JP3764671B2 - Optical path changer, method for manufacturing the same, and optical module using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信及び光情報通信分野等において使用される光路変換体、及びその製造方法、並びにそれを用いた光モジュールに関する。
【0002】
【発明の背景】
表面実装型の光伝送モジュールにおいて、動作電流や温度特性に優れた面発光レーザー(Vertical Cavity Surface Emitting Laser、以下、VCSELともいう)の出射光を、所定形状の基体の反射面により光路を変えて、光ファイバ等の光素子に光学的接続を容易に行わせることが可能である。また、基体の反射面となる面に受光素子を搭載することで、VCSELの出力監視が容易になる。
【0003】
ところで、上述の光路変換体を、光伝送モジュールの基板として好適に用いられる単結晶シリコンで形成する場合、光路変換体の反射面は基板の異方性エッチングで形成することにより、高精度に平坦な反射面を作製できる。
【0004】
しかし、基板を異方性エッチングにより高精度に平坦な反射面を作製するには、不純物の少ない基板を選択しなければならず、そのための製法が限定されしかもコスト高となる。すなわち、例えばFZ(フローティング・ゾーン)法によって製作された、コストの高いシリコン基板が選ばれる。これは、例えばCZ(チョコラルスキー)法などの比較的安価な手法によって製作されたシリコン基板は、製法プロセス上、不純物が混入し、結晶中に欠陥を作りやすいためである。このような欠陥は異方性エッチングの際に、エッチング面にピットを形成し、平坦な反射面が作製できない。
【0005】
また、上記FZ法で製作されたシリコン基板を用いた場合でも、高精度に平坦な反射面を作製するには、エッチング条件を最適化しなければならず、このような最適化は容易ではない。
【0006】
また、受光素子のような光半導体素子を上記のような光路変換体を利用して搭載する場合、異方性エッチングで形成された面に搭載することになり、この面は基板表面に対し傾斜しているので、多数の光半導体素子を精度良く搭載するのが困難であるという問題が生じる。
【0007】
さらに、光路変換体の実装基板への搭載時に、光路変換体を実装基板へ加圧・密着させることになるため、光路変換体のエッジ部で、受光素子に接続する電極配線が断線する恐れがあるという問題があった。
【0008】
そこで本発明では、上述の問題を解消し、光反射面または素子配設面として平坦性の優れた面を備えた光路変換体を容易にかつ迅速に提供でき、さらに、面発光素子と光伝送体との光接続を高効率にできる、信頼性の高い光モジュールを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光路変換体は、柱状をなし、単結晶シリコンから成る本体の上下面は、異方性エッチングで形成された(111)面またはその等価な、平坦面であり、前記本体の側面の非エッチング部は、(100)面から[110]方向へ4.7°〜14.7°傾斜させた面またはその等価な面であって、入射光を受光するとともに、その光の一部を反射させて所定方向へ光路変換させる受光素子が配設された素子配設面であり、前記本体の下面と前記素子配設面との間に、オーミックコンタクト用の不純物拡散領域が形成されていることを特徴とする。
【0011】
また特に、前記受光素子が光を反射する面は、前記本体の下面に対して垂直方向であって前記下面側からの入射光に対して90°の角度で光路変換させて略水平方向への出射光とすることを特徴とする。
【0012】
また、特に前記受光素子は、InGaAs/InPの化合物半導体材料からなることを特徴とする
【0013】
また本発明の光路変換体の製造方法は、単結晶ウエハの両主面に対し異方性エッチングを施すことにより、前記両主面上に交互に位置するV溝を複数条に形成するとともに、前記V溝の両側に形成され断面が平行四辺形状で厚みが交互に異なる柱状部を形成する工程と、厚みの小さい方の柱状部を除去することにより、厚みの大きい方の柱状部を分離する工程とを含み、柱状をなす本体の非エッチング面の一部を入射光を受光するとともに、その光の一部を反射させて所定方向へ光路変換させる光半導体素子を設ける素子配設面としたことを特徴とする。
【0014】
また本発明の光路変換体の製造方法は、単結晶ウエハの両主面に対し異方性エッチングを施すことにより、前記両主面上に交互に位置するV溝を複数条に形成するとともに、前記V溝の両側に形成され断面が平行四辺形状で厚みが交互に異なる柱状部を形成する工程と、厚みの小さい方の柱状部を除去することにより、厚みの大きい方の柱状部を分離する工程とを含み、柱状をなす本体の非エッチング面の一部を入射光を所定方向へ光路変換させるための光反射面としたことを特徴とする。
【0015】
また本発明の光路変換体の製造方法は、前記単結晶ウエハの一主面と前記素子配設面との境界部分に半導体の不純物拡散領域を形成する工程と、前記素子配設面側の前記不純物拡散領域に前記光半導体素子をオーミック接合させる工程と、をさらに含むことを特徴とする。
【0016】
また本発明の光モジュールは、高低差のある低位置面及び高位置面を形成した基板の低位置面に面発光素子及び該面発光素子の出射光を反射させる請求項1または2に記載の光路変換体を配設するとともに、前記高位置面に前記光路変換体からの反射光を入射させる光伝送体を配設したことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る実施形態の例について模式的に示した図面に基づき詳細に説明する。
【0018】
図1に本発明の光モジュールから受光素子を除いた参考形態の光モジュールM1の断面図を示す。
【0019】
光モジュールM1は、高低差のある低位置面1a及び高位置面を形成した基板1の低位置面1aに、面発光素子3、及び面発光素子3の出射光L1を反射させる光路変換体2をそれぞれ配設し、高位置面に形成され光軸に直交する断面形状がV字状を成す搭載用溝1bに、光路変換体2からの反射光L2を先端4aに入射させる光ファイバやその他の光導波路体から成る光伝送体4を配設している。
【0020】
ここで、光路変換体2は異方性エッチングが可能な材料から成り柱状である。そして、この本体の上下面2a,2bがアルカリ水溶液等を用いた異方性エッチングで形成されている。また、側面の非エッチング部である傾斜面2cが、面発光素子3からの入射光L1を所定方向へ光路変換させるための光反射面または受光素子等の光半導体素子を配設するための素子配設面としている。
【0021】
この光路変換体2は本体が単結晶シリコンから成り、異方性エッチングを施す上下面2a,2bが(111)面またはその等価な面であり、かつ光反射面または素子配設面が、(100)面から[110]方向へ4.7°〜14.7°(最適には9.7°)傾斜させた面またはその等価な面であると、面発光素子3からのほぼ垂直な出射光を、光路変換体2の傾斜面2cでほぼ90°角度で光路変換させて(略水平方向へ)水平に配設された光伝送体4へ入射させることができ、効率よく光接続できる。このように、光反射面は入射光に対して90°の角度で光路変換させるように形成されているとよい。
【0022】
光路変換体2は、以下のようにして製造される。
【0023】
まず、図2に平面図、図3に図2のA−A’線断面図にて示すように、単結晶ウエハWの両主面10,13に対し、所定のフォトレジスト11の形成面を保護し、露出面に対しアルカリ水溶液等による異方性エッチングを施すことにより、両主面10,13上に交互に位置するV溝12を所定方向に複数条に形成する。これにより、V溝12の両側に形成され断面が平行四辺形状で厚みが交互に異なる柱状部14,15が形成される。
【0024】
なお、光路変換体2の傾斜面2cは光反射面または光半導体素子を高精度に配設するため、単結晶ウエハの両主面10、13は、MCP(メカノケミカルポリッシュ)により鏡面(算術平均粗さが10nm以下)に研磨されたものを用いる。
【0025】
次に、厚みの小さい方の柱状部15の両側に示したラインDにおいてダイシングすることにより除去し、厚みの大きい方の柱状部14を分離する。なお、図3において、θ1は40°〜50°、θ2は59.4°〜69.4°となる。(←θ1は45°に対して±5°、θ2は64.4°に対して±5°。光ファイバに光を有効に入射させるために、光ファイバの開口比を考慮して傾きの範囲を±5°とした。)
このようにして得た、柱状をなす本体の非エッチング面の一部を、入射光を所定方向へ光路変換させるための光反射面、または光半導体素子を設ける素子配設面とする。
【0026】
面発光素子3は、例えばVCSELを用いるが、実装基板表面に対し法線方向に発光している形状であれば適用可能である。
【0027】
光伝送体4は、光ファイバのほかに各種形状の光導波路体や基板1に直接形成した光導波路であってもよい。
【0028】
かくして、異方性エッチング技術を用いた傾斜面を光反射用の斜面として用いず、鏡面研磨されたウエハの両主面を光反射面または光半導体素子の素子配設面とすることができ、平坦性の優れた光反射面または素子配設面を備えた、優れた光路変換体を提供できる。
【0029】
また、光路変換体はウエハプロセスによる一括作製が可能なため、非常に低コストに作製可能である。
【0030】
また、ウエハ面方位により入射光に対して所定角度で光路変換させる光路変換体を提供できるため、任意の傾斜角を形成でき、面発光素子からの出射光を効率的に入射光学系へ効率的に入射する光学系を提供できる。
【0031】
さらに、光路変換体として単結晶シリコンを用いることにより、光半導体素子をシリコン基板上に直接形成したり、光半導体素子としてシリコンとは異なる化合物半導体材料を用いる場合、別の化合物半導体基板上に複数の光半導体素子を形成し、複数の光路変換体が形成されたシリコン基板表面へ、一括して貼り合わせる接着が可能なため、実装コストを削減した優れた受光素子付き光路変換体が実現される。
【0032】
次に、本発明に係る実施形態について説明する。
【0033】
図4に斜視図にて示すように、光路変換体2の非エッチング面である傾斜面(素子配設面)2cに、フォトダイオード等の受光素子である光半導体素子5を配設し、さらに、この光半導体素子5の電気信号線路,電流供給線路である電極パターン7,8を形成している。ここで、5aは受光部、5bは電極パッドであり、電極パッド5bと電極パターン8とがボンディングワイヤ9で接続されている。
【0034】
また、接着部材6を用いる場合は、AuSi系、AuSu系、PbSn系、In系の半田等を用いることにより、実装強度や信頼性に優れた実装が行える。但し、本文では、直接接合法と呼ばれる、半田や接着剤の接着部材6を用いることなく、光半導体素子5の表面の化学的性質を利用して接着できる。すなわち、クリーニングされた光半導体素子5の表面を光路変換体2の表面に接触させ水素結合により接着します。さらにアニールを行うことで水分子が蒸発し、酸素を介したより強固な結合へと変化し、信頼性を向上させることができる。
【0035】
また、光路変換体2において、その本体の下面2bと素子配設面2cとの間、すなわち、素子配設面2cとエッチング面である下面2bとの境界部において、オーミックコンタクト用の不純物拡散領域が形成されている。
【0036】
このようにして構成した光路変換体2を用い、図5に断面図にて示すように、光モジュールM2は、高低差のある低位置面及び高位置面を形成した基板1の低位置面1aに、面発光素子3及びこれからの出射光を反射させる光路変換体2を配設するとともに、前記高位置面に光路変換体2からの反射光を入射させる光伝送体4を配設している。なお、光モジュールM2において、光路変換体2に光半導体素子5を配設すること以外の構成は、図1に示す光モジュールM1とほぼ同様であり、同一構成要素については同一符号を付し説明を省略する。
【0037】
かくして、光モジュールM2によれば、光モジュールM1と同様な効果を奏する上に、素子配設面と光路変換体の下面との間に所定以上(例えば1×1018cm-3以上)の不純物濃度が拡散されているため、金属薄膜等で形成される受光素子の電気信号線路、電流供給線路を2面に形成する必要が無くなり、電気配線が光路変換体のエッジで断線することがない。
【0038】
【実施例】
次に、本発明の光モジュールをより具体化した実施例について説明する。
<参考例>
図1に示す光モジュールM1において、単結晶シリコンから成り高低差のある基板1の低位置面1aに光路変換体2及び面発光レーザー3が配設され、基板1の高位置面に形成された断面V字形状の搭載溝1bに光ファイバ4が配設されたものとした。
【0039】
ここで、基板1は特に材質がCZ法で作製されたコストが安いことに特徴のあるシリコンを用い、段差は異方性エッチングにより形成した。また、光ファイバ4の搭載溝1bは異方性エッチングにより形成した。また、面発光レーザー3はGaAs系材料を用いた。
【0040】
また、光路変換体2は以下のようにして作製した。
【0041】
まず、図2に示すように、MCPにより鏡面に研磨された表裏面10,13が(100)面から9.7°傾いた面を有するウエハWを用い、表裏面において、フォトリソグラフィー技術により、[110]方向へ沿って直線状にフォトレジスト11を等間隔に被着形成し、このウエハWの露出部を水酸化カリウム水溶液に浸すことにより異方性エッチングを施した。これにより、(111)面及びそれに等価な面が斜面の断面V字状の溝12が形成された。
【0042】
図3に示すように、ウエハWは(100)から前記[110]方向へ9.7°傾いているので、傾斜角θ1は45°、θ2は64.4°となる。なお、θ1は光路を90°変換するために、θ1=45°に設定する必要があり、この形成は異方性エッチングにより高精度に形成した。
【0043】
また、45°斜面を有する光路変換体用柱状体14を形成するように、表面10と裏面13でフォトレジスト11の形成領域をずらした。
【0044】
次に、フォトレジスト11をリムーバーにより除去し、その後、光路変換体用柱状体14の上下面10,13に光反射膜を形成するべく金属薄膜を形成した。ここで、金属薄膜の最上層には反射率の高いAuを用いた。また、この最上層金属膜をウエハWのシリコン基体上に有効に形成させるために、最上層金属薄膜とシリコン基体の間に下地金属膜としてCr層を用い、シリコン基体表面にシリコン酸化膜層を形成した。金属薄膜の合計膜厚は約1μmとした。
【0045】
そして、図3に示すラインDに沿って、ダイシングにより切断を行い、個々の光路変換体となるように切り分けた。その際に、エッチング残部である小さい方の柱状部15が完全に除去され、所定形状の光路変換体が作製できた。
【0046】
次に、こうして作製された光路反射体2は、図1に示すように、実装基板である基板1上の位置合わせマーカー(不図示)を利用して、正確に位置決めし実装固定した。この際の固定材にはAuSu系の半田を用いた。
【0047】
また、面発光レーザー3を加圧・密着させ、実装基板1に形成された薄膜半田(不図示)を溶解・冷却し、基板1上に実装固定し、次いで、光ファイバ4を搭載用溝1b上に搭載し、例えば樹脂、或いはガラス板等の平板基板で押圧固定する等の方法で実装固定した。
【0048】
かくして、光モジュールM1によれば、光反射面はミラー加工された{100}面を利用するので、高精度に平坦化された反射面を実現できる。また、異方性エッチングにおいてエッチング面を高精度に平坦化する必要がないことにより、FZ法、CZ法等の各種の製法で作製したシリコン基板を用いることができ、また、エッチング中に超音波揺動などを行う必要がなく、エッチング条件の最適化が省けた。また、光路反射体はシリコンウエハの両面からエッチングを行うことにより、断面が略平行四辺形で、光路変換体の上面が平坦になることから、光路変換体は従来のフリップチップボンディング技術による高精度の実装も可能となった。
【0049】
<実施例>
次に、図4及び図5に示した他の実施例について説明する。
【0050】
光路変換体2の作製は参考例と同様にして行った。
【0051】
そして、図4に示すように、光路変換体2の斜面2cに、光半導体素子5を以下のようにして配設した。
【0052】
また、図5に示す光モジュールM2は、光路変換体2に光半導体素子5を配設し、その配線等を施した以外については、既に説明した光モジュールM1と同様に構成した。
【0053】
この実施例では、光路変換体2の光反射面である傾斜面2cと下面2bの境界部分にB(ボロン)をイオン注入し、その不純物濃度を1×1018cm-3以上とした。なおこの時、Alなど半導体の不純物であればB以外でも良い。
【0054】
次いで、光半導体素子5用の電気信号線路7、電流供給線路8を金属薄膜で形成した。この金属薄膜は上層/下層で、Au/Crとし、その厚みは合計で約1μmとした。このとき、各線路の一端は、不純物拡散領域20,21まで配置した。
【0055】
そして、別の半導体基板、例えばn+型GaAs基板上に厚み1.0μm、不純物濃度1×1018cm-3のn型GaAs層、厚み4.0μm、不純物濃度1×1015cm-3のi型GaAs層、厚み0.5μm、不純物濃度1×1015cm-3のi型GaAs層を形成し、最上層のp型GaAs層の窓部からp型不純物のZnを約0.5μm拡散し、メサエッチ後、p、n電極を形成し、フォトダイオードである光半導体素子5を作製した。
【0056】
その後、光ファイバへの反射する所望の光強度を得るために、上記の光半導体素子5上へ高屈折材料、低屈折材料を用いた誘電体多層膜を真空蒸着により作製しても良い。ここで、光半導体素子5は、GaAs以外のInGaAs/InPなどの化合物半導体材料でも、また、PIN型フォトダイオード以外のアバランシェ・フォト・ダイオードなど、フォトダイオードの機能を有するものであれば良い。
【0057】
そして、光半導体素子5を形成したGaAs基板表面とガラス基板をWAXで固定した後、光半導体素子形成領域を残し、GaAs基板をエッチング除去した。
【0058】
さらに、ガラス基板に固定された光半導体素子を、シリコン基板表面の反射面に位置合わせし、水素結合により接触させ、WAXを除去し、300〜400℃の熱処理を行い、光半導体素子5を水素結合だけでなく、酸素を介したさらに強固に接着させた。同時に、反射鏡素子の電気信号線路7、電流供給線路8と光路変換体2の不純物拡散領域21,26もアニールされ、オーミック接合された。
【0059】
なお、AuSi系、AuSu系、PbSn系、In系の半田等の接着部材6を用いても、実装強度や信頼性に優れた実装が行えた。
【0060】
このようにして得た受光素子付き光路変換体2は、実装基板1上の位置合わせマーカー(不図示)を用いて、正確に位置決めし実装した。その後、光半導体素子が搭載された光路変換体と実装基板に対して300〜400℃の熱処理を行い、実装基板上の電気信号線路、電流供給線路と反射鏡素子の不純物拡散領域をアニールすることによりオーミック接合された。
【0061】
かくして、本発明の光モジュールM2によれば、参考例の光モジュールM1の作用・効果に加えて、以下のような効果を奏する。受光素子は、ダイシング・カット前のシリコン基板表面に基板同士の貼り合わせで一括接着させるために、従来、個々の受光素子をエッチングされた斜面に実装するのに比べて、実装時間の削減・高精度の実装が実現できた。
【0063】
また、受光素子付き光路変換体の端部に存在する高濃度の不純物領域を介して、実装基板と受光素子付き光路変換体の電極が結合される。その結果、受光素子付き光路変換体のエッジ部に電極が配線されていないことから断線することがなくなる。
【0064】
【発明の効果】
請求項1に記載の光路変換体によれば、異方性エッチング技術を用いた傾斜面を光反射用の斜面として用いず、鏡面研磨がしやすいウエハの両主面を光反射面または光半導体素子の素子配設面とすることができ、平坦性の優れた素子配設面を備えた優れた光路変換体を提供できる。
【0065】
また、請求項4,5に記載の光路変換体の製造方法によれば、ウエハプロセスによる一括作製が可能なため、非常に低コストの光路変換体が作製可能である。
【0066】
また、請求項2に記載の光路変換体によれば、ウエハ面方位により入射光に対して所定角度で光路変換させるようにできるため、面発光素子からの出射光を効率的に入射光学系へ効率的に光接続できる光モジュールを提供できる。
【0067】
また、請求項1に記載の光路変換体において、素子配設面に受光素子が配設させることにより、面発光素子の出射光を精度よくモニタすることができるとともに、受光素子からの反射光を効率的に光伝送体へ入射させることが可能な優れた光モジュールを提供できる。
【0068】
さらに、請求項1に記載の光路変換体によれば、光路変換体の下面と素子配設面との間に、オーミックコンタクト用の不純物拡散領域が形成されているので、金属薄膜で光半導体素子の電極パターンを光路変換体の2面に形成する必要が無くなり、光路変換体のエッジで金属薄膜の断線がない信頼性に優れた光モジュールを提供できる。
【0069】
そして、請求項7に記載の光モジュールによれば、光伝送体に面発光素子からの出射光を効率よく光接続され、しかも信頼性の高い優れた光モジュールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る光路変換体及び光モジュールから受光素子を除いた参考形態を模式的に説明する断面図である。
【図2】 本発明に係る光路変換体の製造方法を模式的に説明するための平面図である。
【図3】 図2におけるA−A’線断面図である。
【図4】 本発明に係る光路変換体を模式的に説明する斜視図である。
【図5】 本発明に係る光モジュールを模式的に説明する斜視図である。
【符号の説明】
1:基板
1a:基板1の低位置面
1b:搭載用溝
2:光路変換体
2a、2b:光路変換体の上下面
2c:光路変換体の傾斜面
3:面発光素子
4:光伝送体
4a:光伝送体の先端
5:光半導体素子(受光素子、フォトダイオード)
5a:受光部
5b:電極パッド
6:接着部材(接着面)
7:電気信号線路
8:電流供給線路
9:ボンディングワイヤ
10、13:単結晶ウエハWの両主面
11:フォトレジスト
12:V溝
14,15:光路変換体用柱状部
20,21:不純物拡散領域
M1,M2:光モジュール
L1:出射光
L2:反射光
W:単結晶ウエハ
θ1、θ2:エッチング面の傾斜角度[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical path changer used in the fields of optical communication and optical information communication, a manufacturing method thereof, and an optical module using the same.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In a surface mount type optical transmission module, the light emitted from a surface emitting laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser (hereinafter also referred to as VCSEL)) excellent in operating current and temperature characteristics is changed by the reflecting surface of a substrate having a predetermined shape. It is possible to easily make an optical connection to an optical element such as an optical fiber. In addition, by mounting the light receiving element on the surface to be the reflecting surface of the base, it becomes easy to monitor the output of the VCSEL.
[0003]
By the way, when the above-mentioned optical path changer is formed of single crystal silicon that is preferably used as a substrate of an optical transmission module, the reflection surface of the optical path changer is formed by anisotropic etching of the substrate, so that it can be flattened with high accuracy. the reflection surface can be manufactured, such.
[0004]
However, to produce a flat reflection surface with high accuracy the substrate by anisotropic etching, it is necessary to select a low substrate impurity, and their preparation for the limited addition costly. That is, for example, a high-cost silicon substrate manufactured by the FZ (floating zone) method is selected. This is because, for example, a silicon substrate manufactured by a relatively inexpensive method such as the CZ (Chocoral Ski) method is likely to have a defect in the crystal because impurities are mixed in the manufacturing process. Such defects during the anisotropic etching, a pit is formed on the etched surface, it is unable to produce a flat reflection surface.
[0005]
Also, even when a silicon substrate fabricated by the FZ method, to produce a flat reflection surface with high accuracy, it is necessary to optimize the etching conditions, such optimization is not easy .
[0006]
When an optical semiconductor element such as a light receiving element is mounted using the optical path changer as described above, it is mounted on a surface formed by anisotropic etching, and this surface is inclined with respect to the substrate surface. Therefore, there arises a problem that it is difficult to mount a large number of optical semiconductor elements with high accuracy.
[0007]
Furthermore, when the optical path changer is mounted on the mounting substrate, the optical path changer is pressed and adhered to the mounting substrate, so that the electrode wiring connected to the light receiving element may be disconnected at the edge of the optical path changer. There was a problem that there was.
[0008]
Therefore, the present invention solves the above-described problems, and can easily and quickly provide an optical path changer having a surface with excellent flatness as a light reflecting surface or an element mounting surface. An object of the present invention is to provide a highly reliable optical module capable of highly efficient optical connection with a body.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the optical path changer of the present invention has a columnar shape , and the upper and lower surfaces of the main body made of single crystal silicon are (111) planes formed by anisotropic etching or equivalent flat surfaces thereof. , and the non-etched portion of the side surface of the body is a surface or a plane equivalent obtained by 4.7 ° ~14.7 ° inclined to the [110] direction from the (100) plane, for receiving the incident light together, a part of light by reflecting Ri element arrangement surface der the light receiving elements are arranged to the optical path conversion in a predetermined direction, between the element arrangement surface and the lower surface of the body, for the ohmic contact characterized Rukoto impurity diffusion region is not formed.
[0011]
Further, in particular, the surface on which the light receiving element reflects light is perpendicular to the lower surface of the main body, and is optically path-changed at an angle of 90 ° with respect to incident light from the lower surface side so as to extend in a substantially horizontal direction. It is characterized by being emitted light .
[0012]
In particular, the light receiving element is made of an InGaAs / InP compound semiconductor material.
The method of manufacturing an optical path changer according to the present invention includes anisotropic etching on both main surfaces of a single crystal wafer, thereby forming V grooves alternately positioned on both main surfaces in a plurality of strips, A step of forming columnar portions formed on both sides of the V-groove and having a parallelogram shape and different thicknesses alternately, and a columnar portion having a larger thickness are removed by removing the columnar portion having a smaller thickness. A part of the non-etched surface of the column-shaped main body that receives incident light and reflects the part of the light to change the optical path in a predetermined direction, thereby providing an element arrangement surface. It is characterized by that.
[0014]
The method of manufacturing an optical path changer according to the present invention includes anisotropic etching on both main surfaces of a single crystal wafer, thereby forming V grooves alternately positioned on both main surfaces in a plurality of strips, A step of forming columnar portions formed on both sides of the V-groove and having a parallelogram shape and different thicknesses alternately, and a columnar portion having a larger thickness are removed by removing the columnar portion having a smaller thickness. A part of the non-etched surface of the columnar main body is a light reflecting surface for changing the optical path of incident light in a predetermined direction.
[0015]
The method of manufacturing an optical path changer according to the present invention includes a step of forming an impurity diffusion region of a semiconductor at a boundary portion between one main surface of the single crystal wafer and the element disposition surface, and the element disposition surface side And an ohmic junction of the optical semiconductor element to the impurity diffusion region.
[0016]
The optical module according to claim 1, wherein the surface light emitting element and the light emitted from the surface light emitting element are reflected on a low position surface of the substrate on which the low position surface and the high position surface having a height difference are formed. An optical path changing body is provided, and an optical transmission body for allowing reflected light from the optical path changing body to enter the high position surface.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment according to the present invention will be described in detail based on the drawings schematically shown.
[0018]
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an optical module M1 of a reference form in which a light receiving element is removed from the optical module of the present invention.
[0019]
The optical module M1 includes a surface
[0020]
Here, the
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
First, as shown in a plan view in FIG. 2 and a cross-sectional view along line AA ′ in FIG. 2, a
[0024]
The
[0025]
Next, dicing is performed on the line D shown on both sides of the
A part of the non-etched surface of the columnar main body obtained in this way is used as a light reflecting surface for changing the optical path of incident light in a predetermined direction, or an element arrangement surface on which an optical semiconductor element is provided.
[0026]
For example, a VCSEL is used as the surface
[0027]
In addition to the optical fiber, the
[0028]
Thus, the inclined surface using the anisotropic etching technique is not used as the inclined surface for light reflection, and both main surfaces of the mirror-polished wafer can be used as the light reflecting surface or the element arrangement surface of the optical semiconductor element. It is possible to provide an excellent optical path changer having a light reflecting surface or an element arrangement surface with excellent flatness.
[0029]
Further, the optical path changer can be manufactured at a very low cost because it can be collectively manufactured by a wafer process.
[0030]
In addition, since an optical path changer that changes the optical path at a predetermined angle with respect to the incident light can be provided depending on the wafer surface orientation, an arbitrary inclination angle can be formed, and the outgoing light from the surface light emitting element can be efficiently transmitted to the incident optical system. Can be provided.
[0031]
Furthermore, by using single crystal silicon as the optical path changer, when an optical semiconductor element is formed directly on a silicon substrate, or when a compound semiconductor material different from silicon is used as the optical semiconductor element, a plurality of semiconductor elements are formed on another compound semiconductor substrate. Can be bonded to the silicon substrate surface on which a plurality of optical path changers are formed at once, so that an excellent optical path changer with a light receiving element can be realized with reduced mounting costs. .
[0032]
It will now be described engagement Ru implementation form the present invention.
[0033]
As shown in a perspective view in FIG. 4, an
[0034]
Further, when the
[0035]
In the
[0036]
Using the
[0037]
Thus, according to the optical module M2, the same effect as that of the optical module M1 is achieved, and more than a predetermined amount (for example, 1 × 10 18 cm −3 or more) of impurities between the element arrangement surface and the lower surface of the optical path changer. Since the concentration is diffused, it is not necessary to form the electric signal line and the current supply line of the light receiving element formed of a metal thin film on two surfaces, and the electric wiring is not disconnected at the edge of the optical path changer.
[0038]
【Example】
Next, a more specific example of the optical module of the present invention will be described.
<Reference example>
In the optical module M1 shown in FIG. 1, the
[0039]
Here, the substrate 1 is made of silicon, which is particularly characterized in that the material is manufactured by the CZ method and the cost is low, and the step is formed by anisotropic etching. The mounting
[0040]
Moreover, the
[0041]
First, as shown in FIG. 2, a wafer W having front and back surfaces 10 and 13 polished to a mirror surface by MCP and having a surface inclined by 9.7 ° from the (100) surface is used.
[0042]
As shown in FIG. 3, since the wafer W is inclined 9.7 ° from (100) in the [110] direction, the inclination angle θ1 is 45 ° and θ2 is 64.4 °. Note that θ1 needs to be set to θ1 = 45 ° in order to convert the optical path by 90 °, and this formation was performed with high accuracy by anisotropic etching.
[0043]
Further, the formation region of the
[0044]
Next, the
[0045]
And it cut | disconnected by dicing along the line D shown in FIG. 3, and it cut | divided so that it might become each optical path change body. At that time, the smaller
[0046]
Next, as shown in FIG. 1, the optical path reflector 2 produced in this way was accurately positioned and mounted and fixed using an alignment marker (not shown) on the substrate 1 as a mounting substrate. In this case, AuSu solder was used as a fixing material.
[0047]
Further, the
[0048]
Thus, according to the optical module M1, the light reflection surface because it utilizes a mirror processed {100} plane, it can be realized reflection surface that is planarized with high accuracy. Further, since it is not necessary to flatten the etching surface with high accuracy in anisotropic etching, a silicon substrate manufactured by various manufacturing methods such as FZ method and CZ method can be used. rocking like there is no need to perform and eliminates the optimization of etching conditions. In addition, the optical path reflector is etched from both sides of the silicon wafer, so that the cross section is substantially parallelogram and the top surface of the optical path converter is flattened. Can also be implemented.
[0049]
<Example>
Next, another embodiment shown in FIGS. 4 and 5 will be described.
[0050]
The
[0051]
And as shown in FIG. 4, the
[0052]
Further, the optical module M2 shown in FIG. 5 is configured in the same manner as the optical module M1 already described, except that the
[0053]
In this embodiment, B (boron) is ion-implanted into the boundary portion between the
[0054]
Next, the
[0055]
Then, on another semiconductor substrate, for example, an n + -type GaAs substrate, an n-type GaAs layer having a thickness of 1.0 μm and an impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 , a thickness of 4.0 μm and an impurity concentration of 1 × 10 15 cm −3 . An i-type GaAs layer having a thickness of 0.5 μm and an impurity concentration of 1 × 10 15 cm −3 is formed, and p-type impurity Zn is diffused by about 0.5 μm from the window of the uppermost p-type GaAs layer. After mesa etching, p and n electrodes were formed to produce an
[0056]
Thereafter, in order to obtain a desired light intensity reflected to the optical fiber, a dielectric multilayer film using a high refractive material and a low refractive material may be formed on the
[0057]
Then, after fixing the surface of the GaAs substrate on which the
[0058]
Further, the optical semiconductor element fixed to the glass substrate is aligned with the reflective surface of the silicon substrate surface, brought into contact with hydrogen bonds, WAX is removed, heat treatment is performed at 300 to 400 ° C., and the
[0059]
Even when an
[0060]
The
[0061]
Thus, according to the optical module M2 of the present invention, in addition to the operations and effects of the optical module M1 of the reference example , the following effects can be obtained. Since the light receiving elements are bonded together by bonding the substrates to the silicon substrate surface before dicing and cutting, mounting time is reduced compared to the conventional mounting of each light receiving element on an etched slope. Implementation of accuracy was achieved.
[0063]
In addition, the mounting substrate and the electrode of the optical path changer with the light receiving element are coupled to each other through a high concentration impurity region present at the end of the optical path changer with the light receiving element. As a result, since the electrode is not wired at the edge portion of the optical path changer with the light receiving element, disconnection does not occur.
[0064]
【The invention's effect】
According to the optical path converter according to 請 Motomeko 1, anisotropic etching technique without using a slope for the light reflecting inclined plane with the light reflecting surface or a light both main surfaces of easily wafer mirror-polished can be an element arrangement surface of the semiconductor device can provide excellent optical path converter having excellent element arrangement surface flatness.
[0065]
Further, according to the manufacturing method of the optical path converting element according to 請
[0066]
Further, according to the optical path converter according to 請
[0067]
In the optical path converting element according to 請 Motomeko 1, the receiving element can be disposed on the element arrangement surface, it is possible to accurately monitor the light emitted from the surface light-emitting element, the reflected light from the light-receiving element It is possible to provide an excellent optical module that can efficiently enter the optical transmitter.
[0068]
Further, according to the optical path converter according to 請 Motomeko 1, between the lower surface and the element arrangement surface of the optical path conversion member, since the impurity diffusion region for ohmic contact is formed, the optical semiconductor at the metal thin film It is not necessary to form the electrode pattern of the element on the two surfaces of the optical path changer, and an optical module with excellent reliability can be provided in which the metal thin film is not broken at the edge of the optical path changer.
[0069]
Then, according to the optical modules described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating a reference embodiment in which a light receiving element is removed from an optical path changer and an optical module according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view for schematically explaining the method of manufacturing the optical path changer according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 2;
The engagement Ru optical path converter to the present invention; FIG is a perspective view illustrating schematically.
The optical module engaging Ru in the present invention; FIG is a perspective view illustrating schematically.
[Explanation of symbols]
1:
5a: light receiving part 5b: electrode pad 6: adhesive member (adhesive surface)
7: Electric signal line 8: Current supply line 9:
Claims (7)
前記本体の側面の非エッチング部は、(100)面から[110]方向へ4.7°〜14.7°傾斜させた面またはその等価な面であって、入射光を受光するとともに、その光の一部を反射させて所定方向へ光路変換させる受光素子が配設された素子配設面であり、
前記本体の下面と前記素子配設面との間に、オーミックコンタクト用の不純物拡散領域が形成されていることを特徴とする光路変換体。The upper and lower surfaces of the main body made of columnar single crystal silicon are (111) planes formed by anisotropic etching or equivalent flat surfaces thereof .
The non-etched portion on the side surface of the main body is a surface inclined by 4.7 ° to 14.7 ° in the [110] direction from the (100) surface, or an equivalent surface thereof, and receives incident light. element arrangement surface der the light receiving elements are arranged which by reflecting part of the light to the optical path conversion in a predetermined direction is,
Between the lower surface and the element arrangement surface of the body, the optical path converter which is characterized that you have impurity diffusion region for ohmic contact is formed.
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