JPH11109188A - 半導体素子と光ファイバの搭載基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザダイオードとこれに光結合する光ファイ
バとを搭載するシリコン基板に熱変形が生じても、レー
ザダイオードと光ファイバの光結合を安定に行えるシリ
コン基板、及びこれらのシリコン基板を使用した信頼性
の高い光モジュールを提供する。 【解決手段】第一の溝３を挟んでレーザダイオード８が
搭載される位置と反対側の離れた位置に形成する熱変形
吸収溝４である。第一の光ファイバ端面突き当て溝３と
第二の熱変形吸収溝４は、溝幅及び溝深さが異なってお
り、第二の熱変形吸収溝４の方が溝幅及び溝深さともに
大きく形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光通信用モ
ジュールに用いられ、半導体素子とこれに光結合する光
ファイバとを同一基板部材に搭載する半導体素子と光フ
ァイバの搭載基板の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の半導体素子と光ファイバ
の搭載基板に係わる技術として、例えば特開平5−16494
7号公報（以下、引用例１）と、例えば特開平9−61674
号公報（以下、引用例２）がある。

【０００３】引用例１としては、光素子と光ファイバを
搭載するファイバ支持基板をシリコン基板で形成してお
り、異方性エッチングで設けたＶ字型溝に光ファイバを
固定している。光ファイバの端面は、Ｖ字型溝の先端と
直角をなす第一の切り込みからなるファイバ端面突き当
て用溝で位置合せしている。ＬＤは第一の切り込みと平
行の第二の切り込み及びこの第二の切り込みと直角をな
す第三の切り込みを位置決め用の目印として接合してい
る。ＬＤと光ファイバの間にはファイバ支持部材上に一
体に形成したレンズが設置してある。

【０００４】引用例２としては、引用例１と同様に、光
素子と光ファイバを搭載する部材をシリコン基板で形成
しており、異方性エッチングで設けたＶ溝に光ファイバ
を固定している。光ファイバの端面は、このＶ溝と直角
に交わるように形成した矩形溝により位置決めしてい
る。また、この矩形溝を挟んで光素子が搭載される位置
と反対側の位置に、光ファイバとシリコン基板とを覆う
ように塗布する充填剤の余分な充填剤が光ファイバ端面
に回り込まないように充填剤トラップ溝が形成してあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記２
つの引用例には、以下の問題点が存在する。

【０００６】すなわち、上記２つの引用例は、光素子と
光ファイバを搭載する基板部材をシリコン基板で形成
し、このシリコン基板上に光ファイバを固定するＶ溝
と、このＶ溝と直角あるいは直角に交わる別の溝を設け
ている。つまり、引用例１では光ファイバの端面突き当
て用の溝とＬＤ位置決め用の切り込み溝が、引用例２で
は光ファイバの端面の位置決め矩形溝と充填剤トラップ
溝が、それぞれ設けられている。しかも、これらの溝は
光素子と光ファイバ端面との間及びその近傍位置に集中
して形成されている。

【０００７】このように構成されたシリコン基板を、例
えば光モジュールを組み立てる際に収納するケース内に
パッケージングした場合、シリコン基板を接合する時の
加熱によるシリコン基板の熱変形、あるいは光モジュー
ル完成後の温度変化によるシリコン基板の熱変形によ
り、光素子と光ファイバ間で位置ずれが生じることがあ
る。

【０００８】すなわち、図７に示した図で説明すると、
Ｖ溝２と直角に交わる溝３を一本設けたシリコン基板１
上に光素子８，９と光ファイバ１０を搭載し、このシリ
コン基板１をシリコン基板接合部材１３に接合した構造
の断面図によれば、シリコン基板１とシリコン基板接合
部材１３との熱膨張率が違う場合、接合時の加熱・冷却
により、例えば図７に示したように上に凸状態に変形す
る。

【０００９】このとき、Ｖ溝２と直角に交わる溝３の部
分が変形の特異点となり溝３部分で大きな変形を受ける
ことになる。よって、溝３を挟んで光結合を行っている
光素子８，９と光ファイバ１０間で位置ずれが生じてし
まうことになる。上記２つの引用例の場合は、Ｖ溝と直
角あるいは直角に交わる別の溝が少なくとも二本あり、
しかも光素子と光ファイバ端面との間及びその近傍位置
に集中して形成されている。

【００１０】このため、ケース内へのシリコン基板接合
時及び光モジュール完成後の温度変化により、シリコン
基板の熱変形に伴う光素子と光ファイバ間での位置ずれ
はさらに大きくなる。

【００１１】これらのように、ケース内へパッケージン
グした場合及びパッケージングした光モジュールに温度
変化が生じた場合、などによるシリコン基板の熱変形に
伴い、光素子と光ファイバ間で位置ずれが生じる問題が
あった。

【００１２】本発明の目的は、同一基板上に搭載する半
導体素子と光ファイバとの光結合を安定に行う半導体素
子と光ファイバの搭載基板及び、これらの搭載基板を使
用した信頼性の高い光モジュールを提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】光モジュールは光通信の
光源に用いられ半導体素子と光ファイバを光学的に結合
させるものである。光モジュールを低コスト化するに
は、モジュールの部品や製造コストを低減する必要があ
る。シリコン基板上にＶ溝を形成し、半導体素子と光フ
ァイバが光結合を行うようにハイブリッド実装する構造
の提案，開発が活発化し、モジュールの低コスト化検討
が進められている。しかし、シリコン基板上に搭載した
半導体素子と光ファイバの光結合を安定に行い、かつ温
度変化が生じても光結合が変化しないシリコン基板構造
に問題があった。

【００１４】本発明は、同一シリコン基板上に搭載する
半導体素子と光ファイバとの光結合を安定に行う半導体
素子と光ファイバの搭載基板構造を提案し、これらの搭
載基板を使用して信頼性の高い光モジュールを得る構造
としたものである。

【００１５】すなわち、上記目的を達成するために、本
発明によれば、半導体素子と、この半導体素子と光学的
に結合され光伝送を行うための光ファイバと、前記半導
体素子と光ファイバとを同一基板上に搭載する光ファイ
バ搭載用のＶ溝を備えた基板部材において、前記基板部
材の上面には、前記光ファイバ搭載用のＶ溝と直角に交
差し、かつ前記光ファイバ搭載用Ｖ溝の両側に位置する
前記基板部材の両側面に達する少なくとも二本の溝を有
し、この少なくとも二本の溝のうちの一本の溝が他方の
溝よりも溝深さが基板部材の厚さの半分よりも大きいこ
とを特徴とする半導体素子と光ファイバの搭載基板が提
供される。

【００１６】また、上記目的を達成するために、本発明
によれば、半導体素子と、この半導体素子と光学的に結
合され光伝送を行うための光ファイバと、前記半導体素
子と光ファイバとを同一基板上に搭載する光ファイバ搭
載用のＶ溝を備えた基板部材において、前記基板部材の
上面には、前記光ファイバ搭載用のＶ溝と直角に交差す
る少なくとも二本の溝を有し、この少なくとも二本の溝
のうちの一本の溝は前記光ファイバ搭載用Ｖ溝の両側に
位置する前記基板部材の両側面に達する溝で、かつ他方
の溝よりも溝深さが基板部材の厚さの半分よりも大きい
ことを特徴とする半導体素子と光ファイバの搭載基板が
提供される。

【００１７】本発明の半導体素子収納パッケージ及び半
導体レーザモジュールは、次のいずれかを特徴とする。

【００１８】半導体素子と、この半導体素子と光学的に
結合され光伝送を行うための光ファイバと、前記半導体
素子と光ファイバとを同一基板上に搭載する光ファイバ
搭載用のＶ溝を備えた基板部材において、前記基板部材
の上面には、前記光ファイバ搭載用のＶ溝と直角に交差
し、かつ前記光ファイバ搭載用Ｖ溝の両側に位置する前
記基板部材の両側面に達する少なくとも二本の溝を有
し、この少なくとも二本の溝のうちの一本の溝が他方の
溝よりも溝深さが基板部材の厚さの半分よりも大きいこ
と。

【００１９】半導体素子と、この半導体素子と光学的に
結合され光伝送を行うための光ファイバと、前記半導体
素子と光ファイバとを同一基板上に搭載する光ファイバ
搭載用のＶ溝を備えた基板部材において、前記基板部材
の上面には、前記光ファイバ搭載用のＶ溝と直角に交差
する少なくとも二本の溝を有し、この少なくとも二本の
溝のうちの一本の溝は前記光ファイバ搭載用Ｖ溝の両側
に位置する前記基板部材の両側面に達する溝で、かつ他
方の溝よりも溝深さが基板部材の厚さの半分よりも大き
いこと。

【００２０】前記基板部材に設けた少なくとも二本の溝
のうちの一本の溝は、前記基板部材に搭載される半導体
素子から離れた位置に、基板部材の長手方向の中心線を
挟んで前記半導体素子と反対側に形成されていること。

【００２１】前記基板部材に設けた少なくとも二本の溝
のうちの一本の溝を挟んで、前記半導体素子が搭載され
る位置と反対側の位置には、前記光ファイバが前記光フ
ァイバ搭載用Ｖ溝に接着剤で充填されないこと。

【００２２】前記記載の半導体素子と光ファイバの搭載
基板を使用してパッケージング構成したこと。

【００２３】以上のように構成した本発明においては、
半導体素子とこれに光結合する光ファイバとを搭載する
基板部材に、光ファイバ搭載用のＶ溝を形成し、そのＶ
溝に直角に交差する少なくとも二本の溝のうちの一本の
溝を半導体素子から離れた位置に備え付けた構造とし
た。

【００２４】これにより、光ファイバ搭載用Ｖ溝と直角
に交わる光ファイバの端面突き当て用の溝やＬＤ位置決
め用溝、及び充填剤トラップ溝がそれぞれ設けられ、か
つ、これらの溝が半導体素子と光ファイバ端面との間及
びその近傍位置に集中して形成されている従来のような
構成ではなくなるので、例えば光モジュールの組み立て
で基板部材をケース内に収納する場合の加熱による基板
部材の熱変形、あるいは光モジュール完成後の温度変化
による基板部材の熱変形が起きても、半導体素子と光フ
ァイバ間で位置ずれが生じることはない。

【００２５】すなわち、基板部材とケース内の基板接合
部材の熱膨張率が違う場合でも、半導体素子から離れた
位置に設けた溝の部分を変形の特異点とでき、この溝部
で大きな変形を受けることによって、基板部材が大きな
熱変形を受けてもこの溝から離れた位置で光結合を行っ
ている半導体素子と光ファイバ間で位置ずれが生じるこ
とはない。

【００２６】また、基板部材の熱変形に伴って、基板部
材上に搭載し接合している光ファイバも同様の変形を受
けることになるが、光ファイバを基板部材上のＶ溝にほ
ぼ全長にわたって接着している従来のような構造ではな
く、半導体素子から離れた位置に設けた溝を挟んで半導
体素子を搭載する位置と反対の位置には光ファイバを接
着していない。このため、基板部材からの余計な変形を
光ファイバに与えることはなく、光ファイバの接着を安
定に行うことができるとともに、溝が接着剤の余分な流
れを防止する別の役割を果たす効果もあるため、光ファ
イバの未接合部分を安定に形成することができる。

【００２７】以上により、基板部材に熱変形が生じて
も、半導体素子と光ファイバとの光結合を安定に行う半
導体素子と光ファイバの搭載基板を得、しかもこれらの
搭載基板を使用した信頼性の高い光モジュールを得るこ
とができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の図面を参照しつつ
説明する。なお、煩雑を避けるために一部のメタライズ
膜やワイヤボンディングリード及び接着剤の図示を省略
している。また、本発明の実施の形態では、半導体素子
として、半導体発光素子であるレーザダイオードと半導
体受光素子であるフォトダイオードを、光ファイバとし
て単一モード光ファイバを使用した説明を行っている。

【００２９】本発明の第一の実施の形態を図１から図３
により説明する。

【００３０】本実施の形態による光モジュール用の半導
体素子と光ファイバを搭載するシリコン基板の構造を表
す斜視図を図１に、図１のシリコン基板に半導体素子と
光ファイバを取り付けた時のａ−ａ′線断面の構造を表
す縦断面図を図２に、図１及び図２のシリコン基板をシ
リコン基板接合部材に接合した時の変形構造を表す縦断
面図を図３に示す。

【００３１】図１において、レーザダイオード８及びフ
ォトダイオード９と光ファイバ１０とを同一基板上に搭
載するシリコン基板１には、光ファイバ搭載用のＶ溝２
を異方性エッチングで形成しており、このＶ溝２と直角
に交差する第一の溝３と第二の溝４をそれぞれ切削加工
で形成している。レーザダイオード８とフォトダイオー
ド９を搭載する部分５，６には、位置決め用の目印（図
示せず）が設けられており、それぞれの半導体素子８，
９と電気的にワイヤーボンディングリード（図示せず）
で接続されるメタライズ膜７をその周囲にパターンニン
グしている。

【００３２】レーザダイオード８及びフォトダイオード
９の位置決め用の目印は、光ファイバ搭載用のＶ溝２と
整合した状態で形成しており、レーザダイオード８を所
定の目印に位置決めし、Ｖ溝２に光ファイバ１０を設置
することで簡単に光結合を行えるようになっている。つ
まり、レーザダイオード８は、シリコン基板１に設けた
Ｖ溝２に設置する光ファイバ１０の中心軸とレーザダイ
オード８のレーザ出射軸とが一致するように位置調整さ
れて接合固定する。

【００３３】レーザダイオード８及びフォトダイオード
９を搭載するそれぞれの部分５，６には、ＡｕとＳｎか
らなる接合部材がスパッタ蒸着で多層に取り付けられて
おり、このＡｕとＳｎの接合部材を溶融させてレーザダ
イオード８及びフォトダイオード９をシリコン基板１０
上に搭載する。

【００３４】光ファイバ搭載用のＶ溝２と直角に交差す
る第一の溝３と第二の溝４は矩形溝であり、シリコン基
板１０をシリコンウエハから切り出すダイシング工程の
切削加工時に形成する。第一及び第二の溝３，４は、Ｖ
溝２と平行なシリコン基板１両側面に連なる状態で形成
する。第一の溝３はＶ溝２に搭載された光ファイバ１０
端面を突き当てて位置決めするための溝３である。第二
の溝４は、第一の溝３を挟んでレーザダイオード８が搭
載される位置と反対側の離れた位置に形成する後述する
熱変形吸収溝４である。

【００３５】第一の光ファイバ１０端面突き当て溝３と
第二の熱変形吸収溝４は、溝幅及び溝深さが異なってお
り、第二の熱変形吸収溝４の方が溝幅及び溝深さともに
大きくなるように形成している。例えば、シリコン基板
１が２.０幅×６.０長さ×０.４厚さ（mm）であれば、
第二の溝４は２.０幅×０.０６〜０.４長さ×０.２〜
０.２８深さ（mm）の範囲で形成するのが望ましく、ま
た第一の溝３は２.０幅×０.０６〜０.１５長さ×０.０
８〜０.１４深さ（mm）の範囲で形成するのが望まし
い。

【００３６】つまり、第二の溝４は、第一の溝３よりも
溝深さが大きく、かつシリコン基板１の厚さの半分より
大きい溝深さである。第二の溝４の深さを、第一の溝３
の深さよりも大きくすることにより、溝部分でのシリコ
ン基板１の厚さが第二の溝４の方が薄くなるため、シリ
コン基板１が熱変形を受けた場合に、シリコン基板１の
厚さの薄い第二の溝４の部分で変形を吸収する。また、
第二の溝４の深さをシリコン基板１の厚さの半分よりも
大きくすることにより、第二の溝４部分での厚さを薄く
できるため、この溝４部分でシリコン基板１が曲りやす
くなり変形を吸収する。

【００３７】第二の溝４深さとシリコン基板１の厚さの
関係については、第二の溝４の深さをｄとし、シリコン
基板１の厚さをＨとすると、０.７５≧ｄ／Ｈ≧０.５の
範囲が望ましい。この範囲内で溝４を形成すれば、光モ
ジュールを構成するパッケージケース内にシリコン基板
１を取り付けたときに、ｄ／Ｈが０.７５ を超える深い
溝４を形成したことによるシリコン基板１の破壊が起こ
りにくく、しかもシリコン基板１が安定した状態で曲げ
変形を受けることができる。

【００３８】また、第一の溝３の形成位置は、シリコン
基板１のレーザダイオード８が搭載される位置側の基板
１の端面から１.６〜２.１mmの範囲内に形成するのが良
く、レーザダイオード８のレーザ出射端面と光ファイバ
１０の端面との距離が２０〜６０μｍの範囲になる位置
関係が望ましい。第二の溝４の形成位置は、シリコン基
板１のレーザダイオード８が搭載される位置側と反対の
位置側の基板１の端面から１.０〜２.５mmの範囲内に形
成するのが望ましい。つまり、シリコン基板１の長手方
向の中心線を挟んでレーザダイオード８が搭載される位
置と反対側に第二の溝４を形成する。

【００３９】図２は、シリコン基板１上にレーザダイオ
ード８及びフォトダイオード９と光ファイバ１０を搭載
した光モジュールの断面構造である。レーザダイオード
８及びフォトダイオード９は、所定の目印に位置決めし
てＡｕとＳｎの接合部材で接合する。光ファイバ１０は
Ｖ溝２に搭載され、光ファイバ１０の端面を第一の溝３
に突き当てた状態で接着剤１１で接合する。光ファイバ
１０をＶ溝２に接着する範囲は、第一の溝３から第二の
溝４の間だけである。ここでは、第一の光ファイバ１０
端面突き当て溝３及び第二の熱変形吸収溝４が、光ファ
イバ１０端面及び光ファイバ未接着部１２へ流れ込む余
分な接着剤１１を防止するためのダム効果の役割も果た
している。

【００４０】シリコン基板１上に接着する光ファイバ１
０の長さは、未接着部１２が形成されることにより短く
なるが、後述するシリコン基板１の熱変形による余計な
変形が光ファイバ１０に加わらないこと、ガラス転移温
度及び接着強度が高く、吸湿による膨張率の小さい接着
剤１１を使用すること、により光ファイバ１０をシリコ
ン基板１に安定に接着することができる。

【００４１】図３はシリコン基板１をシリコン基板接合
部材１３に接合した時の熱変形状態を表した構造であ
る。例えば、光モジュールを構成する際にパッケージケ
ース内に図１及び図２のシリコン基板１を収納する場
合、シリコン基板接合部材１３である、例えば熱伝導率
の高い銅合金やセラミックスが上げられる。この場合、
シリコン基板１との熱膨張率が異なるので、例えば銅合
金で構成したシリコン基板接合部材１３へ接合した場合
には、接合時の加熱・冷却により、図に示したように上
に凸状態に変形が生じる。さらに、この変形状態は、光
モジュールを構成した後の温度サイクル試験や光出力の
温度特性試験等でも生じることになる。

【００４２】図３に示した熱変形状態は、シリコン基板
１とシリコン基板接合部材１３の熱膨張率の違いによっ
て生じる熱変形をシリコン基板１に設けた第二の熱変形
吸収溝４を変形の特異点として、この溝４部分で大きな
変形を吸収して、シリコン基板１に同様に設けた第一の
溝３の部分で光結合しているレーザダイオード８と光フ
ァイバ１０間の位置ずれを防いでいる状態である。これ
によって、光モジュールを構成した後の温度サイクル試
験や光出力の温度特性試験等による温度変化が加わって
も、レーザダイオード８と光ファイバ１０間に位置ずれ
を起こすような変形を生じないようにしている。

【００４３】光ファイバ１０をＶ溝２に接着する部分
は、第一の溝３から第二の溝４の間だけにしており、第
二の溝４を挟んでレーザダイオード８を搭載する位置側
と反対の位置側に光ファイバ未接着部分１２を設けてい
る。これにより、シリコン基板１の熱変形による余計な
変形を光ファイバ１０に加わらないようにしている。

【００４４】以上のように構成した本実施の形態におい
ては、レーザダイオード８とこれに光結合する光ファイ
バ１０とを搭載するシリコン基板１に、第二の熱変形吸
収溝４をレーザダイオード８から離した位置に備え付け
た。これにより、シリコン基板１を熱膨張率が異なるシ
リコン基板部材１３に接合したときに生じるシリコン基
板１の熱変形を、第二の熱変形吸収溝４が変形の特異点
となって変形を吸収することができ、シリコン基板１が
大きな熱変形を受けても第二の熱変形吸収溝４から離れ
た位置で光結合を行っているレーザダイオード８と光フ
ァイバ１０間で位置ずれが生じることはない。また、光
モジュールを構成した後の温度サイクル試験や光出力の
温度特性試験等による温度変化によっても、レーザダイ
オード８と光ファイバ１０間に位置ずれが起きるような
変形は生じない。

【００４５】また、第二の熱変形吸収溝４を挟んでレー
ザダイオード８を搭載する位置側と反対の位置側に光フ
ァイバ未接着部１２を設けた。これにより、シリコン基
板１の熱変形に沿ってＶ溝２に接合した光ファイバ１０
が同様の変形を受けることはなく、シリコン基板１から
の余計な変形が光ファイバ１０に加わることはなく、同
時に光ファイバ１０を接着している接着剤１１にも余計
な変形が加わらないため、安定した光ファイバ１０の接
着固定を行うことができる。さらに、第二の熱変形吸収
溝４が接着剤１１の余分な流れを防止する別の役割を果
たす効果もあるため、光ファイバ１０の未接合部分１２
を安定に形成することができる。

【００４６】以上により、シリコン基板１が熱変形して
も、レーザダイオード８と光ファイバ１０間の光結合を
安定に行えるレーザダイオード８と光ファイバ１０を搭
載するシリコン基板１を得ることができ、しかもこれら
シリコン基板１を使用することにより信頼性の高い光モ
ジュールを得ることができる。

【００４７】本発明の第二の実施の形態を図４及び図５
により説明する。本実施の形態は、光ファイバ搭載用の
Ｖ溝２と直角に交わる第一の溝３が、光ファイバ１０の
端面と接触しないように十字に交差するように構成した
ものである。第一の実施の形態と同等の符号には同一の
符号を記す。

【００４８】本実施の形態による光モジュール用のレー
ザダイオード８と光ファイバ１０を搭載するシリコン基
板１の構造を表す斜視図を図４に、図４のシリコン基板
１にレーザダイオード８及びフォトダイオード９と光フ
ァイバ１０を取り付けた時のｂ−ｂ′線断面の構造を表
す縦断面図を図５に示す。

【００４９】図４及び図５において、本実施の形態の光
モジュール用のレーザダイオード８と光ファイバ１０を
搭載するシリコン基板１が前記第一の実施の形態のシリ
コン基板１と異なる点は、光ファイバ搭載用のＶ溝２と
直角に交わる第一の溝３が、光ファイバ１０の端面と接
触しないように十字に交差している点である。レーザダ
イオード８及びフォトダイオード９と光ファイバ１０と
を搭載するシリコン基板１上には、異方性エッチングで
設けた光ファイバ搭載用のＶ溝２と、そのＶ溝２に直角
に交差する第一の溝３と第二の熱変形吸収溝４を切削加
工で形成している。第二の熱変形吸収溝４は第一の実施
の形態と同様に形成している。

【００５０】第一の溝３の形成は、レーザダイオード８
が搭載される位置側のＶ溝端部１４が斜めになっている
部分を残すような状態で行う。第一の溝３形成によって
途切れたレーザダイオード８側のＶ溝２の長さは、Ｖ溝
端部１４から第一の溝３端部までで０.２５〜０.４mmの
範囲であるのが望ましい。光ファイバ１０は第一の溝３
をわたるようにレーザダイオード８を搭載する位置側の
Ｖ溝２に設置し、光ファイバ１０の端面が斜めに形成さ
れているＶ溝端部１４に接触しないように搭載する。

【００５１】このとき、光ファイバ１０の端面と斜めに
なっているＶ溝端部１４との距離は４５〜６０μｍの範
囲で位置合せするのが望ましく、これにより所定の光出
力特性を得る。光ファイバ１０をＶ溝２に接着する範囲
は第一の溝３から第二の溝４の間だけである。ここで
も、第一の実施の形態と同様に、第一の溝３及び第二の
溝４が、光ファイバ１０の端面及び光ファイバ未接着部
１２へ余分な接着剤１１が流れ込むのを防止するための
ダム効果の役割を果たしている。その他の構成について
は第一の実施の形態と同様である。

【００５２】これらのように構成した本実施の形態によ
れば、第一の実施の形態と同様に、シリコン基板１の熱
変形を第二の熱変形吸収溝４で吸収することができ、シ
リコン基板１が大きな熱変形を受けても第二の熱変形吸
収溝４から離れた位置で光結合を行っているレーザダイ
オード８と光ファイバ１０間で位置ずれが生じることは
なく、光モジュールを構成した後の温度サイクル試験や
光出力の温度特性試験等による温度変化によっても、レ
ーザダイオード８と光ファイバ１０間に位置ずれが起き
るような変形は生じない。

【００５３】また、第一の溝３をわたるように光ファイ
バ１０の先端をＶ溝２に設置しているため、第一の溝３
が光ファイバ１０の端面へ余分な接着剤１１が流れ込む
のを防止するためのダム効果の役割を果たし、第一の実
施の形態よりもさらに安定して光ファイバ１０の接着を
行うことができる。また、本実施の形態は第一の実施の
形態と同様の構成であるため、第一の実施の形態と同様
の効果を得ることができる。

【００５４】本発明の第三の実施の形態を図６により説
明する。本実施の形態は、光ファイバ搭載用のＶ溝２と
直角に交差する第一の光ファイバ端面突き当て溝３と第
二の熱変形吸収溝４との間に、第三の接着剤流れ防止溝
１５を設けてえ構成したものである。第一の実施の形態
と同等の符号には同一の符号を記す。

【００５５】本実施の形態による光モジュール用のレー
ザダイオード８と光ファイバ１０を搭載するシリコン基
板２の構造を表す斜視図を図６に示す。

【００５６】本実施の形態の光モジュール用のレーザダ
イオード８と光ファイバ１０を搭載するシリコン基板１
が前記第一の実施の形態のシリコン基板１と異なる点
は、光ファイバ搭載用のＶ溝２と直角に交差する第一の
光ファイバ端面突き当て溝３と第二の熱変形吸収溝４と
の間に、第三の接着剤流れ防止溝１５を設けている点で
ある。第三の溝１５の形成はシリコン基板１上に設ける
光ファイバ搭載用のＶ溝２と同時に異方性エッチングで
行う。第一の光ファイバ端面突き当て溝３と第二の熱変
形吸収溝４は、第一の実施の形態と同様に切削加工で形
成している。

【００５７】第三の溝１５は、第一及び第二の溝３，４
とは異なり、シリコン基板１の両側面に貫通していない
形状で形成しており、シリコン基板１上のＶ溝２と直角
に交差するピット孔である。第三の溝１５を形成する部
分は、第一の溝３と第二の溝４の間で第一の溝３の近傍
が良く、例えば第一の溝３の端部から0.05〜0.15mm離れ
た位置に、１.０幅×０.１〜０.３長さ×０.１〜０.２
深さ（mm）の第三の溝１５を形成している。

【００５８】これらのように構成した本実施の形態によ
れば、第一の溝３の近傍位置に第三のピット孔形状の溝
１５を形成することにより、第一の溝３に光ファイバ１
０の端面突き当てて接着剤１１を塗布する際に、第三の
溝１５が光ファイバ１０の端面へ流れ込む余分な接着剤
１１を防止するダムの役割を果たし、第一及び第二の実
施の形態よりもさらに安定して光ファイバ１０の接着を
行うことができる。また、第一と第三の溝３，１５が近
接した状態で形成しているが、第三の溝１５をシリコン
基板１側面に貫通しないピット孔形状に異方性エッチン
グで設けているため、この第一及び第三の溝３，１５部
分での強度低下はなく第二の熱変形吸収溝４のような変
形を吸収することはない。

【００５９】よって、シリコン基板１の熱変形は第二の
熱変形吸収溝４で吸収するため、レーザダイオード８と
光ファイバ１０間で位置ずれが生じることはなく、光モ
ジュールを構成した後の温度サイクル試験や光出力の温
度特性試験等による温度変化によっても、レーザダイオ
ード８と光ファイバ１０間に位置ずれが起きるような変
形は生じない。また、本実施の形態は第一及び第二の実
施の形態と同様の構成であるため、第一及び第二の実施
の形態と同様の効果を得ることができる。

【００６０】なお、上記第一から第三の実施の形態で
は、第二の溝４の幅及び深さを、第一の溝３あるいは第
三の溝１５よりも大きく形成しているが、必ずしも幅及
び溝深さを大きくする必要はなく、溝幅を同じにして溝
深さだけをシリコン基板１の厚さの半分より大きくする
ことによっても、シリコン基板１の熱変形を吸収するこ
とができる。

【００６１】また、上記第一から第三の実施の形態で
は、第二の溝４を挟んでレーザダイオード８を搭載する
位置側と反対の位置側に光ファイバ未接着部１２を設け
ているが、第二の熱変形吸収溝４でシリコン基板１の変
形を十分に抑えることができれば、必ずしも光ファイバ
の未接着部１２を設ける必要はなく、光ファイバ未接着
部１２に光ファイバ１０を接合しても良い。この場合、
シリコン基板１上に接合する光ファイバ１０の接合面積
が増すことになるので、さらに安定な光ファイバ１０の
接合を得ることができる。

【００６２】また、上記第一から第三の実施の形態で
は、光ファイバ１０の接着固定に接着剤１１を使用して
おり、ガラス転移温度及び接着強度が高く、吸湿による
膨張率の小さい接着剤１１を使用することで安定な光フ
ァイバ１０接着固定を行うことができる。接着剤１１の
種類としては、紫外線硬化接着剤や熱硬化接着剤及び熱
可塑性接着剤が良く、特に紫外線硬化接着剤は熱硬化併
用タイプの接着剤１１が好ましい。

【００６３】

【発明の効果】本発明によれば、レーザダイオードとこ
れに光結合する光ファイバとを搭載するシリコン基板
に、第二の熱変形吸収溝をレーザダイオードから離した
位置に備え付けた。これにより、シリコン基板に熱変形
が生じたときに第二の熱変形吸収溝が変形の特異点とな
って変形を吸収するため、シリコン基板が大きな熱変形
を受けても第二の熱変形吸収溝から離れた位置で光結合
を行っているレーザダイオードと光ファイバ間で位置ず
れが生じることはなく、また光モジュールを構成した後
の温度サイクル試験や光出力の温度特性試験等による温
度変化によっても、レーザダイオードと光ファイバ間に
位置ずれは生じない。

【００６４】また、光ファイバ搭載用のＶ溝部分に光フ
ァイバ未接着部を設けた。これにより、シリコン基板の
熱変形に沿って光ファイバが同様の変形を受けることは
なく、シリコン基板からの余計な変形が光ファイバに加
わることがなくなるので、同時に光ファイバを接着して
いる接着剤にも余計な変形が加わらず、安定した光ファ
イバの接着固定を行うことができる。

【００６５】さらに、第一から第三の溝が接着剤の余分
な流れを防止する役割を果たす効果もあるため、光ファ
イバ端面への付着を防止でき、しかも光ファイバの未接
合部分を安定に形成することができる。

【００６６】よって、シリコン基板が熱変形しても、レ
ーザダイオードと光ファイバ間の光結合を安定に行える
レーザダイオードと光ファイバを搭載するシリコン基板
を得ることができ、しかもこれらシリコン基板を使用す
ることにより信頼性の高い光モジュールを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態による半導体素子と
光ファイバの搭載基板の構造を表す斜視図である。

【図２】図１の搭載基板に半導体素子と光ファイバを取
り付けた時のａ−ａ′線断面の構造を表す断面図であ
る。

【図３】本発明の第一の実施の形態による半導体素子と
光ファイバの搭載基板を接合部材に接合した時の変形の
構造を表した断面図である。

【図４】本発明の第二の実施の形態による半導体素子と
光ファイバの搭載基板の構造を表す斜視図である。

【図５】図４の搭載基板に半導体素子と光ファイバを取
り付けた時のｂ−ｂ′線断面の構造を表す断面図であ
る。

【図６】本発明の第三の実施の形態による半導体素子と
光ファイバの搭載基板の構造を表す斜視図である。

【図７】従来の半導体素子と光ファイバの搭載基板の構
造及び接合部材に接合した時の変形を表す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…シリコン基板、２…Ｖ溝、３…第一の溝、４…第二
の溝、５…フォトダイオード搭載位置、６…レーザダイ
オード搭載位置、７…メタライズ膜、８…レーザダイオ
ード、９…フォトダイオード、１０…光ファイバ、１１
…接着剤、１２…光ファイバ未接着部、１３…シリコン
基板接合部材、１４…Ｖ溝端部、１５…第三の溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 利昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 三浦 敏雄 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 高橋 正一 東京都小平市上水本町五丁目20番地１号 株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 菊池 悟 埼玉県入間郡毛呂山町旭台15番地 日立東 部セミコンダクタ株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体素子と、この半導体素子と光学的に
   結合され光伝送を行うための光ファイバと、前記半導体
   素子と光ファイバとを同一基板上に搭載する光ファイバ
   搭載用のＶ溝を備えた基板部材において、前記基板部材
   の上面には、前記光ファイバ搭載用のＶ溝と直角に交差
   し、かつ前記光ファイバ搭載用Ｖ溝の両側に位置する前
   記基板部材の両側面に達する少なくとも二本の溝を有
   し、この少なくとも二本の溝のうちの一本の溝が他方の
   溝よりも溝深さが基板部材の厚さの半分よりも大きいこ
   とを特徴とする半導体素子と光ファイバの搭載基板。