(57)【要約】【課題】半導体チップに対する光デバイスの実装精度の向上を図ること。【解決手段】光デバイス１３０ａは、シリコンフォトニクスチップ１１０に対してはんだ層１２０ａを介して接合されている。はんだ層１２０ａは、シリコンフォトニクスチップ１１０上に形成される。また、はんだ層１２０ａは、金および錫を主成分とし、第１金錫層１２１ａと、第１金錫層１２１ａ上の第２金錫層１２３ａと、を含する。また、はんだ層１２０ａは、シリコンフォトニクスチップ１１０と光デバイス１３０ａとの対向方向の位置の変化に応じた金の含有率の変化が第１金錫層１２１ａと第２金錫層１２３ａとにおいて異なり、第１金錫層１２１ａと第２金錫層１２３ａとの間の境界面１２２ａにおいては金の含有率の変化が急である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと、
前記半導体チップ上に形成され金および錫を主成分とするはんだ層と、
前記はんだ層上に設けられた光デバイスと、を備え、
前記はんだ層は、第１金錫層と、前記第１金錫層上の第２金錫層と、を含み、前記半導体チップと前記光デバイスとの対向方向の位置の変化に応じた金の含有率の変化が前記第１金錫層と前記第２金錫層とにおいて異なり、前記第１金錫層と前記第２金錫層との間の境界面においては前記含有率の変化が急である、
ことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記はんだ層における前記含有率の変化は急激な勾配および緩い勾配を含むことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記第２金錫層のうち前記第１金錫層と接する部分の金の含有率が、前記第１金錫層のうち前記第２金錫層と接する部分の金の含有率より高いことを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記半導体チップ上には金を含む電極パッドが形成されており、
前記はんだ層は前記電極パッド上に形成されており、
前記光デバイスの前記はんだ層の側の面には前記はんだ層のおもて面と接し金を含む電極パッドが形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光モジュール。
【請求項５】
前記半導体チップ上のうち、前記はんだ層（以下「第１はんだ層」とする。）とは異なる位置に形成された第２はんだ層と、
前記第２はんだ層上に設けられた、前記光デバイスとは異なる光デバイスと、
を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光モジュール。
【請求項６】
光導波路が形成された半導体チップと、
前記半導体チップ上に形成され金および錫を主成分とするはんだ層と、
前記はんだ層上に設けられ、前記光導波路へ光を出射する光デバイスと、
前記光デバイスを駆動する駆動回路と、を備え、
前記はんだ層は、前記半導体チップと前記光デバイスとの対向方向の位置の変化に応じて金の含有率が前記はんだ層の他の部分とは異なる変化をしている部分を有する、
ことを特徴とする光通信機器。
【請求項７】
半導体チップ上に、金および錫を主成分とする第１金錫部と、前記第１金錫部における前記半導体チップの反対側に形成され、金および錫を主成分とし、前記第１金錫部より金の含有率が高く前記第１金錫部より融点が低い第２金錫部と、を有するはんだ層を設置し、
前記はんだ層の前記第２金錫部上に光デバイスを設置し、
前記はんだ層の加熱および冷却を行うことにより前記半導体チップ上への前記光デバイスのはんだ付けを行う、
ことを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュール、光通信機器および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信におけるデータ量増加に伴い、光通信機器の高周波化や多チャネル化が進んでいる。このような状況において、シリコンフォトニクスチップは、従来の半導体と同じシリコン上に電気的回路と光導波路を形成することにより、高速で高密度な光通信機器を実現できる。
【０００３】
一方、シリコンフォトニクスチップはその材質特性から発光させることが困難であり、半導体レーザ等の発光する光デバイスについては、はんだ付け等によりシリコンフォトニクスチップ上に実装される。シリコンフォトニクスチップ等の半導体チップに対する光デバイスのはんだ付けには、たとえば金および錫を主成分とする金錫はんだが用いられる。
【０００４】
また、従来、光回路基板上へ光半導体素子を接合する構成であって、光回路基板の光半導体素子実装部にはチタン等からなるバリア層が形成され、そのバリア層の上に金層と錫層とが層状に形成された構成が知られている（たとえば、下記特許文献１参照。）。また、従来、半導体素子を接合するサブマウントにおいて、融点が異なる２種類以上のはんだ層と、このはんだ層の最上層に設けられるはんだ保護層と、を有する構成が知られている（たとえば、下記特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−９４７８６号公報
【特許文献２】特開２００６−２７８４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術では、半導体チップに対して複数の光デバイスを高精度に実装することが困難である。
【０００７】
たとえば、半導体チップに対して複数の光デバイスを実装する場合は、複数の光デバイスをそれぞれ半導体チップの光導波路に対して高精度に位置決めするために、半導体チップに対して複数の光デバイスを個別に接合する。
【０００８】
このとき、接合に金錫はんだを用いると、ある光デバイスのはんだ付けの際の加熱により半導体チップの温度が上昇し、それによって未実装の他の光デバイスの金錫はんだの融点が上昇する。これは、たとえば半導体チップの電極パッドの金めっき中の金原子が加熱によって金錫はんだに拡散するためである。
【０００９】
未実装の光デバイスの金錫はんだの融点が上昇すると、その金錫はんだの溶融が困難になる。したがって、半導体チップに対して複数の光デバイスを個別に接合することができず、複数の光デバイスをそれぞれ半導体チップの光導波路に対して高精度に位置決めすることができない。
【００１０】
１つの側面では、本発明は、半導体チップに対する光デバイスの実装精度の向上を図ることができる光モジュール、光通信機器および製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、１つの実施態様では、半導体チップと、前記半導体チップ上に形成され金および錫を主成分とするはんだ層と、前記はんだ層上に設けられた光デバイスと、を備え、前記はんだ層は、第１金錫層と、前記第１金錫層上の第２金錫層と、を含み、前記半導体チップと前記光デバイスとの対向方向の位置の変化に応じた金の含有率の変化が前記第１金錫層と前記第２金錫層とにおいて異なり、前記第１金錫層と前記第２金錫層との間の境界面においては前記含有率の変化が急である光モジュールおよび光通信機器が提案される。
【００１２】
別の１つの実施態様では、半導体チップ上に、金および錫を主成分とする第１金錫部と、前記第１金錫部における前記半導体チップの反対側に形成され、金および錫を主成分とし、前記第１金錫部より金の含有率が高く前記第１金錫部より融点が低い第２金錫部と、を有するはんだ層を設置し、前記はんだ層の前記第２金錫部上に光デバイスを設置し、前記はんだ層の加熱および冷却を行うことにより前記半導体チップ上への前記光デバイスのはんだ付けを行う製造方法が提案される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一側面によれば、半導体チップに対する光デバイスの実装精度の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施の形態にかかる光モジュールの一例を示す図（その１）である。
【図２】図２は、実施の形態にかかる光モジュールの一例を示す図（その２）である。
【図３】図３は、実施の形態にかかる光モジュールのはんだ層の一例を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態にかかる光モジュールのはんだ層を形成するはんだシートの製造方法の一例を示す図（その１）である。
【図５】図５は、実施の形態にかかる光モジュールのはんだ層を形成するはんだシートの製造方法の一例を示す図（その２）である。
【図６】図６は、実施の形態にかかる光モジュールのはんだ層を形成するはんだシートの製造方法の一例を示す図（その３）である。
【図７】図７は、実施の形態にかかる光モジュールの製造方法の一例を示す図（その１）である。
【図８】図８は、実施の形態にかかる光モジュールの製造方法の一例を示す図（その２）である。
【図９】図９は、実施の形態にかかる光モジュールの製造方法の一例を示す図（その３）である。
【図１０】図１０は、実施の形態にかかる光モジュールの製造方法の一例を示す図（その４）である。
【図１１】図１１は、実施の形態にかかる光モジュールの製造時のはんだシートにおける金および錫の分布の一例を示す断面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態にかかる光デバイスの実装前のチャネル＃２のはんだシートにおける金の含有率の分布の変化の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、実施の形態にかかるチャネル＃１の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだシートにおける金の含有率の分布の変化の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態にかかるチャネル＃２の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだ層における金の含有率の分布の変化の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、実施の形態にかかるチャネル＃３の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだ層における金の含有率の分布の変化の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、実施の形態にかかるチャネル＃４の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだ層における金の含有率の分布の変化の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、実施の形態にかかる金錫シートにおける組成比と融点との関係の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、実施の形態にかかるはんだシートの他の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、実施の形態にかかるはんだシートの１層構造の一例を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態にかかるはんだシートの１層構造の他の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、実施の形態にかかる光通信機器の一例を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に図面を参照して、本発明にかかる光モジュール、光通信機器および製造方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
（実施の形態）
（実施の形態にかかる光モジュール）
図１および図２は、実施の形態にかかる光モジュールの一例を示す図である。図１に示す光モジュール１００は、送信チャネルとしてチャネル＃１〜＃４を有する４チャネルの光送信モジュールである。たとえば、光モジュール１００は、シリコンフォトニクスチップ１１０と、それぞれチャネル＃１〜＃４に対応する光デバイス１３０ａ〜１３０ｄと、を備える。
【００１７】
光デバイス１３０ａ〜１３０ｄのそれぞれは、たとえばレーザ光を発振し、発振したレーザ光を出射するレーザダイオードなどの半導体レーザである。また、光デバイス１３０ａ〜１３０ｄは、図１の奥行方向（図２の横方向）に配列されている。また、光デバイス１３０ａ〜１３０ｄのそれぞれは、光デバイス１３０ａ〜１３０ｄの配列方向と直交する方向（図１の右方向、図２の下方向）にレーザ光を出射する。
【００１８】
ここで、光デバイス１３０ａ〜１３０ｄの配列方向（図１の奥行方向、図２の横方向）をＸ軸方向とし、光デバイス１３０ａ〜１３０ｄのそれぞれのレーザ光の出射方向（図１の横方向、図２の縦方向）をＹ軸方向とする。また、Ｘ軸方向およびＹ軸方向と直交する方向（図１の縦方向、図２の奥行き方向）をＺ軸方向とする。図１は、光モジュール１００を、光デバイス１３０ａの位置のＹＺ平面で切断した場合の断面を示している。図２は、光モジュール１００をＺ軸方向からみた上面を示している。
【００１９】
シリコンフォトニクスチップ１１０は、シリコン基板に対してシリコンフォトニクスにより微細な光導波路構造を形成することにより実現される半導体チップである。たとえば、シリコンフォトニクスチップ１１０は、光デバイス実装部１１１および光導波路形成部１１２を有する。
【００２０】
光デバイス実装部１１１は、シリコンフォトニクスチップ１１０のうち光デバイス１３０ａ〜１３０ｄが実装される部分である。図１に示すように、光デバイス実装部１１１は、おもて面の高さが光導波路形成部１１２のおもて面の高さより低くなっている。ここでいう高さとは、たとえばＺ軸方向の位置である。
【００２１】
光デバイス実装部１１１のおもて面には、それぞれチャネル＃１〜＃４に対応し、Ｘ軸方向に配列された電極パッド１１３ａ〜１１３ｄが形成されている。電極パッド１１３ａ〜１１３ｄのそれぞれは、金（Ａｕ）を含む電極パッドである。たとえば、電極パッド１１３ａ〜１１３ｄのそれぞれは、金以外の電気伝導体（たとえば銅）などの表面を金によりめっきすることにより形成されている。または、電極パッド１１３ａ〜１１３ｄの全体が金により形成されていてもよい。いずれの場合においても、電極パッド１１３ａ〜１１３ｄのそれぞれの少なくともおもて面側は金により形成された金層になっている。
【００２２】
光導波路形成部１１２は、シリコンフォトニクスチップ１１０のうち、それぞれチャネル＃１〜＃４に対応する光導波路１１４ａ〜１１４ｄが形成される部分である。光導波路１１４ａ〜１１４ｄは、光導波路形成部１１２のおもて面付近においてＸ軸方向に配列されており、それぞれ光をＹ軸方向へ伝播させる。たとえば光導波路１１４ａは、光デバイス１３０ａから出射された光を伝播させる。同様に、光導波路１１４ｂ〜１１４ｄは、それぞれ光デバイス１３０ｂ〜１３０ｄから出射された光を伝播させる。
【００２３】
図１に示すように、たとえばシリコンフォトニクスチップ１１０と光デバイス１３０ａとの間ははんだ層１２０ａによって接合されている。はんだ層１２０ａは、電極パッド１１３ａ上、すなわち電極パッド１１３ａのおもて面側に形成されている。はんだ層１２０ａは、第１金錫層１２１ａおよび第２金錫層１２３ａを積層した２層構造になっている。境界面１２２ａは、第１金錫層１２１ａと第２金錫層１２３ａとの間の境界面である。はんだ層１２０ａの構造については後述する（たとえば図３参照）。また、シリコンフォトニクスチップ１１０と光デバイス１３０ｂ〜１３０ｄとの間も、それぞれはんだ層１２０ａと同様の各はんだ層によって接合されている。
【００２４】
光デバイス１３０ａは、はんだ層１２０ａ上、すなわちはんだ層１２０ａのおもて面側に設置されている。たとえば光デバイス１３０ａの裏面（シリコンフォトニクスチップ１１０の側の面）には電極パッド１３２ａが形成されている。電極パッド１３２ａは、金を含む電極パッドである。たとえば、電極パッド１３２ａは、金以外の電気伝導体（たとえば胴）などの表面を金によりめっきすることにより形成されている。または、電極パッド１３２ａの全体が金により形成されていてもよい。いずれの場合においても、電極パッド１３２ａの少なくともおもて面側は金により形成された金層になっている。
【００２５】
光デバイス１３０ａは、この電極パッド１３２ａがはんだ層１２０ａのおもて面（第２金錫層１２３ａ）に接するように設置されている。その結果、光デバイス１３０ａは、はんだ層１２０ａによって光デバイス実装部１１１に固定されるとともに、はんだ層１２０ａによって光デバイス実装部１１１と電気的に接続している。
【００２６】
光デバイス１３０ａは、レーザ光を発振してＹ軸方向へ出射する発光部１３１ａを有する。図１に示すレーザ光軸１０１は、発光部１３１ａから出射されるレーザ光の光軸である。光デバイス１３０ａは、この発光部１３１ａから出射された光が光導波路１１４ａに結合して光導波路１１４ａにより伝播するように、光デバイス実装部１１１に対して実装される。同様に、光デバイス１３０ｂ〜１３０ｄは、出射した光がそれぞれ光導波路１１４ｂ〜１１４ｄに結合して光導波路１１４ｂ〜１１４ｄにより伝播するように、光デバイス実装部１１１に対して実装される。
【００２７】
（実施の形態にかかる光モジュールのはんだ層）
図３は、実施の形態にかかる光モジュールのはんだ層の一例を示す図である。図３において、図１に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。チャネル＃１に対応するはんだ層１２０ａについて説明するが、チャネル＃２〜＃４に対応する各はんだ層についても同様である。上述のように、図１に示したはんだ層１２０ａは、第１金錫層１２１ａおよび第２金錫層１２３ａを有する。
【００２８】
第１金錫層１２１ａは、図１に示したシリコンフォトニクスチップ１１０の電極パッド１１３ａ上、すなわち電極パッド１１３ａのおもて面側に形成される。第２金錫層１２３ａは、第１金錫層１２１ａ上、すなわち第１金錫層１２１ａのおもて面側に形成される。
【００２９】
第１金錫層１２１ａは、金および錫（Ｓｎ）を主成分とする合金（電気伝導体）である。金および錫を主成分とする合金とは、たとえば、金の含有率と錫の含有率の合計が９５％以上の合金、すなわち金および錫以外の成分の含有率が５％未満の合金である。第２金錫層１２３ａは、金および錫を主成分とする合金（電気伝導体）である。
【００３０】
上述のように、第１金錫層１２１ａおよび第２金錫層１２３ａはともに金および錫を主成分とする合金であるが、境界面１２２ａにおいて、第１金錫層１２１ａおよび第２金錫層１２３ａのそれぞれにおける金の含有率にある程度の差がある。それにより、はんだ層１２０ａにおいて、第１金錫層１２１ａおよび第２金錫層１２３ａのそれぞれが層として存在している。図３に示す例では、第２金錫層１２３ａのうち第１金錫層１２１ａと接する部分（境界面１２２ａ）の金の含有率が、第１金錫層１２１ａのうち第２金錫層１２３ａと接する部分（境界面１２２ａ）の金の含有率より、ある幅を有して高くなっている。
【００３１】
すなわち、はんだ層１２０ａにおいて、Ｚ軸方向の位置に対する金の含有率の分布が、境界面１２２ａにおいて急激に変化している。これは、後述のように第１金錫層１２１ａおよび第２金錫層１２３ａがそれぞれ組成の異なる２枚の金錫シートを材料としているためである（たとえば図４〜図７参照）。はんだ層１２０ａにおける金の含有率の分布については後述する（図１１〜図１６参照）。
【００３２】
このように、はんだ層１２０ａにおいては、Ｚ軸方向（シリコンフォトニクスチップ１１０と光デバイス１３０ａとの対向方向）の位置の変化に応じた金の含有率の変化が第１金錫層１２１ａと第２金錫層１２３ａとにおいて異なる。たとえば、後述の金の拡散により、第１金錫層１２１ａにおいてはシリコンフォトニクスチップ１１０に近いほど金の含有率が高く、第２金錫層１２３ａにおいてはシリコンフォトニクスチップ１１０に近いほど金の含有率が低い。また、はんだ層１２０ａにおいては、第１金錫層１２１ａと第２金錫層１２３ａとの境界面１２２ａにおいては、Ｚ軸方向の位置の変化に応じた金の含有率の変化が急である。また、はんだ層１２０ａにおける上述の金の含有率の変化は、急激な勾配および緩い勾配を含む。
【００３３】
たとえば、後述の金の拡散により、はんだ層１２０ａにおいては、シリコンフォトニクスチップ１１０または光デバイス１３０ａに近いほど金の含有率が緩やかに高くなっている。上述の金の含有率の変化が急であること、あるいは急激な勾配を含むとは、たとえばこの金の拡散によって生じる金の含有率の変化よりも金の含有率が大きく変化していることである（たとえば図１２〜図１６参照）。
【００３４】
（実施の形態にかかる光モジュールのはんだ層を形成するはんだシートの製造方法）
図４〜図６は、実施の形態にかかる光モジュールのはんだ層を形成するはんだシートの製造方法の一例を示す図である。図３に示したはんだ層１２０ａを形成するはんだシートの製造方法について説明する。まず、図４に示すように、図３に示した第１金錫層１２１ａとなる第１金錫シート（第１金錫部）４０１を用意する。
【００３５】
第１金錫シート４０１は、金および錫を主成分とするシート状の金錫はんだである。一例としては、第１金錫シート４０１は金の含有率が７０％であり錫の含有率が３０％であるシート状の金錫はんだ（Ａｕ７０Ｓｎ３０はんだ）である。この場合の第１金錫シート４０１の融点は約３８０℃となる（たとえば図１７参照）。
【００３６】
つぎに、図４に示すように、第１金錫シート４０１のおもて面に、図３に示した第２金錫層１２３ａとなる第２金錫シート（第２金錫部）４０２を設置する。第２金錫シート４０２は、金および錫を主成分とするシート状の合金である。ただし、第２金錫シート４０２は、金の含有率が第１金錫シート４０１より多く、かつ融点が第１金錫シート４０１の融点より低い合金である。一例としては、第２金錫シート４０２は金の含有率が８０％であり錫の含有率が２０％である合金（Ａｕ８０Ｓｎ２０はんだ）である。この場合の第２金錫シート４０２の融点は約２８０℃となる（たとえば図１７参照）。
【００３７】
つぎに、図５に示すように、ローラ５０１，５０２を用いて、第１金錫シート４０１および第２金錫シート４０２を圧延する。ローラ５０１，５０２は、第１金錫シート４０１および第２金錫シート４０２を積層方向（図５の縦方向）に圧縮しながら、その積層方向と垂直な方向（図５の横方向）に移動する。これにより、図６に示すように、図３に示したはんだ層１２０ａとなるはんだシート６００を形成することができる。
【００３８】
なお、ローラ５０１，５０２による第１金錫シート４０１および第２金錫シート４０２の圧縮量は、図５に示す例に限らない。たとえば、ローラ５０１，５０２により、第１金錫シート４０１および第２金錫シート４０２の合計の厚さが半分程度になるように圧延を行ってもよい。
【００３９】
はんだシート６００は、耐熱性と導電性に優れる金錫はんだである。たとえば、第１金錫シート４０１を上述のＡｕ７０Ｓｎ３０はんだとし、第２金錫シート４０２を上述のＡｕ８０Ｓｎ２０はんだとしたとする。この場合に、第１金錫シート４０１および第２金錫シート４０２の融点はそれぞれ約３８０℃および約２８０℃であり（たとえば図１７参照）、たとえば銀錫（ＳｎＡｇ）はんだの融点（約２２０℃）より高い。このため、たとえば後工程で銀錫はんだ等による接合を行っても、金錫はんだで接合した光デバイスの接合部は影響されない。
【００４０】
（実施の形態にかかる光モジュールの製造方法）
図７〜図１０は、実施の形態にかかる光モジュールの製造方法の一例を示す図である。図７は、図１に示したシリコンフォトニクスチップ１１０の上面を示している。図７に示すシリコンフォトニクスチップ１１０の光デバイス実装予定領域７０１〜７０４は、それぞれチャネル＃１〜＃４の光デバイス１３０ａ〜１３０ｄを実装するための領域である。上述の電極パッド１１３ａ〜１１３ｄは互いに近接して配置されており、それにともなって光デバイス実装予定領域７０１〜７０４も互いに近接する。
【００４１】
まず、図７に示すように、電極パッド１１３ａ〜１１３ｄ上に、それぞれはんだシート６００ａ〜６００ｄが設置される。はんだシート６００ａ〜６００ｄのそれぞれは、図６に示したはんだシート６００と同様のはんだシートである。はんだシート６００ａ〜６００ｄのそれぞれは、たとえば裏面（図６の下側の面）がそれぞれ電極パッド１１３ａ〜１１３ｄと接するように設置される。
【００４２】
はんだシート６００ａ〜６００ｄは、それぞれ電極パッド１１３ａ〜１１３ｄ上に固定せずに設置されてもよいし、ポンチを用いた打ち抜き等によりそれぞれ電極パッド１１３ａ〜１１３ｄ上に固定されてもよい。
【００４３】
このように、１つのシリコンフォトニクスチップ１１０に複数の光デバイス（たとえば光デバイス１３０ａ〜１３０ｄ）を実装する場合には、まず各光デバイスに対応するはんだ（たとえばはんだシート６００ａ〜６００ｄ）を設置しておく。そして、その状態で光デバイスを１個ずつ実装していく。これは、光デバイスの接合には高い精度を要するため、複数の光デバイスを同時に実装することが困難なためである。たとえば光デバイス１３０ａ〜１３０ｄがシングルモードの半導体レーザである場合は、光デバイス１３０ａ〜１３０ｄの接合にはそれぞれ±０．５［μｍ］以下の精度を要する。
【００４４】
図８，図９は、シリコンフォトニクスチップ１１０における、光導波路１１４ａや電極パッド１１３ａが設けられたチャネル＃１の部分のＹＺ平面の断面を示している。図８，図９に示す第１金錫シート４０１ａは、はんだシート６００ａにおける、図６に示した第１金錫シート４０１に対応する部分である。第２金錫シート４０２ａは、はんだシート６００ａにおける、図６に示した第２金錫シート４０２に対応する部分である。
【００４５】
図７に示した状態において、図８に示すように、ボンディングステージ８０１上にシリコンフォトニクスチップ１１０を設置する。または、シリコンフォトニクスチップ１１０は、シリコンフォトニクスチップ１１０へのはんだシート６００ａ〜６００ｄの設置より前の時点からボンディングステージ８０１上に設置されていてもよい。
【００４６】
ボンディングステージ８０１は、図９に示すボンディングツール９０１とともに、シリコンフォトニクスチップ１１０、はんだシート６００ａおよび光デバイス１３０ａを加圧するためのステージである。また、ボンディングステージ８０１は、シリコンフォトニクスチップ１１０を加熱する機能を有していてもよい。
【００４７】
つぎに、図８に示すように、電極パッド１１３ａ上に設置されたはんだシート６００ａのおもて面と、光デバイス１３０ａの電極パッド１３２ａと、が接するように、はんだシート６００ａ上に光デバイス１３０ａを設置する。
【００４８】
つぎに、図９に示すように、光デバイス１３０ａ上にボンディングツール９０１を設置する。ボンディングツール９０１は、光デバイス１３０ａの加熱と、シリコンフォトニクスチップ１１０の側への光デバイス１３０ａの加圧と、を行う。
【００４９】
たとえば、このとき、光デバイス１３０ａの発光部１３１ａと光導波路１１４ａとの間の位置合わせが行われる。この位置合わせは、たとえば光デバイス１３０ａおよびシリコンフォトニクスチップ１１０にそれぞれアライメントマークを付しておき、各アライメントマークの位置関係が所定の位置関係となるように光デバイス１３０ａを移動させることにより行うことができる。これにより、図１に示したように、光デバイス１３０ａおよびシリコンフォトニクスチップ１１０が、光デバイス１３０ａの発光部１３１ａから出射された光が光導波路１１４ａへ結合する位置関係となる。
【００５０】
ボンディングツール９０１を用いて光デバイス１３０ａを加熱することにより、光デバイス１３０ａに接するはんだシート６００ａも加熱される。ボンディングツール９０１を用いた加熱により、はんだシート６００ａの温度を上昇させる。たとえば、上述のように第１金錫シート４０１および第２金錫シート４０２の融点がそれぞれ約３８０℃および約２８０℃である場合に、はんだシート６００ａの温度を３００℃程度にする。
【００５１】
これにより、第１金錫シート４０１ａおよび第２金錫シート４０２ａを溶融させることができる。なお、３００℃は第１金錫シート４０１の融点（３８０℃）より低いが、はんだシート６００の加熱により電極パッド１１３ａの温度が上昇し、電極パッド１１３ａの金が第１金錫シート４０１に拡散する。このため、第１金錫シート４０１における金の含有率が増加し、第１金錫シート４０１の融点は第２金錫シート４０２の融点（２８０℃）に近くなるため、約３００℃でも第１金錫シート４０１ａは溶融可能である。
【００５２】
つぎに、はんだシート６００ａの温度が第１金錫シート４０１ａおよび第２金錫シート４０２ａの融点未満となるようにはんだシート６００ａを冷却することにより、第１金錫シート４０１ａおよび第２金錫シート４０２ａを凝固させる。これにより、第１金錫シート４０１ａが電極パッド１１３ａと接合され、第２金錫シート４０２ａが電極パッド１３２ａと接合される。はんだシート６００ａの冷却は、たとえばボンディングツール９０１による加熱を停止したり、ボンディングツール９０１による加熱を弱めたりすることにより行うことができる。
【００５３】
上記のボンディングツール９０１による加熱および冷却に伴い、はんだシート６００ａは、図１，図３に示したはんだ層１２０ａとなる。また、第１金錫シート４０１ａは、図１，図３に示した第１金錫層１２１ａとなる。また、第２金錫シート４０２ａは、図１，図３に示した第２金錫層１２３ａとなる。これにより、図１に示したように、シリコンフォトニクスチップ１１０に対して光デバイス１３０ａがはんだ層１２０ａを介して接合される。
【００５４】
ボンディングツール９０１によりはんだシート６００ａの加熱を行う処理について説明したが、ボンディングステージ８０１が加熱の機能を有する場合は、ボンディングステージ８０１を用いてはんだシート６００ａの加熱を行う処理としてもよい。または、ボンディングツール９０１およびボンディングステージ８０１の両方を用いて加熱を行う処理としてもよい。ボンディングステージ８０１によるはんだシート６００ａの加熱は、ボンディングステージ８０１の熱がシリコンフォトニクスチップ１１０を介してはんだシート６００ａに伝わることにより行われる。
【００５５】
図１０は、図８，図９に示した工程の後におけるシリコンフォトニクスチップ１１０の上面を示している。図８，図９に示した工程により、図１０に示すように、シリコンフォトニクスチップ１１０の光デバイス実装予定領域７０１（図７参照）にチャネル＃１の光デバイス１３０ａを実装することができる。
【００５６】
つぎに、図８，図９に示した工程と同様の工程により、シリコンフォトニクスチップ１１０の光デバイス実装予定領域７０２にチャネル＃２の光デバイス１３０ｂを実装する。つぎに、図８，図９に示した工程と同様の工程により、シリコンフォトニクスチップ１１０の光デバイス実装予定領域７０３にチャネル＃３の光デバイス１３０ｃを実装する。つぎに、図８，図９に示した工程と同様の工程により、シリコンフォトニクスチップ１１０の光デバイス実装予定領域７０４にチャネル＃４の光デバイス１３０ｄを実装する。
【００５７】
これにより、シリコンフォトニクスチップ１１０に対してチャネル＃１〜＃４の光デバイス１３０ａ〜１３０ｄを実装した光モジュール１００（図１，図２参照）を製造することができる。シリコンフォトニクスチップ１１０に対して光デバイス１３０ａ〜１３０ｄを実装した後に、ボンディングステージ８０１およびボンディングツール９０１は光モジュール１００から取り外される。
【００５８】
（実施の形態にかかる光モジュールの製造時のはんだシートにおける金および錫の分布）
図１１は、実施の形態にかかる光モジュールの製造時のはんだシートにおける金および錫の分布の一例を示す断面図である。図１１において、図６，図７に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５９】
図１１は、シリコンフォトニクスチップ１１０の光デバイス実装部１１１における、電極パッド１１３ｂが設けられたチャネル＃２の部分のＹＺ平面の断面を示している。また、図１１は、図９にて説明したはんだシート６００ａの加熱および冷却によりシリコンフォトニクスチップ１１０にチャネル＃１の光デバイス１３０ａが実装された直後の、チャネル＃２のはんだシート６００ｂにおける金および錫の分布の様子を示している。
【００６０】
図１１に示す第１金錫シート４０１ｂは、はんだシート６００ｂにおける、図６に示した第１金錫シート４０１に対応する部分である。図１１に示す第２金錫シート４０２ｂは、はんだシート６００ｂにおける、図６に示した第２金錫シート４０２に対応する部分である。
【００６１】
図９において説明したチャネル＃１のはんだシート６００ａの加熱の際に、はんだシート６００ａの熱が、シリコンフォトニクスチップ１１０を介してチャネル＃２の電極パッド１１３ｂに伝わる。また、上述のボンディングステージ８０１による加熱を行う場合は、ボンディングステージ８０１の熱が、シリコンフォトニクスチップ１１０の光デバイス実装部１１１を介してチャネル＃２の電極パッド１１３ｂに伝わる。
【００６２】
それにより、電極パッド１１３ｂの金めっきの金原子１１０１の拡散が活発になり、電極パッド１１３ｂと接している第１金錫シート４０１ｂに金原子１１０１が移動する。その結果、図１１に示すように、第１金錫シート４０１ｂにおける金の含有率が高くなり、第１金錫シート４０１ｂにおける金の平均的な含有率は、第２金錫シート４０２ｂにおける金の含有率に近づく。すなわち、第２金錫シート４０２ｂの組成は、第１金錫シート４０１ｂ（たとえば上述のＡｕ８０Ｓｎ２０はんだ）の組成に近い組成、すなわちはんだ付けに適した組成になる。
【００６３】
そして、第１金錫シート４０１ｂ（特に第２金錫シート４０２ｂと接する部分）における金の含有率が第２金錫シート４０２ｂにおける金の含有率と等しくなるまでは、第１金錫シート４０１ｂにおける金の含有率の増加は抑制される。このように、第２金錫シート４０２ｂの元の金の含有率を第１金錫シート４０１ｂの元の金の含有率より低くしておくことで、電極パッド１１３ｂの金原子１１０１の拡散に起因する、第２金錫シート４０２ｂにおける金の含有率の増加を抑制することができる。その結果、チャネル＃１の光デバイス１３０ａの実装時の加熱に伴う、チャネル＃２の第２金錫シート４０２ｂの融点の上昇を抑制することができる。
【００６４】
したがって、はんだシート６００ｂを用いてチャネル＃２の光デバイス１３０ｂをシリコンフォトニクスチップ１１０に実装する際に、加熱によって第２金錫シート４０２ｂを溶融させることが困難になることを回避することができる。すなわち、第２金錫シート４０２ｂの溶融によるはんだシート６００ｂと光デバイス１３０ｂとの間の接合が困難になることを回避することができる。このため、シリコンフォトニクスチップ１１０に対して光デバイス１３０ｂを高精度で実装することができる。
【００６５】
図１１において説明したように、はんだシート６００ｂの下層の金の含有率を低くしておくことで、光デバイス１３０ａの実装時の加熱により電極パッド１１３ｂからの金の拡散があっても、光デバイス１３０ｂの実装が困難になることを回避できる。はんだシート６００ｂの下層は、図１１に示す例では第１金錫シート４０１ｂである。
【００６６】
また、チャネル＃３のはんだシート６００ｃにおいても下層の金の含有率を低くしておくことで、光デバイス１３０ａ，１３０ｂの実装時の加熱により電極パッド１１３ｃからの金の拡散があっても、光デバイス１３０ｃの実装が困難になることを回避できる。また、チャネル＃４のはんだシート６００ｄにおいても下層の金の含有率を低くしておくことで、光デバイス１３０ａ〜１３０ｃの実装時の加熱により電極パッド１１３ｄからの金の拡散があっても、光デバイス１３０ｄの実装が困難になることを回避できる。
【００６７】
なお、チャネル＃１については、光デバイス１３０ａ〜１３０ｄのうち光デバイス１３０ａの実装が最初に行われるため、他チャネルの光デバイスの実装時の加熱により電極パッド１１３ａの金が拡散するということがない。このため、はんだシート６００ａは、下層の金の含有率を低くしておかなくてもよい。たとえば、はんだシート６００ａは、第２金錫シート４０２ａの組成を第１金錫シート４０１ａの組成と同じにしたものとすることができる。また、はんだシート６００ａは、第１金錫シート４０１ａと同じ組成の、第１金錫シート４０１ａや第２金錫シート４０２よりも厚い一枚の金錫シートとしてもよい。
【００６８】
このように、シリコンフォトニクスチップ１１０に対して光デバイス１３０ａ〜１３０ｄを１個ずつ実装しても、２番目以降の光デバイスの実装時にはんだ層の融点の上昇によりはんだ付けが困難になることを回避することができる。このため、シリコンフォトニクスチップ１１０に対して光デバイス１３０ａ〜１３０ｄを１個ずつ実装することが可能になり、それにより光デバイス１３０ａ〜１３０ｄの実装精度を向上させることができる。
【００６９】
（実施の形態にかかる光デバイスの実装前のチャネル＃２のはんだシートにおける金の含有率の分布の変化）
図１２は、実施の形態にかかる光デバイスの実装前のチャネル＃２のはんだシートにおける金の含有率の分布の変化の一例を示す図である。金含有率分布１２００は、チャネル＃２のはんだシート６００ｂにおける、はんだシート６００ｂの厚さ方向（Ｚ軸方向）の位置に対する金の含有率の分布を示している。第１金錫領域１２０１は、金含有率分布１２００のうち第１金錫シート４０１ｂに対応する領域である。第２金錫領域１２０２は、金含有率分布１２００のうち第２金錫シート４０２ｂに対応する領域である。
【００７０】
図１２は、図７に示したようにシリコンフォトニクスチップ１１０の電極パッド１１３ｂ上に設置された時点、すなわち光デバイス１３０ａ〜１３０ｄの実装前のはんだシート６００ｂおよびその金含有率分布１２００を示している。図１２に示すように、この時点においては、第１金錫シート４０１ｂ（第１金錫領域１２０１）における金の含有率は約７０％であり、第２金錫シート４０２ｂ（第２金錫領域１２０２）における金の含有率は約８０％である。
【００７１】
（実施の形態にかかるチャネル＃１の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだシートにおける金の含有率の分布の変化）
図１３は、実施の形態にかかるチャネル＃１の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだシートにおける金の含有率の分布の変化の一例を示す図である。図１２に示した状態の後、はんだシート６００ａの加熱および冷却によりシリコンフォトニクスチップ１１０にチャネル＃１の光デバイス１３０ａが実装されると、はんだシート６００ｂおよび金含有率分布１２００は図１３のようになる。図１３に示すように、光デバイス１３０ａの実装時の加熱にともなう電極パッド１１３ｂからの金の拡散により、第１金錫シート４０１ｂにおける金の含有率が増加している。
【００７２】
その結果、図１１において説明したように、第２金錫シート４０２ｂの平均的な組成は、第１金錫シート４０１ｂの組成に近い組成になる。ここで、第１金錫シート４０１ｂのうち電極パッド１１３ｂに近い部分ほど電極パッド１１３ｂからの金の拡散を受けやすいため、図１３に示すように、第１金錫シート４０１ｂのうち電極パッド１１３ｂに近い部分（図１３の左側）ほど金の含有率が増加している。
【００７３】
（実施の形態にかかるチャネル＃２の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだ層における金の含有率の分布の変化）
図１４は、実施の形態にかかるチャネル＃２の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだ層における金の含有率の分布の変化の一例を示す図である。図１３に示した状態の後、図１３に示したはんだシート６００ｂの加熱および冷却によりシリコンフォトニクスチップ１１０にチャネル＃２の光デバイス１３０ｂが実装されると、図１３に示したはんだシート６００ｂははんだ層１２０ｂとなる。
【００７４】
はんだ層１２０ｂは、はんだ層１２０ａに対応するチャネル＃２のはんだ層であり、シリコンフォトニクスチップ１１０と光デバイス１３０ｂとを接合する。第１金錫層１２１ｂは、はんだ層１２０ｂにおける第１金錫層１２１ａに対応する部分である。第２金錫層１２３ｂは、はんだ層１２０ｂにおける第２金錫層１２３ａに対応する部分である。境界面１２２ｂは、第１金錫層１２１ｂと第２金錫層１２３ｂとの間の境界面である。
【００７５】
図１４〜図１６における金含有率分布１２００は、チャネル＃２のはんだ層１２０ｂにおける、はんだ層１２０ｂの厚さ方向（Ｚ軸方向）の位置に対する金の含有率の分布を示すものとする。この場合に、第１金錫領域１２０１は、金含有率分布１２００のうち第１金錫層１２１ｂに対応する領域である。また、第２金錫領域１２０２は、金含有率分布１２００のうち第２金錫層１２３ｂに対応する領域である。
【００７６】
図１４に示すように、光デバイス１３０ｂの実装時の加熱にともなうシリコンフォトニクスチップ１１０の電極パッド１１３ｂ（図１４の左側）からの金の拡散により、第１金錫層１２１ｂにおける金の含有率が増加している。
【００７７】
また、光デバイス１３０ｂの実装時の加熱にともなう光デバイス１３０ｂの電極パッド（図１４の右側）からの金の拡散により、第２金錫層１２３ｂにおける金の含有率も増加している。光デバイス１３０ｂの電極パッドとは、光デバイス１３０ｂにおける、光デバイス１３０ａの電極パッド１１３ａに対応する電極パッドである。
【００７８】
ここで、第２金錫層１２３ｂのうち光デバイス１３０ｂの電極パッドに近い部分ほど光デバイス１３０ｂの電極パッドからの金の拡散を受けやすい。このため、図１４に示すように、第２金錫層１２３ｂのうち光デバイス１３０ｂの電極パッドに近い部分（図１４の右側）ほど金の含有率が増加している。
【００７９】
（実施の形態にかかるチャネル＃３の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだ層における金の含有率の分布の変化）
図１５は、実施の形態にかかるチャネル＃３の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだ層における金の含有率の分布の変化の一例を示す図である。図１４に示した状態の後、はんだシート６００ｃの加熱および冷却によりシリコンフォトニクスチップ１１０にチャネル＃３の光デバイス１３０ｃが実装されると、はんだ層１２０ｂの金含有率分布１２００は図１５のようになる。
【００８０】
図１５に示すように、光デバイス１３０ｃの実装時の加熱にともなうシリコンフォトニクスチップ１１０の電極パッド１１３ｂ（図１５の左側）からの金の拡散により、第１金錫層１２１ｂにおける金の含有率が増加している。また、光デバイス１３０ｃの実装時の加熱にともなう光デバイス１３０ｂの電極パッド（図１５の右側）からの金の拡散により、第２金錫層１２３ｂにおける金の含有率が増加している。
【００８１】
このように、チャネル＃２の光デバイス１３０ｂの実装以降は、シリコンフォトニクスチップ１１０の電極パッド１１３ｂからの金の拡散に加えて光デバイス１３０ｂの電極パッドからの金の拡散も発生する。このため、第１金錫層１２１ｂにおける金の含有率が増加しても、同時に第２金錫層１２３ｂの金の含有率も増加するため、境界面１２２ｂにおいて、第１金錫層１２１ｂの金の含有率が第２金錫層１２３ｂの金の含有率より低い状態が維持される。
【００８２】
（実施の形態にかかるチャネル＃４の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだ層における金の含有率の分布の変化）
図１６は、実施の形態にかかるチャネル＃４の光デバイスの実装直後のチャネル＃２のはんだ層における金の含有率の分布の変化の一例を示す図である。図１５に示した状態の後、はんだシート６００ｄの加熱および冷却によりシリコンフォトニクスチップ１１０にチャネル＃４の光デバイス１３０ｄが実装されると、はんだ層１２０ｂの金含有率分布１２００は図１６のようになる。
【００８３】
図１６に示すように、光デバイス１３０ｄの実装時の加熱にともなうシリコンフォトニクスチップ１１０の電極パッド１１３ｂ（図１６の左側）からの金の拡散により、第１金錫層１２１ｂにおける金の含有率が増加している。また、光デバイス１３０ｄの実装時の加熱にともなう光デバイス１３０ｂの電極パッドから（図１６の右側）の金の拡散により、第２金錫層１２３ｂにおける金の含有率が増加している。
【００８４】
この場合も、図１５に示した状態と同様に、境界面１２２ｂにおいて、第１金錫層１２１ｂの金の含有率が第２金錫層１２３ｂの金の含有率より低い状態が維持される。すなわち、はんだ層１２０ｂは、シリコンフォトニクスチップ１１０と光デバイス１３０ｂとの対向方向（はんだ層１２０ｂの厚さ方向）の位置の変化に応じて、金の含有率が、はんだ層１２０ｂの他の部分とは異なる変化をしている部分（境界面１２２ｂ）を有する。なお、このとき、第１金錫層１２１ｂおよび第２金錫層１２３ｂにおける金の含有率は、たとえば９０％〜９５％程度となっている。
【００８５】
図１２〜図１６に示したように、はんだ層１２０ｂは組成の異なる第１金錫シート４０１および第２金錫シート４０２から形成されることにより、製造された光モジュール１００におけるはんだ層１２０ｂは、金の含有率が急激に変化する境界面１２２ｂを有する。同様に、チャネル＃３の光デバイス１３０ｃやチャネル＃４の光デバイス１３０ｄをシリコンフォトニクスチップ１１０に接合する各はんだ層も、金の含有率が急激に変化する境界面を有する。
【００８６】
ただし、たとえばチャネル＃４のはんだ層は、光デバイス１３０ａ〜１３０ｃの各実装時に、電極パッド１１３ｄからの金の拡散を受け、光デバイス１３０ｄの電極パッドからの金の拡散を受けない。このため、チャネル＃４のはんだ層については、金の含有率が急激に変化する境界面がない場合もある。同様に、チャネル＃３のはんだ層についても、金の含有率が急激に変化する境界面がない場合もある。
【００８７】
（実施の形態にかかる金錫シートにおける組成比と融点との関係）
図１７は、実施の形態にかかる金錫シートにおける組成比と融点との関係の一例を示す図である。一例として図６に示したはんだシート６００の第２金錫シート４０２における組成比と融点との関係について説明するが、はんだシート６００の第１金錫シート４０１における組成比と融点との関係についても同様である。ここでは、第２金錫シート４０２は金および錫のみにより形成されているとする。
【００８８】
図１７において、横軸（Ａｕ、Ｓｎ）は第２金錫シート４０２における錫の含有率を重量パーセントで示し、縦軸は第２金錫シート４０２の融点［℃］を示している。融点特性１７０１は、第２金錫シート４０２における錫の含有率に対する第２金錫シート４０２の融点の特性を示している。
【００８９】
融点特性１７０１に示すように、第２金錫シート４０２は、金の含有率が８０％であり錫の含有率が２０％である組成のときに、融点が約２８０℃と低くなっているが、この組成（共晶点）から金の含有率が増加すると融点が急激に高くなる。したがって、上述の金の拡散により第２金錫シート４０２における金の含有率が増加すると、第２金錫シート４０２の溶融が困難になり、第２金錫シート４０２による光デバイスの接合が困難になる。
【００９０】
これに対して、上述のように、光モジュール１００の製造時に、第２金錫シート４０２の下層として、金の含有率が第２金錫シート４０２より低い第１金錫シート４０１を設ける。第１金錫シート４０１は、上述のようにたとえば金の含有率が７０％であり錫の含有率が３０％である合金（Ａｕ７０Ｓｎ３０はんだ）とすることができる。これにより、金の拡散による第１金錫シート４０１における金の含有率の増加を抑制することができる。このため、第１金錫シート４０１による接合が困難になることを回避することができる。
【００９１】
また、第１金錫シート４０１の融点は第２金錫シート４０２より高い。たとえば、上述のように、第１金錫シート４０１をＡｕ７０Ｓｎ３０はんだとし、第２金錫シート４０２をＡｕ８０Ｓｎ２０はんだとする。この場合に、融点特性１７０１に示すように、第１金錫シート４０１の融点は約３８０℃であり、第２金錫シート４０２の融点（約３８０℃）より高い。
【００９２】
これにより、はんだシート６００のはんだ付けの前に、隣接チャネルのはんだ付け時に第１金錫シート４０１が溶融し、第２金錫シート４０２の錫が第１金錫シート４０１に溶け出すことを回避することができる。このため、第２金錫シート４０２の錫の含有率が低下して第２金錫シート４０２の融点が上昇し、第２金錫シート４０２による光デバイスのはんだ付けが困難になることを回避することができる。
【００９３】
（実施の形態にかかるはんだシートの他の例）
図１８は、実施の形態にかかるはんだシートの他の一例を示す図である。はんだシート６００（はんだ層）が第１金錫シート４０１および第２金錫シート４０２の２層構造になっている構成について説明したが、はんだシート６００は３層以上の構造になっていてもよい。
【００９４】
たとえば、図１８に示すように、はんだシート６００は、図６に示した構成において、第１金錫シート４０１の裏面側にさらに第３金錫シート１８０１を有していてもよい。第３金錫シート１８０１は、第１金錫シート４０１および第２金錫シート４０２と同様に、金および錫を主成分とするシート状の合金である。この場合に、第１金錫シート４０１および第２金錫シート４０２は、図６に示した場合よりも薄く形成される。
【００９５】
一例として、第３金錫シート１８０１は、金の含有率が７０％である金錫（Ａｕ７０Ｓｎ３０はんだ）とすることができる。また、第１金錫シート４０１は、金の含有率が７５％である金錫（Ａｕ７５Ｓｎ２５はんだ）とすることができる。また、第２金錫シート４０２は、金の含有率が８０％である金錫（Ａｕ８０Ｓｎ２０はんだ）とすることができる。このように、シリコンフォトニクスチップ１１０の電極パッド（たとえば電極パッド１１３ａ）に近い金錫シートほど金の含有率が低くなるように各金錫シートを配置する。
【００９６】
これにより、シリコンフォトニクスチップ１１０の電極パッドからの金の拡散による第２金錫シート４０２における金の含有率の上昇を第１金錫シート４０１によって抑制することができる。さらに、シリコンフォトニクスチップ１１０の電極パッドからの金の拡散による第１金錫シート４０１における金の含有率の上昇を第３金錫シート１８０１により抑制することができる。
【００９７】
したがって、隣接チャネルの光デバイスの実装時の加熱後におけるはんだシート６００の金の含有率の分布をより均一に（８０％に近く）し、自チャネルのはんだシート６００を用いたはんだ付けをより容易にすることができる。
【００９８】
ただし、第３金錫シート１８０１における金の含有率は、第１金錫シート４０１の金の含有率以上であってもよい。すなわち、第２金錫シート４０２の直下の第１金錫シート４０１における金の含有率が第２金錫シート４０２の金の含有率より低ければ、上述の金の拡散による第２金錫シート４０２における金の含有率の上昇を抑制することができる。このため、第２金錫シート４０２の溶融による光デバイスのはんだ付けが困難になることを抑制することができる。
【００９９】
図１８において、はんだシート６００を３層の構造とする構成について説明したが、はんだシート６００を４層以上の構造とする構成としてもよい。この場合は、たとえば図１８に示したはんだシート６００において、第３金錫シート１８０１の裏面側にさらに金錫シートを重ねることにより４層以上のはんだシート６００を形成することができる。
【０１００】
（実施の形態にかかるはんだシートの１層構造）
図１９は、実施の形態にかかるはんだシートの１層構造の一例を示す図である。はんだシート６００（はんだ層）が複数の金錫シートを重ねた積層構造になっている構成について説明したが、はんだシート６００は１層構造になっていてもよい。たとえば、図１９に示すように、はんだシート６００として、金および錫を主成分とし、裏面（図１９の下側の面）からおもて面（図１９の上側の面）にかけて金の含有率が連続的に多くなる１枚の金錫シートを用いてもよい。
【０１０１】
一例としては、図１９に示すはんだシート６００は、裏面の第１金錫部１９０１は金の含有率が７０％であるＡｕ７０Ｓｎ３０はんだになっており、おもて面の第２金錫部１９０２は金の含有率が８０％であるＡｕ８０Ｓｎ２０はんだになっている。そして、図１９に示すはんだシート６００は、第１金錫部１９０１から第２金錫部１９０２にかけて金の含有率が７０％から８０％へ連続的に多くなっている。
【０１０２】
これにより、隣接チャネルの光デバイスの実装時の加熱後におけるはんだシート６００の金の含有率の分布をより均一に（８０％に近く）し、自チャネルのはんだシート６００を用いたはんだ付けをより容易にすることができる。
【０１０３】
また、第１金錫部１９０１は融点が第２金錫部１９０２より高くなる。これにより、はんだシート６００のはんだ付けの前に、隣接チャネルのはんだ付け時に第１金錫部１９０１が溶融し、第２金錫部１９０２の錫が第１金錫部１９０１に溶け出すことを回避することができる。このため、第２金錫部１９０２の錫の含有率が低下して第２金錫部１９０２の融点が上昇し、第２金錫部１９０２による光デバイスのはんだ付けが困難になることを回避することができる。
【０１０４】
（実施の形態にかかるはんだシートの１層構造の他の例）
図２０は、実施の形態にかかるはんだシートの１層構造の他の一例を示す図である。図１９においては裏面からおもて面にかけて金の含有率が連続的に多くなる１層構造のはんだシート６００について説明したが、このような構成に限らない。たとえば、図２０に示すように、はんだシート６００は、厚さ方向（図２０の縦方向）において、両端（裏面およびおもて面）における金の含有率が高く、中央における金の含有率が比較的低くなるように、金の含有率が連続的に変化する金錫シートであってもよい。
【０１０５】
この場合、はんだシート６００の厚さ方向における中央部が、光デバイスと接する第２金錫部１９０２より金の含有率が低い第１金錫部１９０１となる。すなわち、はんだシート６００は、光デバイスと接する第２金錫部１９０２におけるシリコンフォトニクスチップ１１０の側（図２０の下側）に、第２金錫部１９０２より金の含有率が低い第１金錫部１９０１を含んでいればよい。これにより、上述の金の拡散により第２金錫部１９０２における金の含有率の上昇を抑制し、第２金錫部１９０２の溶融による光デバイスのはんだ付けが困難になることを抑制することができる。
【０１０６】
このように、実施の形態にかかる光モジュールにおいては、半導体チップと光デバイスの間のはんだ層に、金および錫を主成分とする第１金錫層と、第１金錫層上に形成され金および錫を主成分とし光デバイスと接する第２金錫層と、が含まれる。また、第２金錫層のうち第１金錫層と接する部分の金の含有率が、第１金錫層のうち第２金錫層と接する部分の金の含有率より高い。
【０１０７】
このような光モジュールは、以下のように製造される。すなわち、まず半導体チップ上にはんだ層を設置する。このはんだ層は、金および錫を主成分とする第１金錫部と、第１金錫部における半導体チップの反対側に形成され金および錫を主成分とする第２金錫部と、を含む。第１金錫部は、第２金錫部より金の含有率が高く第２金錫部より融点が高い。
【０１０８】
つぎに、設置したはんだ層上に光デバイスを設置し、はんだ層の加熱および冷却を行う。これにより、半導体チップ上への光デバイスのはんだ付けを行い、上述の光モジュールを製造することができる。
【０１０９】
上述の製造工程において、複数の光デバイスに対応するはんだ層を設置した状態で光デバイスを１個ずつはんだ付けする際に、ある第１の光デバイスのはんだ付けの際の加熱により他の第２の光デバイスに対応するはんだ層へ金が拡散する。この金の拡散は、たとえば半導体チップ上に形成された金を含む電極パッドが加熱されることにより生じる。
【０１１０】
ここで、第２の光デバイスに対応するはんだ層の第２金錫部の下に金の含有率が高い第１金錫部が設けられているため、第２の光デバイスに対応するはんだ層の第２金錫部への金の拡散を抑制することができる。これにより、第２の光デバイスに対応するはんだ層の第２金錫部の融点が上昇することを抑制し、半導体チップに対する第２の光デバイスのはんだ付けが困難になることを回避することができる。
【０１１１】
また、第２の光デバイスに対応するはんだ層の第１金錫部の融点は第２金錫部より高いため、第１の光デバイスのはんだ付けの際の加熱により第２の光デバイスに対応するはんだ層の第１金錫部が溶融することができる。これにより、第２の光デバイスに対応するはんだ層の第２金錫部の融点が上昇することを抑制し、半導体チップに対する第２の光デバイスのはんだ付けが困難になることを回避することができる。
【０１１２】
したがって、実施の形態にかかる製造工程によれば、半導体チップに対して複数の光デバイスを１個ずつ実装しても、２番目以降の光デバイスの実装時にはんだ層の融点の上昇によりはんだ付けが困難になることを回避することができる。このため、半導体チップに対して複数の光デバイスを１個ずつ実装することが可能になり、それにより各光デバイスの実装精度を向上させることができる。
【０１１３】
また、実施の形態にかかる光モジュールにおいては、上述のように半導体チップに対して光デバイスが高精度に実装されているため、たとえば半導体チップ上に形成された光導波路と光デバイスとの間の光結合損失が小さく、高性能な光通信が可能である。
【０１１４】
（実施の形態にかかる光通信機器）
図２１は、実施の形態にかかる光通信機器の一例を示す上面図である。図２１に示す光通信機器２１００は、上述の光モジュール１００を用いた光通信機器である。図２１に示す例では、光通信機器２１００は、送信チャネルとしてチャネル＃１〜＃４を有し、受信チャネルとしてチャネル＃５〜＃８を有する。たとえば、光通信機器２１００は、シリコンフォトニクスチップ１１０および光デバイス１３０ａ〜１３０ｄを備える。
【０１１５】
光通信機器２１００のシリコンフォトニクスチップ１１０には、駆動回路２１１０と、光導波路１１４ａ〜１１４ｄと、光変調器２１２０と、光導波路２１３１〜２１３４と、光導波路２１４１〜２１４４と、光受信器２１５０と、が形成されている。
【０１１６】
駆動回路２１１０は、たとえば図２に示した電極パッド１１３ａ〜１１３ｄを有し、それぞれ電極パッド１１３ａ〜１１３ｄを介して光デバイス１３０ａ〜１３０ｄへ駆動電流を供給することにより光デバイス１３０ａ〜１３０ｄを駆動する。
【０１１７】
光デバイス１３０ａ〜１３０ｄは、それぞれ電極パッド１１３ａ〜１１３ｄを介して駆動回路２１１０から供給された駆動電流によりレーザ光を発振し、発振したレーザ光をそれぞれ光導波路１１４ａ〜１１４ｄへ出射する。光導波路１１４ａ〜１１４ｄは、それぞれ光デバイス１３０ａ〜１３０ｄから出射されたレーザ光を伝播させて光変調器２１２０へ出射する。
【０１１８】
光変調器２１２０は、それぞれ光導波路１１４ａ〜１１４ｄから出射されたレーザ光を変調し、変調により得られた光信号をそれぞれ光導波路２１３１〜２１３４へ出射する。光導波路２１３１〜２１３４のそれぞれは、光変調器２１２０から出射されたレーザ光を伝播させてシリコンフォトニクスチップ１１０の外部へ送出する。これにより、チャネル＃１〜＃４の各光信号が光通信機器２１００の対向装置へ送信される。
【０１１９】
光導波路２１４１〜２１４４には、光通信機器２１００の対向装置から送信された、それぞれチャネル＃５〜＃８の光信号が入射する。光導波路２１４１〜２１４４のそれぞれは、入射した光信号を伝播させて光受信器２１５０へ出射する。光受信器２１５０は、光導波路２１４１〜２１４４から出射されたチャネル＃１〜＃４の各光信号を受信する。たとえば、光受信器２１５０は、チャネル＃１〜＃４の各光信号を復調する光復調器、光復調器により復調された各光信号を受光する受光部、受光部により得られた各信号を復号する復号回路等を含む。
【０１２０】
ここで、上述した駆動回路２１１０、光導波路１１４ａ〜１１４ｄ，２１３１〜２１３４，２１４１〜２１４４および光受信器２１５０は、たとえばシリコンフォトニクスによってシリコンフォトニクスチップ１１０に形成することができる。一方、シリコンフォトニクスチップ１１０はその材質特性から発光させることが困難であり、発光する光デバイス１３０ａ〜１３０ｄについては、シリコンフォトニクスによってシリコンフォトニクスチップ１１０に形成することが困難である。このため、光デバイス１３０ａ〜１３０ｄは、上述のようにシリコンフォトニクスチップ１１０上にはんだにより実装される。
【０１２１】
図２１においては、光信号の送信および受信が可能な光通信機器２１００について説明したが、たとえば図２１に示した光通信機器２１００から光導波路２１４１〜２１４４および光受信器２１５０を省き、光信号の送信を行う光通信機器としてもよい。
【０１２２】
このように、実施の形態にかかる光通信機器においては、上述の実施の形態にかかる光モジュールと同様に半導体チップに対して光デバイスが高精度に実装することができる。このため、たとえば半導体チップ上に形成された光導波路と光デバイスとの間の光結合損失が小さく、高性能な光通信が可能である。
【０１２３】
上述した光モジュール１００や光通信機器２１００において、光デバイスとして半導体レーザをシリコンフォトニクスチップ１１０に実装する構成について説明したが、シリコンフォトニクスチップ１１０に実装する光デバイスは半導体レーザに限らない。たとえば、半導体レーザに代えてＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：半導体光増幅器）をシリコンフォトニクスチップ１１０に実装する構成としてもよい。すなわち、シリコンフォトニクスチップ１１０に実装する光デバイスは、たとえば光を出射する各種の光デバイスとすることができる。
【０１２４】
また、光モジュール１００が４チャネルの光送信モジュールである場合について説明したが、光モジュール１００のチャネル数は、たとえば２チャネル以上の任意のチャネル数とすることができる。
【０１２５】
以上説明したように、光モジュール、光通信機器および製造方法によれば、半導体チップに対する光デバイスの実装精度の向上を図ることができる。
【０１２６】
上述した各実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【０１２７】
（付記１）半導体チップと、
前記半導体チップ上に形成され金および錫を主成分とするはんだ層と、
前記はんだ層上に設けられた光デバイスと、を備え、
前記はんだ層は、第１金錫層と、前記第１金錫層上の第２金錫層と、を含み、前記半導体チップと前記光デバイスとの対向方向の位置の変化に応じた金の含有率の変化が前記第１金錫層と前記第２金錫層とにおいて異なり、前記第１金錫層と前記第２金錫層との間の境界面においては前記含有率の変化が急である、
ことを特徴とする光モジュール。
【０１２８】
（付記２）前記はんだ層における前記含有率の変化は急激な勾配および緩い勾配を含むことを特徴とする付記１に記載の光モジュール。
【０１２９】
（付記３）前記第２金錫層のうち前記第１金錫層と接する部分の金の含有率が、前記第１金錫層のうち前記第２金錫層と接する部分の金の含有率より高いことを特徴とする付記１または２に記載の光モジュール。
【０１３０】
（付記４）前記第１金錫層の材料は、金および錫を主成分とする金錫はんだであり、
前記第２金錫層の材料は、金および錫を主成分とし、前記金錫はんだより金の含有率が高く、前記金錫はんだより融点が低い金錫はんだである、
ことを特徴とする付記３に記載の光モジュール。
【０１３１】
（付記５）前記半導体チップ上には金を含む電極パッドが形成されており、
前記はんだ層は前記電極パッド上に形成されており、
前記光デバイスの前記はんだ層の側の面には前記はんだ層のおもて面と接し金を含む電極パッドが形成されている、
ことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光モジュール。
【０１３２】
（付記６）前記半導体チップ上のうち、前記はんだ層（以下「第１はんだ層」とする。）とは異なる位置に形成された第２はんだ層と、
前記第２はんだ層上に設けられた、前記光デバイスとは異なる光デバイスと、
を備えることを特徴とする付記１〜５のいずれか一つに記載の光モジュール。
【０１３３】
（付記７）前記半導体チップは光導波路が形成されたシリコンフォトニクスチップであり、
前記光デバイスは、前記光導波路へ光を出射する半導体レーザまたは半導体光増幅器である、
ことを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の光モジュール。
【０１３４】
（付記８）光導波路が形成された半導体チップと、
前記半導体チップ上に形成され金および錫を主成分とするはんだ層と、
前記はんだ層上に設けられ、前記光導波路へ光を出射する光デバイスと、
前記光デバイスを駆動する駆動回路と、を備え、
前記はんだ層は、前記半導体チップと前記光デバイスとの対向方向の位置の変化に応じて金の含有率が前記はんだ層の他の部分とは異なる変化をしている部分を有する、
ことを特徴とする光通信機器。
【０１３５】
（付記９）半導体チップ上に、金および錫を主成分とする第１金錫部と、前記第１金錫部における前記半導体チップの反対側に形成され、金および錫を主成分とし、前記第１金錫部より金の含有率が高く前記第１金錫部より融点が低い第２金錫部と、を有するはんだ層を設置し、
前記はんだ層の前記第２金錫部上に光デバイスを設置し、
前記はんだ層の加熱および冷却を行うことにより前記半導体チップ上への前記光デバイスのはんだ付けを行う、
ことを特徴とする製造方法。
【０１３６】
（付記１０）前記はんだ層は、金および錫を主成分とする第１金錫シート上に、前記第１金錫シートより金の含有率が高く前記第１金錫シートより融点が低い第２金錫シートを設置することにより形成されることを特徴とする付記９に記載の製造方法。
【０１３７】
（付記１１）前記半導体チップ上のうち、前記はんだ層（以下「第１はんだ層」とする。）と異なる位置に形成された第２はんだ層と、前記第１はんだ層と、を設置し、
前記第２はんだ層上に前記光デバイス（以下「第１光デバイス」とする。）と異なる第２光デバイスを設置し、
前記第２はんだ層の加熱および冷却を行うことにより前記半導体チップ上への前記第２光デバイスのはんだ付けを行い、
前記第１はんだ層上に前記第１光デバイスを設置し、
前記第１はんだ層の加熱および冷却を行うことにより前記半導体チップ上への前記第１光デバイスのはんだ付けを行う、
ことを特徴とする付記９または１０に記載の製造方法。
【符号の説明】
【０１３８】
１００  光モジュール
１０１  レーザ光軸
１１０  シリコンフォトニクスチップ
１１１  光デバイス実装部
１１２  光導波路形成部
１１３ａ〜１１３ｄ，１３２ａ  電極パッド
１１４ａ〜１１４ｄ，２１３１〜２１３４，２１４１〜２１４４  光導波路
１２０ａ，１２０ｂ  はんだ層
１２１ａ，１２１ｂ  第１金錫層
１２２ａ，１２２ｂ  境界面
１２３ａ，１２３ｂ  第２金錫層
１３０ａ〜１３０ｄ  光デバイス
１３１ａ  発光部
４０１，４０１ａ，４０１ｂ  第１金錫シート
４０２，４０２ａ，４０２ｂ  第２金錫シート
５０１，５０２  ローラ
６００，６００ａ〜６００ｄ  はんだシート
７０１〜７０４  光デバイス実装予定領域
８０１  ボンディングステージ
９０１  ボンディングツール
１１０１  金原子
１２００  金含有率分布
１２０１  第１金錫領域
１２０２  第２金錫領域
１７０１  融点特性
１８０１  第３金錫シート
１９０１  第１金錫部
１９０２  第２金錫部
２１００  光通信機器
２１１０  駆動回路
２１２０  光変調器
２１５０  光受信器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2020077726.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2020077726.tif 000021
【図２０】
2020077726.tif 000022
【図２１】
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