JPH04230088A - 光モジュールの製造方法 - Google Patents
光モジュールの製造方法Info
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- JPH04230088A JPH04230088A JP3159488A JP15948891A JPH04230088A JP H04230088 A JPH04230088 A JP H04230088A JP 3159488 A JP3159488 A JP 3159488A JP 15948891 A JP15948891 A JP 15948891A JP H04230088 A JPH04230088 A JP H04230088A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
- G02B6/4228—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements
- G02B6/4232—Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements using the surface tension of fluid solder to align the elements, e.g. solder bump techniques
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
- H01S5/0234—Up-side down mountings, e.g. Flip-chip, epi-side down mountings or junction down mountings
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は心合せ方法に関する。更
に詳細には、本発明はレーザのような光子デバイスを光
通信システムの構成部品と永久的に心合せさせる方法に
関する。
に詳細には、本発明はレーザのような光子デバイスを光
通信システムの構成部品と永久的に心合せさせる方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年大いに進歩したものの一つは、長距
離を低歪で、しかも低コストで極めて多量の情報を伝送
するための光通信システムの使用量が増大したことであ
る。光システムは本質的に動作速度が極めて高速なので
、この光システムはコンピュータなどの目的にも使用す
ることが見込まれる。これらの理由により、このような
システムで使用するための様々な光子パッケージを製造
する精力的な開発作業が行われている。光子デバイスと
は、一般的に、電気信号に応答してコヒーレントな光を
発生するレーザ、および光に応答して電気信号を発生す
る光検出器のような、電子的属性と光学的属性の両方の
属性を共有するデバイスのことである。
離を低歪で、しかも低コストで極めて多量の情報を伝送
するための光通信システムの使用量が増大したことであ
る。光システムは本質的に動作速度が極めて高速なので
、この光システムはコンピュータなどの目的にも使用す
ることが見込まれる。これらの理由により、このような
システムで使用するための様々な光子パッケージを製造
する精力的な開発作業が行われている。光子デバイスと
は、一般的に、電気信号に応答してコヒーレントな光を
発生するレーザ、および光に応答して電気信号を発生す
る光検出器のような、電子的属性と光学的属性の両方の
属性を共有するデバイスのことである。
【0003】レーザ光源モジュールのような光子パッケ
ージを製造する際の基本的問題は、レーザのようなデバ
イスと光導波路とを心合せすることである。“ジャーナ
ルオブ ライトウヱイブ テクノロジー(Jour
nal of Lightwave Technolo
gy) ”7巻、10号(1989年10月),153
0〜1539頁のシー・エッチ・ヘンリー(C.H.H
enry) ,ジー・イー・ブロンダー(G.E.Bl
onder) およびアール・エフ・カザリノフ(R.
F.Kazarinov) の「ハイブリッド光パッケ
ージ用のシリコン上のガラス製導波路」と題する論文中
でも指摘されているように、単結晶シリコンはこのよう
なモジュールの製造用材料として極めて優れている。シ
リコンの利点は本質的に、集積回路技術におけるその集
中的な使用から得られる。公知の加工技術により、様々
な電気的特性と高い精度を有する様々な構造の単結晶シ
リコンを製造することができる。例えば、サブミクロン
オーダーのデバイス造作を作成するために、光リソグラ
フ用のマスキング技術とエッチング技術を普遍的に使用
できる。前記の論文は、シリコン基板の表面上に導波路
を形成し、この導波路を基板上に実装されている他の光
子素子類と正確に心合せすることができる、これらの属
性の利点の獲得方法を開示している。
ージを製造する際の基本的問題は、レーザのようなデバ
イスと光導波路とを心合せすることである。“ジャーナ
ルオブ ライトウヱイブ テクノロジー(Jour
nal of Lightwave Technolo
gy) ”7巻、10号(1989年10月),153
0〜1539頁のシー・エッチ・ヘンリー(C.H.H
enry) ,ジー・イー・ブロンダー(G.E.Bl
onder) およびアール・エフ・カザリノフ(R.
F.Kazarinov) の「ハイブリッド光パッケ
ージ用のシリコン上のガラス製導波路」と題する論文中
でも指摘されているように、単結晶シリコンはこのよう
なモジュールの製造用材料として極めて優れている。シ
リコンの利点は本質的に、集積回路技術におけるその集
中的な使用から得られる。公知の加工技術により、様々
な電気的特性と高い精度を有する様々な構造の単結晶シ
リコンを製造することができる。例えば、サブミクロン
オーダーのデバイス造作を作成するために、光リソグラ
フ用のマスキング技術とエッチング技術を普遍的に使用
できる。前記の論文は、シリコン基板の表面上に導波路
を形成し、この導波路を基板上に実装されている他の光
子素子類と正確に心合せすることができる、これらの属
性の利点の獲得方法を開示している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記の論文により象徴
される進歩のような持続的進歩が為されているにも拘ら
ず、長期間にわたって使用できるような形で、光出力導
波路と正確に見当合わせされた、半導体レーザを含有す
る低コストのレーザモジュールを製造する問題は厄介な
ままである。半導体レーザは一般的に、シリコンよりも
構造的に一層脆いリン化インジウム(InP)のような
半導体化合物材料からできている。
される進歩のような持続的進歩が為されているにも拘ら
ず、長期間にわたって使用できるような形で、光出力導
波路と正確に見当合わせされた、半導体レーザを含有す
る低コストのレーザモジュールを製造する問題は厄介な
ままである。半導体レーザは一般的に、シリコンよりも
構造的に一層脆いリン化インジウム(InP)のような
半導体化合物材料からできている。
【0005】更に、デバイスに対する長期損傷を避ける
ために、適当な放熱のための、レーザからの熱通路を配
設しなければならない。従って、このような様々な要件
を満たし、しかも、高い熟練度が無くても大量生産する
ことのできる光子モジュールの製造方法の開発が強く求
められている。
ために、適当な放熱のための、レーザからの熱通路を配
設しなければならない。従って、このような様々な要件
を満たし、しかも、高い熟練度が無くても大量生産する
ことのできる光子モジュールの製造方法の開発が強く求
められている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の実例的な実施例
によれば、若干量のハンダが配置された第2の面から変
位(位置ずれ)された基準面を取付部材中に最初に画成
することにより、レーザのような第1の部材を単結晶シ
リコンのような第2の部材と所定の心合せして取り付け
る。レーザは、レーザの一部分がハンダ上に覆いかぶさ
るように、シリコン取付部材の基準面と接触し、第1の
ギャップにより第2の面からは分離され、そして、微小
な第2のギャップによりハンダから分離されている。次
に、ハンダが溶融され、レーザの下部面と接触するのに
十分なほど、第2の面上に集められる。その後、ハンダ
は冷却され、第1のギャップは一定のままで残り、ハン
ダはレーザとシリコン取付部材とを接合する。
によれば、若干量のハンダが配置された第2の面から変
位(位置ずれ)された基準面を取付部材中に最初に画成
することにより、レーザのような第1の部材を単結晶シ
リコンのような第2の部材と所定の心合せして取り付け
る。レーザは、レーザの一部分がハンダ上に覆いかぶさ
るように、シリコン取付部材の基準面と接触し、第1の
ギャップにより第2の面からは分離され、そして、微小
な第2のギャップによりハンダから分離されている。次
に、ハンダが溶融され、レーザの下部面と接触するのに
十分なほど、第2の面上に集められる。その後、ハンダ
は冷却され、第1のギャップは一定のままで残り、ハン
ダはレーザとシリコン取付部材とを接合する。
【0007】シリコン取付部材は、シリコン取付部材の
一方の面上に配設される光導波路と正確に見当合わせす
べき基準面を有するように作製されている。従って、レ
ーザが基準面上にしかっりと保持され、しかも、第1の
ギャップが一定に維持されている限り、レーザを光導波
路と心合せさせることができる。ハンダが溶融され、そ
の後、冷却されてレーザと接合を形成する際、レーザは
模様付冷間圧接(textured cold wel
ding) により基準面に粘着させ、その場に保持し
ておくことが好ましい。ハンダ接合が形成された後、ハ
ンダはレーザにとって比較的大きな伝熱体を構成する。 この伝熱体はその後の動作中にレーザに損傷が加わるこ
とを防止する。粘着は、脆い半導体に、常用の圧縮溶接
に伴うような、過大な応力が加わることを避けながら実
施することができる。従って、重大な損傷の危険性は生
じない。
一方の面上に配設される光導波路と正確に見当合わせす
べき基準面を有するように作製されている。従って、レ
ーザが基準面上にしかっりと保持され、しかも、第1の
ギャップが一定に維持されている限り、レーザを光導波
路と心合せさせることができる。ハンダが溶融され、そ
の後、冷却されてレーザと接合を形成する際、レーザは
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ding) により基準面に粘着させ、その場に保持し
ておくことが好ましい。ハンダ接合が形成された後、ハ
ンダはレーザにとって比較的大きな伝熱体を構成する。 この伝熱体はその後の動作中にレーザに損傷が加わるこ
とを防止する。粘着は、脆い半導体に、常用の圧縮溶接
に伴うような、過大な応力が加わることを避けながら実
施することができる。従って、重大な損傷の危険性は生
じない。
【0008】下記において詳細に説明するように、基準
面は、メタライズ(金属化)三角状突起の列を有するよ
うに作製されることが好ましい。レーザのメタライズ(
金属化)表面はこの基準面と接触し、模様付冷間圧接を
形成する。三角状突起は光リソグラフィーのマスキング
およびエッチングにより極めて高い精度で作製すること
ができる。レーザが基準面に対して正確に見当合わせさ
れるように接合を形成させることができる。
面は、メタライズ(金属化)三角状突起の列を有するよ
うに作製されることが好ましい。レーザのメタライズ(
金属化)表面はこの基準面と接触し、模様付冷間圧接を
形成する。三角状突起は光リソグラフィーのマスキング
およびエッチングにより極めて高い精度で作製すること
ができる。レーザが基準面に対して正確に見当合わせさ
れるように接合を形成させることができる。
【0009】好ましい実施例では、シリコン取付部材の
ペデスタル(台座)の上面に2個の基準面が画成される
。2個のペデスタル間に含有されるハンダに橋を架ける
ように、2個のペデスタルの上部基準面に対してレーザ
を模様付冷間圧接させる。ハンダがレーザの下面と接触
し、硬化した時、若干荒っぽい取り扱いを受けるような
苛酷な条件下に置かれても、心合せが狂わないようにレ
ーザはしかっりと支持されていることが認められる。
ペデスタル(台座)の上面に2個の基準面が画成される
。2個のペデスタル間に含有されるハンダに橋を架ける
ように、2個のペデスタルの上部基準面に対してレーザ
を模様付冷間圧接させる。ハンダがレーザの下面と接触
し、硬化した時、若干荒っぽい取り扱いを受けるような
苛酷な条件下に置かれても、心合せが狂わないようにレ
ーザはしかっりと支持されていることが認められる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を更に詳細
に説明する。本発明の本質を明確に記載するために、図
面および下記の説明は著しく単純化されている。また、
実例は寸法通りに作図されているわけではなく、実際に
は、その実例の特定の顕著な特徴的部分を明確に示すた
めに意図的に変形して図示されている。
に説明する。本発明の本質を明確に記載するために、図
面および下記の説明は著しく単純化されている。また、
実例は寸法通りに作図されているわけではなく、実際に
は、その実例の特定の顕著な特徴的部分を明確に示すた
めに意図的に変形して図示されている。
【0011】図1を参照する。ここには、本発明の実施
例によりレーザ光源モジュールの一部としてレーザを取
り付けることが望ましい単結晶シリコン取付部材11の
一部分が模式的に図示されている。シリコン取付部材1
1の一方の表面上に含まれるものは酸化物層12である
。この酸化物層12は、この酸化物層中に画成された光
導波路13をその上面に有する。前記のヘンリーらの論
文中にも記載されているように、導波路13は高さが約
5ミクロンの6%リンガラスの導波路コア14を有する
。このコアは約5ミクロンの厚さの2%リンガラスで被
覆されている。酸化物層12の厚さは約15ミクロン程
度である。
例によりレーザ光源モジュールの一部としてレーザを取
り付けることが望ましい単結晶シリコン取付部材11の
一部分が模式的に図示されている。シリコン取付部材1
1の一方の表面上に含まれるものは酸化物層12である
。この酸化物層12は、この酸化物層中に画成された光
導波路13をその上面に有する。前記のヘンリーらの論
文中にも記載されているように、導波路13は高さが約
5ミクロンの6%リンガラスの導波路コア14を有する
。このコアは約5ミクロンの厚さの2%リンガラスで被
覆されている。酸化物層12の厚さは約15ミクロン程
度である。
【0012】酸化物層12の隣には、シリコン本体11
から延びる一対のペデスタル16が配置されている。ペ
デスタルの上面には複数個の三角状突起17が形成され
ている。この三角状突起はレーザの粘着または一時的な
取付に使用される。ペデスタルの上面は薄い金属膜18
によりメタライズ化されている。この上面は後記で説明
されるように、レーザ取付用の基準面を構成する。シリ
コン取付部材11の第2の面19はペデスタルの上面か
ら変位されており、メタライズ層21および22を有す
る。当業者に周知なように、メタライズ層を形成する前
に、シリコン表面に酸化物層を形成しておき、メタライ
ズ層を電気的に絶縁することが好ましい。メタライズ層
21は半導体レーザのp形導電部位に電圧を印加するた
めのリードを構成し、一方、メタライズ層22はレーザ
のn形導電部位に電圧を印加する。
から延びる一対のペデスタル16が配置されている。ペ
デスタルの上面には複数個の三角状突起17が形成され
ている。この三角状突起はレーザの粘着または一時的な
取付に使用される。ペデスタルの上面は薄い金属膜18
によりメタライズ化されている。この上面は後記で説明
されるように、レーザ取付用の基準面を構成する。シリ
コン取付部材11の第2の面19はペデスタルの上面か
ら変位されており、メタライズ層21および22を有す
る。当業者に周知なように、メタライズ層を形成する前
に、シリコン表面に酸化物層を形成しておき、メタライ
ズ層を電気的に絶縁することが好ましい。メタライズ層
21は半導体レーザのp形導電部位に電圧を印加するた
めのリードを構成し、一方、メタライズ層22はレーザ
のn形導電部位に電圧を印加する。
【0013】図2を参照する。ここには半導体レーザ2
4を取り付けることが望ましいペデスタル16を含有す
るシリコン取付部材11の断面構造が図示されている。 レーザ24はn形導電部分25とp形導電部分26を有
する。この両部分の間に半導体ジャンクション27を画
成する。このジャンクション27は、公知の半導体レー
ザの原理に従って、コヒーレント光を発光することがで
きる。公知のレーザデバイスの原理に従って、一般的に
、その他の様々な半導体レーザをデバイス中で使用する
こともできる。しかし、簡潔さと、単純化のために、こ
れらについては図示も、説明もしない。シリコン取付部
材の使用目的は、ジャンクション27が図1の光導波路
13と心合せされるように、レーザ24を取付、かつ、
保持することである。メタライズ層28はn形導電部位
25に対する接点を構成する。
4を取り付けることが望ましいペデスタル16を含有す
るシリコン取付部材11の断面構造が図示されている。 レーザ24はn形導電部分25とp形導電部分26を有
する。この両部分の間に半導体ジャンクション27を画
成する。このジャンクション27は、公知の半導体レー
ザの原理に従って、コヒーレント光を発光することがで
きる。公知のレーザデバイスの原理に従って、一般的に
、その他の様々な半導体レーザをデバイス中で使用する
こともできる。しかし、簡潔さと、単純化のために、こ
れらについては図示も、説明もしない。シリコン取付部
材の使用目的は、ジャンクション27が図1の光導波路
13と心合せされるように、レーザ24を取付、かつ、
保持することである。メタライズ層28はn形導電部位
25に対する接点を構成する。
【0014】シリコン取付部材11の第2の面19上の
メタライズ層21の一部分の上部には、ハンダメッキ層
29が存在する。このハンダメッキ層は、自己の高さよ
りも遥かに大きな、長さと幅寸法を有する。ハンダメッ
キ層の高さは、ハンダ層とレーザの下面との間に認識可
能な空隙30が存在するような高さである。ハンダ層2
9は蒸着または電子ビーム蒸着により第2の面上に形成
することができる。これらの方法は何れも当業者に周知
であり、簡潔さのためにこれ以上説明しない。ハンダの
一部分はメタライズ層21および第2の面の酸化物層含
有シリコン部分上の一部分の上に配置されている。
メタライズ層21の一部分の上部には、ハンダメッキ層
29が存在する。このハンダメッキ層は、自己の高さよ
りも遥かに大きな、長さと幅寸法を有する。ハンダメッ
キ層の高さは、ハンダ層とレーザの下面との間に認識可
能な空隙30が存在するような高さである。ハンダ層2
9は蒸着または電子ビーム蒸着により第2の面上に形成
することができる。これらの方法は何れも当業者に周知
であり、簡潔さのためにこれ以上説明しない。ハンダの
一部分はメタライズ層21および第2の面の酸化物層含
有シリコン部分上の一部分の上に配置されている。
【0015】ペデスタル16の三角状突起17の上に載
置されているレーザのメタライズ面は、模様付冷間圧接
によりレーザをシリコン取付部材に接合させることがで
きる。半導体レーザ24は一般的に、InPのような比
較的脆い材料から作製されているが、三角状突起のサイ
ズおよび密度は、比較的小さな加圧力で模様付冷間圧接
を可能にするのに十分なほど小さい。従って、レーザに
対して押下力を加え、ペデスタル16の上面に沿って基
準面18に対してレーザをしっかりと当接させることに
より、図3に示されるように、レーザはシリコン取付部
材11に粘着される。模様付冷間圧接は、鋭角突起が当
接対象物に伝達される力を著しく集中するという原理に
より達成される。従って、レーザにはたらく面積あたり
の実際の圧力が極めて小さい(この力は少なくともレー
ザに対する損傷を避けるのに十分なほど小さい)として
も、メタライズ表面は突起17の尖端に著しい押圧力集
中を生じる。この押圧力集中は各突起17の尖端で僅か
な局所的冷間圧接を形成するのには十分なものである。
置されているレーザのメタライズ面は、模様付冷間圧接
によりレーザをシリコン取付部材に接合させることがで
きる。半導体レーザ24は一般的に、InPのような比
較的脆い材料から作製されているが、三角状突起のサイ
ズおよび密度は、比較的小さな加圧力で模様付冷間圧接
を可能にするのに十分なほど小さい。従って、レーザに
対して押下力を加え、ペデスタル16の上面に沿って基
準面18に対してレーザをしっかりと当接させることに
より、図3に示されるように、レーザはシリコン取付部
材11に粘着される。模様付冷間圧接は、鋭角突起が当
接対象物に伝達される力を著しく集中するという原理に
より達成される。従って、レーザにはたらく面積あたり
の実際の圧力が極めて小さい(この力は少なくともレー
ザに対する損傷を避けるのに十分なほど小さい)として
も、メタライズ表面は突起17の尖端に著しい押圧力集
中を生じる。この押圧力集中は各突起17の尖端で僅か
な局所的冷間圧接を形成するのには十分なものである。
【0016】模様付冷間圧接が形成された後、この装置
を加熱し、ハンダ層29を溶融する。本質的に、どんな
ハンダも溶融状態では極めて稠密であることを特徴とす
るが、ハンダは表面張力により有意なメニスカスを形成
する。大抵のハンダの別の特徴は、大抵の金属には極め
て良く“濡れる”が、酸化シリコン膜には殆ど“濡れな
い”ことである。従って、ハンダ29が溶融された場合
、ハンダは集合し、そして酸化シリコン面19から落下
するか、または“濡れ落ち(de−wet)”る。本発
明によれば、空隙30は、溶融ハンダが集合した後、図
3に示されるように、このハンダがメタライズ面31に
接触するのに十分なほど小さく形成されている。模様付
冷間圧接またはレーザの粘着は、レーザがこの工程中に
移動することを防止し、また、ハンダが冷却した後は、
レーザはシリコン取付部材11にしっかりと接合される
。このハンダ接続方法の別の利点は、本質的に、レーザ
とシリコン取付部材との間に比較的強固なハンダ接続2
9を形成することである。また、球状のハンダ塊29は
レーザ24のジャンクション27に動作中に発生される
熱を移動させるための有効な伝熱体としても機能する。
を加熱し、ハンダ層29を溶融する。本質的に、どんな
ハンダも溶融状態では極めて稠密であることを特徴とす
るが、ハンダは表面張力により有意なメニスカスを形成
する。大抵のハンダの別の特徴は、大抵の金属には極め
て良く“濡れる”が、酸化シリコン膜には殆ど“濡れな
い”ことである。従って、ハンダ29が溶融された場合
、ハンダは集合し、そして酸化シリコン面19から落下
するか、または“濡れ落ち(de−wet)”る。本発
明によれば、空隙30は、溶融ハンダが集合した後、図
3に示されるように、このハンダがメタライズ面31に
接触するのに十分なほど小さく形成されている。模様付
冷間圧接またはレーザの粘着は、レーザがこの工程中に
移動することを防止し、また、ハンダが冷却した後は、
レーザはシリコン取付部材11にしっかりと接合される
。このハンダ接続方法の別の利点は、本質的に、レーザ
とシリコン取付部材との間に比較的強固なハンダ接続2
9を形成することである。また、球状のハンダ塊29は
レーザ24のジャンクション27に動作中に発生される
熱を移動させるための有効な伝熱体としても機能する。
【0017】冷間圧接による粘着がなされた後、レーザ
のジャンクション27が図1の導波路13と心合せされ
るように、ペデスタル16の上面の基準面18の高さは
レーザ24の寸法に対して入念に、かつ、正確に選択す
る。この意図的心合せは、仮想線で表示された導波路1
3により図3に図示されている。すなわち、導波路のコ
アはジャンクション27と心合せされている。ペデスタ
ル16は単結晶シリコンなので、三角状突起17は、公
知の光リソグラフのマスキングおよびエッチング方法に
より極めて高い公差で形成することができる。エッチン
グは異方性エッチングであり、この方法は当業者に公知
であり、また、結晶学的面が三角状突起17の側面を画
成するように実施することもできる。これは全く簡単な
処理であり、その後、ペデスタル16を画成するために
シリコン基板11を蝕刻する。
のジャンクション27が図1の導波路13と心合せされ
るように、ペデスタル16の上面の基準面18の高さは
レーザ24の寸法に対して入念に、かつ、正確に選択す
る。この意図的心合せは、仮想線で表示された導波路1
3により図3に図示されている。すなわち、導波路のコ
アはジャンクション27と心合せされている。ペデスタ
ル16は単結晶シリコンなので、三角状突起17は、公
知の光リソグラフのマスキングおよびエッチング方法に
より極めて高い公差で形成することができる。エッチン
グは異方性エッチングであり、この方法は当業者に公知
であり、また、結晶学的面が三角状突起17の側面を画
成するように実施することもできる。これは全く簡単な
処理であり、その後、ペデスタル16を画成するために
シリコン基板11を蝕刻する。
【0018】同様に、酸化膜12の堆積も高い精度で行
うことができ、導波路13と基準面18との間の正確に
規定された垂直分離を形成するために、導波路13の形
成は前記のヘンリーらの論文に開示された方法に従って
行うことができる。冷間圧接による粘着がなされた後、
レーザのジャンクション27が面19の上に所定の距離
をおいて存在し、しかも、導波路と正確に心合せされて
いるように、レーザ24の厚さは公知の半導体製造技術
により高い精度で形成される。言うまでもなく、様々な
メタライゼーションのコントロールも重要であるが、こ
れは公知の蒸着技術によりミクロンの何分の一の範囲内
にも容易に制御することができる。所望により、ペデス
タルの上面はもっと厚く酸化することもできるが、公知
の通り、SiO2 は結晶質ではないので、突起17は
異方性エッチングにより所望の形状に簡単に形成するこ
とはできない。酸化膜からペデスタルを画成しようとす
る場合、公知のイオンミリング、エッチングおよびその
他の様々な技法を使用することができる。
うことができ、導波路13と基準面18との間の正確に
規定された垂直分離を形成するために、導波路13の形
成は前記のヘンリーらの論文に開示された方法に従って
行うことができる。冷間圧接による粘着がなされた後、
レーザのジャンクション27が面19の上に所定の距離
をおいて存在し、しかも、導波路と正確に心合せされて
いるように、レーザ24の厚さは公知の半導体製造技術
により高い精度で形成される。言うまでもなく、様々な
メタライゼーションのコントロールも重要であるが、こ
れは公知の蒸着技術によりミクロンの何分の一の範囲内
にも容易に制御することができる。所望により、ペデス
タルの上面はもっと厚く酸化することもできるが、公知
の通り、SiO2 は結晶質ではないので、突起17は
異方性エッチングにより所望の形状に簡単に形成するこ
とはできない。酸化膜からペデスタルを画成しようとす
る場合、公知のイオンミリング、エッチングおよびその
他の様々な技法を使用することができる。
【0019】例えば、ペデスタル16の高さは約5ミク
ロンであり、レーザ24の幅は58ミクロンであり、レ
ーザのp形導電部分26の厚さは3ミクロンであり、そ
して、レーザのn形導電部分25の厚さは90ミクロン
である。溶融前のハンダ部分29の幅は約150ミクロ
ンであり、図3に示されるような集合後の寸法は約75
ミクロンにまで減少する。
ロンであり、レーザ24の幅は58ミクロンであり、レ
ーザのp形導電部分26の厚さは3ミクロンであり、そ
して、レーザのn形導電部分25の厚さは90ミクロン
である。溶融前のハンダ部分29の幅は約150ミクロ
ンであり、図3に示されるような集合後の寸法は約75
ミクロンにまで減少する。
【0020】図4はメタライズ層21と溶融前のハンダ
層29の上面図である。メタライズ層21の幅yは50
ミクロンであり、ハンダ層の長さaは250ミクロンで
あり、初期幅bは150ミクロンである。図5および図
6はレーザ24が適所に配置されていない場合のハンダ
の集合現象を示す特性図である。図5の曲線は溶融前の
ハンダの高さとハンダの寸法b(単位:ミクロン)を示
す。例えば、溶融前のハンダの寸法bは約150ミクロ
ンであり、高さは5ミクロンである。図6に示されるよ
うに、集合後の球状ハンダの幅bは約75ミクロンであ
り、高さは約25ミクロンである。これは、集合中にハ
ンダの高さが約5倍に増大したことを示す。この増大し
た高さは図2に示されるような適正に調整された空隙3
0を満たすのに十分過ぎるほどである。
層29の上面図である。メタライズ層21の幅yは50
ミクロンであり、ハンダ層の長さaは250ミクロンで
あり、初期幅bは150ミクロンである。図5および図
6はレーザ24が適所に配置されていない場合のハンダ
の集合現象を示す特性図である。図5の曲線は溶融前の
ハンダの高さとハンダの寸法b(単位:ミクロン)を示
す。例えば、溶融前のハンダの寸法bは約150ミクロ
ンであり、高さは5ミクロンである。図6に示されるよ
うに、集合後の球状ハンダの幅bは約75ミクロンであ
り、高さは約25ミクロンである。これは、集合中にハ
ンダの高さが約5倍に増大したことを示す。この増大し
た高さは図2に示されるような適正に調整された空隙3
0を満たすのに十分過ぎるほどである。
【0021】図7は様々なメタライズ層21の線幅と様
々な溶融温度における、様々なハンダ組成を有する各種
のハンダサンプルの集合特性を示すものである。縦軸は
集合前の高さh0 に対する集合後の高さhの比率であ
る。丸印で示されるサンプルは金72wt%とスズ28
wt%からなり、325℃で溶融した。図7から明らか
なように、一般的に、40ミクロンのような小さなメタ
ライズ層線幅yは100ミクロンの線幅よりも一層強力
に集合する。従って、線幅yが40ミクロンの場合、ハ
ンダの高さは約5倍増大するが、線幅が100ミクロン
の場合、ハンダ高さはたったの3倍しか増大しない。
々な溶融温度における、様々なハンダ組成を有する各種
のハンダサンプルの集合特性を示すものである。縦軸は
集合前の高さh0 に対する集合後の高さhの比率であ
る。丸印で示されるサンプルは金72wt%とスズ28
wt%からなり、325℃で溶融した。図7から明らか
なように、一般的に、40ミクロンのような小さなメタ
ライズ層線幅yは100ミクロンの線幅よりも一層強力
に集合する。従って、線幅yが40ミクロンの場合、ハ
ンダの高さは約5倍増大するが、線幅が100ミクロン
の場合、ハンダ高さはたったの3倍しか増大しない。
【0022】逆三角の記号で示されるサンプルは丸印で
示されるサンプルと同じ組成であるが、300℃にまで
しか加熱されなかった。黒四角の記号で示されるサンプ
ルは金76wt%とスズ24wt%からなり、320℃
で溶融した。正三角の記号で示されるサンプルは金76
wt%とスズ24wt%からなり、300℃で溶融した
。従って、これらのことから、同じ条件下では低い温度
よりも高い温度のほうが一般的に、強い集合を起こし、
また、金を72wt%含有するサンプルはは金を76w
t%含有するサンプルよりも強い集合を起こすことが理
解できる。 ハンダは集合した後、接触するメタライズ層21と31
を十分に濡らす。これにより、しっかりとした接続を形
成することができる。
示されるサンプルと同じ組成であるが、300℃にまで
しか加熱されなかった。黒四角の記号で示されるサンプ
ルは金76wt%とスズ24wt%からなり、320℃
で溶融した。正三角の記号で示されるサンプルは金76
wt%とスズ24wt%からなり、300℃で溶融した
。従って、これらのことから、同じ条件下では低い温度
よりも高い温度のほうが一般的に、強い集合を起こし、
また、金を72wt%含有するサンプルはは金を76w
t%含有するサンプルよりも強い集合を起こすことが理
解できる。 ハンダは集合した後、接触するメタライズ層21と31
を十分に濡らす。これにより、しっかりとした接続を形
成することができる。
【0023】模様付冷間圧接は、後のハンダ接続処理中
にレーザを適所に粘着させておくためにだけ使用される
。使用される突起17の密度は極めて低い。一例として
、各ペデスタル当たり6個しかない。前記のヘンリーら
の論文中に記載されているように、突起17は0.1〜
10ミクロンの造作寸法を有していなければならない。 一例として、各突起の高さは5ミクロンであり、シリコ
ン取付部材11の結晶学的面に沿って選択的エッチング
を行うことにより形成されている。突起上のメタライズ
層も含めて各種のメタライズ層は、チタン、白金および
金の公知の積層物からなることが好ましい。金は上面に
存在することが好ましい。その後、ペデスタルに対峙す
るレーザの上面に僅か約35グラムの押圧力を加えるこ
とにより、確実な模様付冷間圧接を行うことができる。 この押圧力は、例えば、InPからなるレーザを損傷す
るには不十分である。粘着要求は、処理中ずっと一定に
保たれる、レーザと第2の面19との間の空隙を画成す
るのにだけ十分なものである。すなわち、ハンダ接続は
レーザの垂直部分には悪影響を及ぼさない。
にレーザを適所に粘着させておくためにだけ使用される
。使用される突起17の密度は極めて低い。一例として
、各ペデスタル当たり6個しかない。前記のヘンリーら
の論文中に記載されているように、突起17は0.1〜
10ミクロンの造作寸法を有していなければならない。 一例として、各突起の高さは5ミクロンであり、シリコ
ン取付部材11の結晶学的面に沿って選択的エッチング
を行うことにより形成されている。突起上のメタライズ
層も含めて各種のメタライズ層は、チタン、白金および
金の公知の積層物からなることが好ましい。金は上面に
存在することが好ましい。その後、ペデスタルに対峙す
るレーザの上面に僅か約35グラムの押圧力を加えるこ
とにより、確実な模様付冷間圧接を行うことができる。 この押圧力は、例えば、InPからなるレーザを損傷す
るには不十分である。粘着要求は、処理中ずっと一定に
保たれる、レーザと第2の面19との間の空隙を画成す
るのにだけ十分なものである。すなわち、ハンダ接続は
レーザの垂直部分には悪影響を及ぼさない。
【0024】ハンダ29は熱パルスを用いて加熱され、
5〜30秒間の期間内にサンプル温度を300〜400
℃にまで上昇する。加熱は15%H2 の形成ガス雰囲
気下で行われる。模様付冷間圧接はそれ自体はたいして
強力ではないが、ハンダ接続で補強されるにつれて、使
用中もその保全性を維持するものと期待できる。前記の
ように組み立てた後、レーザ13のn形導電部分25の
接点28を図1のメタライズ接点22とワイヤボンディ
ングさせる。このようなボンディングは当業者に周知で
ある。当然、ハンダはレーザのp形導電部分26と図1
のメタライズ層21を相互接続し、適当な印加電圧はレ
ーザに発光を起こさせ、この発光は光導波路13により
伝搬される。公知の通り、レーザの下側にまで延びるn
形導電部分は所望により形成することもできる。このよ
うな場合、ハンダ層29と同様な第2のハンダ接続を、
ワイヤボンディングの代わりに、このようなn形導電部
分に対して形成することもできる。
5〜30秒間の期間内にサンプル温度を300〜400
℃にまで上昇する。加熱は15%H2 の形成ガス雰囲
気下で行われる。模様付冷間圧接はそれ自体はたいして
強力ではないが、ハンダ接続で補強されるにつれて、使
用中もその保全性を維持するものと期待できる。前記の
ように組み立てた後、レーザ13のn形導電部分25の
接点28を図1のメタライズ接点22とワイヤボンディ
ングさせる。このようなボンディングは当業者に周知で
ある。当然、ハンダはレーザのp形導電部分26と図1
のメタライズ層21を相互接続し、適当な印加電圧はレ
ーザに発光を起こさせ、この発光は光導波路13により
伝搬される。公知の通り、レーザの下側にまで延びるn
形導電部分は所望により形成することもできる。このよ
うな場合、ハンダ層29と同様な第2のハンダ接続を、
ワイヤボンディングの代わりに、このようなn形導電部
分に対して形成することもできる。
【0025】前記の説明から、半導体レーザ接合部を光
導波路と正確に心合せする方法を理解することができる
。レーザを基準面18に模様付冷間圧接することが好ま
しいが、ハンダ接続処理中にレーザを適所に保持してお
くことのできる何らかの別の方法が考案されるならば、
このような冷間圧接は不必要であろう。ハンダの集合は
適正な幅のメタライズ層21を使用することにより促進
させることができるが、集合現象を起こさせるのに、こ
のようなメタライズ層は必須要件ではない。同様に、ハ
ンダ29の全部を金属膜21の上に配置することもでき
、集合または球状化はハンダ層が溶融された時に、依然
として生得的に起こる。長さおよび幅がその高さを著し
く超えるようにハンダを堆積しても集合が促進されるが
、これは必須要件ではない。ハンダを堆積するための各
種の方法は何れも、その後の集合または球状化条件の利
点が得られるように使用することができる。
導波路と正確に心合せする方法を理解することができる
。レーザを基準面18に模様付冷間圧接することが好ま
しいが、ハンダ接続処理中にレーザを適所に保持してお
くことのできる何らかの別の方法が考案されるならば、
このような冷間圧接は不必要であろう。ハンダの集合は
適正な幅のメタライズ層21を使用することにより促進
させることができるが、集合現象を起こさせるのに、こ
のようなメタライズ層は必須要件ではない。同様に、ハ
ンダ29の全部を金属膜21の上に配置することもでき
、集合または球状化はハンダ層が溶融された時に、依然
として生得的に起こる。長さおよび幅がその高さを著し
く超えるようにハンダを堆積しても集合が促進されるが
、これは必須要件ではない。ハンダを堆積するための各
種の方法は何れも、その後の集合または球状化条件の利
点が得られるように使用することができる。
【0026】本発明はシリコン技術と、前記のヘンリー
らの論文中に開示された導波路形成技術を活用するが、
原則として、光導波路は常用の光ファイバまたはその他
の光ガイド素子であることもでき、また、取付部材11
はシリコン以外の各種の他の材料の何れかからなるもの
であることもできる。シリコンは酸化物であることが好
ましいが、所望により、金属およびハンダ層は裸のシリ
コン上に形成することもできる。心合せされたデバイス
はレーザ以外の、光検出器、レンズのようなデバイスま
たは心合せが重要な全てのデバイスであることもできる
。本発明の方法により製造された装置は、苛酷な使用条
件下であっても、光導波路またはその他の構造体と正確
に心合せされたデバイスを保持することができる。球状
ハンダは心合せ手段と共に、好都合な伝熱体も構成する
。
らの論文中に開示された導波路形成技術を活用するが、
原則として、光導波路は常用の光ファイバまたはその他
の光ガイド素子であることもでき、また、取付部材11
はシリコン以外の各種の他の材料の何れかからなるもの
であることもできる。シリコンは酸化物であることが好
ましいが、所望により、金属およびハンダ層は裸のシリ
コン上に形成することもできる。心合せされたデバイス
はレーザ以外の、光検出器、レンズのようなデバイスま
たは心合せが重要な全てのデバイスであることもできる
。本発明の方法により製造された装置は、苛酷な使用条
件下であっても、光導波路またはその他の構造体と正確
に心合せされたデバイスを保持することができる。球状
ハンダは心合せ手段と共に、好都合な伝熱体も構成する
。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体レーザのような光デバイスを光導波路と正確に、
しかも、簡単に心合せさせることができる。
半導体レーザのような光デバイスを光導波路と正確に、
しかも、簡単に心合せさせることができる。
【図1】本発明の実例的実施例によりレーザ光源モジュ
ールの部品として使用すべきシリコン取付部材の模式的
斜視図である。
ールの部品として使用すべきシリコン取付部材の模式的
斜視図である。
【図2】図1のレーザおよびシリコン取付部材の模式的
断面図である。
断面図である。
【図3】次の製造工程における図2の装置の模式的断面
図である。
図である。
【図4】図1および図2の装置のメタライズ層の一部の
上面図である。
上面図である。
【図5】図1および図2の装置における、ハンダ部分対
高さの関係を示すグラフである。
高さの関係を示すグラフである。
【図6】図3に示される製造工程でハンダが集合された
後の、ハンダ部分対高さのの関係を示すグラフである。
後の、ハンダ部分対高さのの関係を示すグラフである。
【図7】本発明で使用できる各種ハンダ接続の高さ対メ
タライズ線幅の関係を示すグラフである。
タライズ線幅の関係を示すグラフである。
11 シリコン取付部材
12 酸化物層
13 光導波路
14 導波路コア
16 ペデスタル
17 三角状突起
18 基準面
19 シリコン取付部材の第2の面
21 メタライズ層
22 メタライズ層
24 半導体レーザ
25 n形導電部分
26 p形導電部分
27 ジャンクション
28 メタライズ層
29 ハンダ層
30 空隙
31 メタライズ層
Claims (26)
- 【請求項1】 第2の光デバイスと予め心合せされた
第1の光デバイスを有する光モジュールの製造方法であ
って、 第1の光デバイスを第1の部材上に支持し;第2の光デ
バイスを第2の部材上に支持し;第1の光デバイスと第
2の光デバイスを心合せし;前記心合せ工程は第1およ
び第2の部材の第1の面を当接する工程からなり;前記
当接工程は第1の部材の第3の面を少なくともハンダ部
分に張り出させ、そして、空隙によりハンダから分離さ
せる工程からなり;ハンダを溶融し、第1の部材の張出
部分と十分に接触し、かつ、空隙の少なくとも一部分を
満たす程度にまでハンダを集合させ;そして、冷却して
、前記当接状態を維持しながらハンダを固化させ、これ
により、第1および第2の部材を、予め心合せされた第
1および第2のデバイスと共に、永久に接合させる;工
程からなる光モジュールの製造方法。 - 【請求項2】 第1および第2の光デバイスはレーザ
、光検出器、レンズおよび光導波路からなる群から選択
されるデバイスである請求項1の光モジュールの製造方
法。 - 【請求項3】 第2の光デバイスは第2の部材の上面
に形成された光導波路であり;第1の光デバイスはレー
ザである請求項2の光モジュールの製造方法。 - 【請求項4】 第1の部材は半導体材料から出来てお
り、レーザは第2の部材中に形成された半導体レーザで
ある請求項3の光モジュールの製造方法。 - 【請求項5】 第2の部材は単結晶シリコンから出来
ており;第2の部材の第1および第2の面は、マスキン
グおよびエッチングにより第2の部材中に形成されてお
り、これにより、第2の部材の第2のデバイスに対する
第1および第2の面の配置は極めて正確に行うことがで
きる請求項1の光モジュールの製造方法。 - 【請求項6】 ハンダ堆積工程の前に、第2の部材の
第2の面の少なくとも一部分と第1の部材の第3の面の
少なくとも一部分をメタライズし;長さと幅がそれぞれ
高さを遥かに超えるようにハンダを堆積する工程からな
る請求項1の光モジュールの製造方法。 - 【請求項7】 第2の部材は第1の面上に、第1のボ
ンディングパッドを少なくとも1個有し、かつ、第2の
部材は第2のボンディングパッドを少なくとも1個有し
;第1および第2のボンディングパッドのうちの少なく
とも一方を模様付けする工程を更に含み、該模様は高さ
が0.1〜10ミクロンの造作寸法を有し;接触工程は
、第1および第2のボンディングパッドを一緒に、これ
らを接合させるのに十分な力で押圧する工程からなる請
求項1の光モジュールの製造方法。 - 【請求項8】 第1の堆積工程の前に、第2の部材の
第2の面と第1の部材の表面を少なくとも部分的にメタ
ライズし、これにより、ハンダを第1および第2の部材
のメタライズ面に接合させる工程を更に含む請求項7の
光モジュールの製造方法。 - 【請求項9】 第1の面にハンダを堆積する工程は、
メタライズ表面部分よりも広い部分を固体形状のハンダ
が被覆するようにハンダを堆積することからなり、これ
により、溶融工程中に金属表面部分にハンダが集合する
ことが促進される請求項8の光モジュールの製造方法。 - 【請求項10】 半導体レーザをシリコン部材に取り
付ける方法であって、シリコン部材中の変位された第1
の面をマスキングおよびエッチングし、この面内に複数
個の微小突起を形成し;シリコン部材上に一対のペデス
タルを形成し、各ペデスタルは上面として第1の面を有
し、ペデスタルはシリコン部材の第2の面により分離さ
れている;前記ペデスタルの高さよりも低い高さを有す
るように、第2の面上に固体形状のハンダを堆積し;第
1の面の突起の少なくとも一部分をメタライズし;半導
体レーザの表面の2箇所をメタライズし;レーザのメタ
ライズ面がシリコン部材の第1の面の各々の上に覆いか
ぶさり、レーザがハンダの上に覆いかぶさり、こうして
空隙が形成されるように、レーザを2個のペデスタル間
に架橋し;模様付冷間圧接が形成されるように、ペデス
タルの第1の面の突起に対してレーザを押圧し;ハンダ
を溶融し、レーザを接合するのに十分な程度にまでハン
ダを集合させ;冷却し、ハンダを固化させ、レーザとシ
リコン部材の第2の面を相互接続する固化ハンダ部材を
形成する;工程からなる半導体レーザの取付方法。 - 【請求項11】 シリコン部材の第2の面の一部分を
メタライズし;固体形状のハンダの一部が非メタライズ
面上に存在し、かつ、固体形状のハンダの一部がメタラ
イズ面上に存在し、これにより、ハンダが溶融された時
に、メタライズ面上に優先的に集合するように、ハンダ
を堆積する請求項10の半導体レーザの取付方法。 - 【請求項12】 レーザと心合せさせるために、光導
波路をシリコン取付部材上に取り付ける工程を更に含む
請求項11の半導体レーザの取付方法。 - 【請求項13】 突起は0.1〜10ミクロンの造作
寸法を有する請求項10の半導体レーザの取付方法。 - 【請求項14】 シリコン部材の一部分に酸化物層を
堆積し;酸化物層の上面に光導波路を形成する工程を更
に含み;変位された第1の面は、溶融および冷却工程後
にレーザが光導波路と心合せされ、レーザから発光され
る光が光導波路により伝搬されるように選択される請求
項10の半導体レーザの取付方法。 - 【請求項15】 シリコン部材の第2の面の一部分を
メタライズし;固体形状のハンダの一部が非メタライズ
面上に存在し、かつ、固体形状のハンダの一部がメタラ
イズ面上に存在し、これにより、ハンダが溶融された時
に、メタライズ面上に優先的に集合するように、ハンダ
を堆積する請求項14の半導体レーザの取付方法。 - 【請求項16】 突起は0.1〜10ミクロンの造作
寸法を有する請求項15の半導体レーザの取付方法。 - 【請求項17】 レーザは主にInPからなり;押圧
工程は約35グラムの力でレーザを突起に対して押圧す
ることからなる請求項16の半導体レーザの取付方法。 - 【請求項18】 溶融工程は、ハンダの融点よりも十
分に高い温度にまでハンダを加熱することからなり、こ
れにより、溶融ハンダの集合を促進する請求項16の半
導体レーザの取付方法。 - 【請求項19】 ハンダは約72%の金と28%のス
ズからなる請求項18の半導体レーザの取付方法。 - 【請求項20】 突起は光リソグラフのマスキングお
よびエッチングにより形成され、エッチングは異方性エ
ッチングであり、主にシリコン部材の結晶学的面に沿っ
て行われる請求項16の半導体レーザの取付方法。 - 【請求項21】 第1の面上に光ガイド素子を支持す
る半導体部材;光ガイド素子に対して正確に配置された
半導体部材の基準面;基準面に接合され、下部に張り出
した半導体部材の第2の面を有する光子デバイス;光子
素子の下部と半導体素子の第2の面を相互接続するハン
ダ素子、このハンダ素子は第2の面にハンダを堆積し、
その後、溶融し、光子デバイスの下部と接触するのに十
分な程度にまで集合させることにより形成されている;
からなる光子モジュール。 - 【請求項22】 半導体部材はその上に2個の位置ず
れされたペデスタルが画成されており、各ペデスタルは
基準面を画成する上面を有し;光子デバイスは両方のペ
デスタルの基準面に接合されており;ハンダ素子はペデ
スタル間に配置されている請求項21の光子モジュール
。 - 【請求項23】 光子デバイスは半導体レーザである
請求項22の光子モジュール。 - 【請求項24】 酸化物層は半導体部材の第1の面上
に形成されており;光ガイド素子は酸化物層の上面に画
成された光導波路であり;半導体レーザは前記光導波路
と心合せされた発光ジャンクションを有する請求項23
の光子モジュール。 - 【請求項25】 基準面は0.1〜10ミクロンの造
作寸法を有する表面模様を含み;基準面はメタライズさ
れており;レーザは基準面に対し模様付冷間圧接される
請求項24の光子モジュール。 - 【請求項26】 模様は高さが約5ミクロンの三角状
突起からなる請求項25の光子モジュール。
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