、容易かつ短時間に行える。また、導波
路コアとＬＤ４、ＰＤ５との位置合わせには、後述する
インデックス方式を採用するが、このインデックスと導
波路コアとの相対位置が大きくずれているとＬＤ４、Ｐ
Ｄ５の位置もずれてしまう。そこで、ＬＤ、ＰＤ用イン
デックス形成のための露光は、導波路コア形成の露光と
同時に、つまり、同一マスクで行う。このことにより、
インデックスと導波路コアの相対位置が正確になるだけ
ではなく、フォトマスクの位置合わせが不必要となり、
工数の減少も実現できる。

【００３５】次に、ＬＤ、ＰＤの位置合わせに使用する
インデックス方式について説明する。図４は図２に示し
たＬＤの位置合わせの概略を示す図である。

【００３６】同図において、ＬＤ４（又はＰＤ５）側及
びＳｉ基板１上にインデックス１０を形成し、赤外光を
通過させて認識を行い、ＬＤ４（ＰＤ５）とインデック
ス１０の相対的なずれは、面積重心位置を測定して求め
ていた。そのため、位置決めに時間がかかる場合があ
る。

【００３７】そこで本発明者らは、粗調用と微調用の２
種類の大きさのインデックスを形成し、粗調用インデッ
クスでおおまかな位置合わせを行い、微調用インデック
スで正確な位置合わせを行う２ステップ型の位置合わせ
を行うことにより、さらに時間を短縮することができ
た。

【００３８】図５は図２に示した単一モード光導波路型
モジュールのインデックスの他の実施例を示す図であ
る。

【００３９】本モジュールでは、数百μｍ辺のチップレ
ベルのＬＤ４、ＰＤ５を使用するため、素子寸法を考
え、粗調用インデックス１０ａを数百〜30μｍ角、微調
用インデックス１０ｂを数μｍ〜10μｍ角の大きさとし
た。

【００４０】ここで最適条件についての根拠をのべる。

【００４１】図６にバッファ層２の厚さに対するＳｉ基
板１への吸収損失を理論的に求めた解析の結果を示す。
同図において横軸はバッファ層厚を示し、横軸は損失を
示している。

【００４２】同図より20μｍのバッファ層厚で吸収損失
が10^-5ｄＢ／cm程度であることが分かる。このことから
Ｓｉ基板１上に形成する石英系導波路のバッファ層２の
厚さは20μｍ以上必要なことが分かる。なお、生産性向
上のためには、短時間でバッファ層２の形成を終了する
ことが要求されるので、本光モジュールのバッファ層２
の厚さの最適値は、20〜30μｍとなる。

【００４３】以上において本実施例では、基板１内に目
印としてマークを付け、１つのマスクで導波路コアの形
成とＬＤ４、ＰＤ５アライメント用インデックス１０
（１０ａ、１０ｂ）の形成を行うことにより本光モジュ
ール製造工程での位置合わせを正確に行うことができ
る。また、ＬＤ、ＰＤ用インデックスとして粗調用と微
調用の２種類のインデックス１０ａ、１０ｂを形成する
ことでより短時間でＬＤ４及びＰＤ５の正確なマウント
を行うことができる。

【００４４】尚、本実施例では基板にＳｉを用いたがこ
れに限定されるものではない。

【００４５】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、Ｓｉ基板
内に目印としてマークを付け、一つのマスクで導波路コ
アの形成とＬＤ、ＰＤ用インデックスの形成を行うこと
により製造工程での位置合わせを正確に行うことがで
き、また、ＬＤ、ＰＤ用インデックスとして粗調用と微
調用の２種類のインデックスを形成することでより短時
間でＬＤ、ＰＤの正確なマウントを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）〜（ｉ）は本発明の単一モード光導波路
型モジュールの製造方法を示す図であり、（ｊ）は
（ｉ）の拡大断面図である。

【図２】（ａ）は本発明の単一モード光導波路型モジュ
ールの一実施例の外観斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であ
る。

【図３】（ａ）はＳｉベンチ及びマーク形成後のＳｉ基
板の上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図で
ある。

【図４】図２に示した単一モード光導波路型モジュール
のインデックスの実施例を示す図である。

【図５】図２に示した単一モード光導波路型モジュール
のインデックスの他の実施例を示す図である。

【図６】バッファ層の厚さに対するＳｉ基板への吸収損
失を理論的に求めた解析の結果を示す図である。

【図７】ＬＤ及びＰＤを表面実装した光導波路型モジュ
ールのプラットフォーム構造の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ Ｓｉ基板 ２ バッファ層 ３ クラッド層 ４ 発光素子（ＬＤ） ５ 受光素子（ＰＤ） ６ 気密用ふた（ふた） ７ 電極 ８ 導波路端面 ９ 導波路コア（コア） １０、１０ａ、１０ｂ ＬＤ、ＰＤアライメント用イン
デックス １１ フォトマスク位置合わせ用マーク（マーク） １２ Ｓｉベンチ（ベンチ） １３ 気密用金属膜 １４ 絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樋口 恵一 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 寺岡 達夫 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に単一モード光導波路を形成する
   単一モード光導波路型モジュールの製造方法において、
   発光素子及び受光素子をマウントするためのベンチが残
   るように基板の表面をエッチングする工程と、該基板上
   のベンチ以外の部分にバッファ層を形成する工程と、該
   バッファ層の上に導波路コアを形成する工程と、上記ベ
   ンチに発光素子及び受光素子のアライメント用インデッ
   クスを形成する工程と、該インデックスが形成された基
   板上にクラッド層を形成する工程と、上記ベンチを露出
   させるため上記クラッド層に深溝エッチングを施す工程
   と、上記クラッド層に上記発光素子への電流供給と上記
   受光素子からの電流を取り出すための電極を形成する工
   程と、上記発光素子及び上記受光素子を気密封止するふ
   たを接着するための気密用金属膜を形成する工程と、上
   記電極と上記ふたとの絶縁を保つための絶縁膜を形成す
   る工程とからなることを特徴とする単一モード光導波路
   型モジュールの製造方法。
2. 【請求項２】 上記基板上に上記ベンチを形成すると同
   時にマークを形成し、各工程においてこのマークを目印
   として位置合わせを行う請求項１に記載の単一モード光
   導波路型モジュールの製造方法。
3. 【請求項３】 上記バッファ層上へのフォトリソグラフ
   ィによる導波路コア形成のための露光と、上記ベンチ上
   へのインデックス形成のための露光とを１枚のフォトマ
   スクを用いて同時に行い、上記導波路コアと上記発光素
   子及び上記受光素子用インデックスとの相対的な位置合
   わせを行う請求項１又は２記載の単一モード光導波路型
   モジュールの製造方法。
4. 【請求項４】 基板上に単一モード光導波路を形成した
   単一モード光導波路型モジュールにおいて、発光素子及
   び受光素子をマウントするためのベンチとなる段差が基
   板の表面に形成され、該基板上のベンチ以外の部分にバ
   ッファ層が形成され、該バッファ層の上に導波路コアが
   形成され、上記ベンチに発光素子及び受光素子のアライ
   メント用インデックスが形成され、該インデックスが形
   成された基板上にクラッド層が形成され、該クラッド層
   に上記ベンチを露出させるための深溝が形成され、該深
   溝内の上記ベンチ上に上記発光素子及び上記受光素子が
   マウントされ、上記クラッド層に上記発光素子への電流
   供給と上記受光素子からの電流を取り出すための電極が
   形成され、該電極上に絶縁膜を介して気密用金属膜が形
   成され、該気密用電極上に上記発光素子及び上記受光素
   子を気密封止するためのふたが接合されていることを特
   徴とする単一モード光導波路型モジュール。
5. 【請求項５】 上記ベンチの高さが20〜30μｍであり、
   かつ上記基板上に形成されるバッファ層の厚さが20〜30
   μｍである請求項４に記載の単一モード光導波路型モジ
   ュール。
6. 【請求項６】 上記ベンチ上への上記発光素子及び上記
   受光素子のマウントを行うための位置合わせの目印とし
   て、予め上記ベンチ内にエッチングにより形成したイン
   デックスを持つ請求項４又は５記載の単一モード光導波
   路型モジュール。
7. 【請求項７】 上記ベンチ上に上記発光素子及び上記受
   光素子用インデックスを数個配置し、かつ粗調用と微調
   用の２種類の大きさのインデックスを持つ請求項４から
   ６のいずれか一項記載の単一モード光導波路型モジュー
   ル。
8. 【請求項８】 上記粗調用インデックスの大きさを数百
   〜30μｍ角とし、上記微調用インデックスの大きさを数
   μｍ〜10μｍ角とした請求項７記載の単一モード光導波
   路型モジュール。
9. 【請求項９】 上記導波路コアの端面から上記発光素子
   への戻り光の低減及び上記導波路コアの入射ポートから
   上記受光素子への戻り光の低減のため、上記導波路コア
   の端面を斜めカットした請求項４から８のいずれか一項
   記載の単一モード光導波路型モジュール。
10. 【請求項１０】 上記発光素子への戻り光低減のための
    斜めカット量を20〜25°とし、上記受光素子への戻り光
    低減のための斜めカット量を8 °とした請求項９に記載
    の単一モード光導波路型モジュール。