(57)【要約】【課題】光学デバイスや光ファイバの相対距離の調整も不要で、短時間で光学デバイスを光ファイバに接続することの可能な光半導体装置を提供する。【解決手段】発光デバイスまたは受光デバイス（１）と、発光デバイスまたは受光デバイス（１）を保持する発光デバイス基板または受光デバイス基板（２）と、発光デバイスまたは受光デバイス（１）の表面に設けられている柱状の突起（２０）とを有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光デバイスまたは受光デバイスを有する光半導体装置において、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は円柱状のものであることを特徴とする光半導体装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は、光ファイバと光接続するためのものであって、光接続する光ファイバと同じ材料で形成されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は、片面が凸状のロッドレンズであることを特徴とする光半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は、屈折率分布型のレンズであることを特徴とする光半導体装置。
【請求項６】
発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置の製造方法において、前記柱状の突起は、片面が凸状のロッドレンズとして写真製版技術を用いて作製されることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
【請求項７】
発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えていることを特徴とする光半導体システム。
【請求項８】
請求項７記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板は、石英で形成されていることを特徴とする光半導体システム。
【請求項９】
請求項７記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板は、単結晶シリコンで形成されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板には、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を接触させて、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を位置合わせするためのＶ溝が形成されていることを特徴とする光半導体システム。
【請求項１１】
請求項１０記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板には、さらに、Ｖ溝の溝方向に対して垂直方向に位置決め用の溝が設けられていることを特徴とする光半導体システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の光半導体システムにおいて、Ｖ溝の溝方向に対して垂直方向に設けられている溝に位置決め用の板が設置されていることを特徴とする光半導体システム。
【請求項１３】
発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えている光半導体システムの製造方法であって、前記位置合わせ基板が石英で形成されている場合に、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を接触させて、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を位置合わせするためのＶ溝を前記位置合わせ基板にダイシングによって形成することを特徴とする光半導体システムの製造方法。
【請求項１４】
発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えている光半導体システムの製造方法であって、前記位置合わせ基板が単結晶シリコンで形成されている場合に、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を接触させて、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を位置合わせするためのＶ溝を前記位置合わせ基板に異方性エッチングによって形成することを特徴とする光半導体システムの製造方法。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４記載の光半導体システムの製造方法において、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を、位置合わせ基板のＶ溝に接触させて位置合わせを行なうことを特徴とする光半導体システムの製造方法。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光半導体装置、または、請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載の光半導体システムが用いられることを特徴とする光インターコネクションモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体装置および光半導体装置の製造方法および光半導体システムおよび光半導体システムの製造方法および光インターコネクションモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、光学デバイスと光ファイバとを接続する光インターコネクション技術が注目されている。光は、電気に比べ、高速かつ大量のデータ転送を行うことが可能である。しかし、電気が簡単に接続できることに対し、光は高精度な接続が要求される。このため光学デバイスと光ファイバの間には高精度な実装が要求される。
【０００３】
この要求に対し、現在において大半はアクティブアライメントという技術を用いて対応している。このアクティブアライメントは、例えば光学デバイスから発光した光を光ファイバに入射させて光ファイバ出射端でモニタし、その出力が最大になるように光学デバイスと光ファイバを相対的に移動し、出力が最大になるところで光学デバイスと光ファイバを固定するという手法である。しかし、この方法は性能的には問題がないが、調整に大変時間がかかり、調整効率が悪く、コスト増の原因ともなっている。
【０００４】
このため、Ｖ溝などを利用したパッシブアライメントによって調整時間を短縮するという手法が検討されてきている。このパッシブアライメントの手法として、例えば特許文献１（図１２）や特許文献２（図１３）のように、光学デバイスと光ファイバの間にレンズを設け、Ｖ溝により固定することにより、実装時間を短縮しようとするものがある。しかし、これらの例は、レンズが非常に小さく、レンズの取り扱いも非常に困難であり、配置させること自体容易ではない。
【０００５】
このような不具合をなくすため、特許文献３（図１４）のようにレンズに取り扱い部をつけた形状のレンズも提案されている。しかし、この例の場合、光学デバイスとレンズは非接触で離れており、光学デバイスや光ファイバとレンズの相対距離の調整に時間がかかるという問題がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１９９００６号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−２９５５６１号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２００２−３２８２０４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、光学デバイスや光ファイバの相対距離の調整も不要で、短時間で光学デバイスを光ファイバに接続することの可能な光半導体装置および光半導体装置の製造方法および光半導体システムおよび光半導体システムの製造方法および光インターコネクションモジュールを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、発光デバイスまたは受光デバイスを有する光半導体装置において、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は円柱状のものであることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は、光ファイバと光接続するためのものであって、光接続する光ファイバと同じ材料で形成されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は、片面が凸状のロッドレンズであることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は、屈折率分布型のレンズであることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項６記載の発明は、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置の製造方法において、前記柱状の突起は、片面が凸状のロッドレンズとして写真製版技術を用いて作製されることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項７記載の発明は、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板は、石英で形成されていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項９記載の発明は、請求項７記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板は、単結晶シリコンで形成されていることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項１０記載の発明は、請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板には、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を接触させて、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を位置合わせするためのＶ溝が形成されていることを特徴としている。
【００２０】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板には、さらに、Ｖ溝の溝方向に対して垂直方向に位置決め用の溝が設けられていることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１１記載の光半導体システムにおいて、Ｖ溝の溝方向に対して垂直方向に設けられている溝に位置決め用の板が設置されていることを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１３記載の発明は、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えている光半導体システムの製造方法であって、前記位置合わせ基板が石英で形成されている場合に、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を接触させて、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を位置合わせするためのＶ溝を前記位置合わせ基板にダイシングによって形成することを特徴としている。
【００２３】
また、請求項１４記載の発明は、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えている光半導体システムの製造方法であって、前記位置合わせ基板が単結晶シリコンで形成されている場合に、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を接触させて、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を位置合わせするためのＶ溝を前記位置合わせ基板に異方性エッチングによって形成することを特徴としている。
【００２４】
また、請求項１５記載の発明は、請求項１３または請求項１４記載の光半導体システムの製造方法において、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を、位置合わせ基板のＶ溝に接触させて位置合わせを行なうことを特徴としている。
【００２５】
また、請求項１６記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光半導体装置、または、請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載の光半導体システムが用いられることを特徴とする光インターコネクションモジュールである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は本発明に係る光半導体装置の構成例を示す図である。図１を参照すると、この光半導体装置は、発光デバイスまたは受光デバイス（１）と、発光デバイスまたは受光デバイス（１）を保持する発光デバイス基板または受光デバイス基板（２）と、発光デバイスまたは受光デバイス（１）の表面に設けられている柱状の突起（２０）とを有している。
【００２８】
図１の例では、発光デバイス基板または受光デバイス基板（２）上に形成されている柱状の突起（２０）は、円柱状のものとなっている。そして、この柱状の突起（２０）の外周に対する中心と発光デバイスまたは受光デバイス（１）の発光点または受光点の中心とは一致している。また、この柱状の突起（２０）の外径は、光半導体装置に接続される光ファイバの外径と一致している。
【００２９】
また、図２は図１の光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板（３）の斜視図である。
【００３０】
ここで、位置合わせ基板（３）は、これが石英で形成されている場合には、ダイシングで作製され、この場合には、長い基板（３）にＶ溝を作製した後、切断することにより、同時に大量に製作が可能である。
【００３１】
また、位置合わせ基板（３）は、これが単結晶シリコンで形成されている場合には、異方性エッチング技術を利用して作製され、この場合には、広い基板（３）に同時に複数のＶ溝を作製でき、広い基板（３）に同時に複数のＶ溝を作製した後、切断することにより、大量に製作が可能である。
【００３２】
図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は図１の光半導体装置の柱状突起（２０）と光ファイバ（３１）とを図２の位置合わせ基板（３）上で位置合わせを行なう様子を示す図である。なお、図３（ａ）は図２のＡ方向から見た側面図である。また、図３（ｂ）は図２のＢ方向から見た側面図である（なお、光ファイバは省略されている）。また、図３（ｃ）は図２のＣ方向から見た平面図である。
【００３３】
図１の光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行なう場合、まず始めに、図１の光半導体装置の柱状（円柱状）の突起（２０）を図２の位置合わせ基板（３）に載置する。このとき、柱状（円柱状）の突起（２０）を位置合わせ基板（３）のＶ溝に置き、位置合わせ基板（３）の側面と発光デバイス基板または受光デバイス基板（２）とが当接するようにして設置する。その後、光ファイバ（３１）を柱状（円柱状）の突起（２０）に当接させて設置する。なお、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）ではわかりやすくするため、隙間を開けているが、実際には、光ファイバ（３１）を柱状（円柱状）の突起（２０）に当接している。
【００３４】
このように、柱状（円柱状）の突起（２０）を位置合わせ基板（３）のＶ溝に置き、位置合わせ基板（３）の側面と発光デバイス基板または受光デバイス基板（２）とが当接するようにして設置するとき、柱状（円柱状）の突起（２０）の外径と光ファイバ（３１）の外径とが同じであるため、柱状（円柱状）の突起（２０）の中心と光ファイバ（３１）の中心とは一致することになる。
【００３５】
このようにすることにより、光ファイバ（３１）を直接発光デバイスまたは受光デバイス（１）に合わせるよりも、扱いやすく、より簡単に、精度良く、発光デバイスまたは受光デバイス（１）の光学中心と光ファイバ（３１）の光学中心とを一致させることができ、位置合わせに要する時間を短縮することができる。
【００３６】
図４（ａ），（ｂ）は本発明の具体例を示す図である。なお、図４（ａ）は、発光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置の具体例を示す図であり、図４（ｂ）は発光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている図４（ａ）の光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えている光半導体システムを示す図である。
【００３７】
図４（ａ），（ｂ）の例では、発光デバイスとして面発光レーザを使用し、位置合わせ基板（３）としては石英基板を用いている。そして、図４（ａ），（ｂ）の例では、柱状の突起（２０）は光ファイバとなっている。
【００３８】
すなわち、図４（ａ）の光半導体装置は、発光デバイスである面発光レーザ（１）が形成されている面発光レーザ基板（２）上に、円柱状の突起として光ファイバ（２０）がスペーサ（２５）を介して形成されたものとなっている。この光ファイバ（２０）の外周に対する中心及び光学中心と面発光レーザ（１）の発光の中心とは一致している。また、円柱状の突起としての光ファイバ（２０）は、これに接続される光ファイバ（３１）とクラッド外径，コア外径，材質などが同じものとなっている。なお、スペーサ（２５）の外径は、光ファイバ（２０）の外径より小さいか、または光ファイバ（２０）の外径からはみ出さないような寸法にしてある。
【００３９】
このような光ファイバ付き面発光レーザ（１）と光ファイバ（３１）とを接続する場合、図４（ｂ）に示すように、まず始めに、面発光レーザ（１）に形成されている光ファイバ（２０）を位置合わせ基板（３）に設置する。このとき、光ファイバ（２０）を位置合わせ基板（３）のＶ溝に置き、位置合わせ基板（３）の側面と面発光レーザ基板（２）とが当接するように設置する。その後、光ファイバ（３１）を光ファイバ（２０）に当接させて設置する。なお、図４（ｂ）ではわかりやすくするため、隙間を開けているが、実際には、光ファイバ（３１）を光ファイバ（２０）に当接している。
【００４０】
このように、光ファイバ（２０）を位置合わせ基板（３）のＶ溝に置き、位置合わせ基板（３）の側面と面発光レーザ基板（２）とが当接するように設置するとき、光ファイバ（２０）の外径と光ファイバ（３１）の外径とが同じであるため、光ファイバ（２０）の中心と光ファイバ（３１）の中心とは一致することになる。
【００４１】
このようにすることにより、光ファイバ（３１）を直接面発光レーザ（１）に合わせるよりも、扱いやすく、より簡単に、精度良く、面発光レーザ（１）の光学中心と光ファイバ（３１）の光学中心とを一致させることができ、位置合わせに要する時間を短縮することができる。
【００４２】
図５（ａ），（ｂ）は本発明の他の具体例を示す図である。なお、図５（ａ）は、発光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置の具体例を示す図であり、図５（ｂ）は発光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている図５（ａ）の光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えている光半導体システムを示す図である。
【００４３】
図５（ａ），（ｂ）の例では、発光デバイスとして面発光レーザを使用し、位置合わせ基板（３）としては石英基板を用いている。そして、図５（ａ），（ｂ）の例では、柱状の突起（２０）は片側凸ロッドレンズとなっている。
【００４４】
すなわち、図５（ａ）の光半導体装置は、発光デバイスである面発光レーザ（１）が形成されている面発光レーザ基板（２）上に、円柱状の突起として片側凸ロッドレンズ（２０）がスペーサ（２５）を介して形成されたものとなっている。この片側凸ロッドレンズ（２０）の外周に対する中心及び光学中心と面発光レーザ（１）の発光の中心とは一致している。なお、スペーサ（２５）の外径は、片側凸ロッドレンズ（２０）の外径より小さいか、または光ファイバ（２０）の外径からはみ出さないような寸法にしてある。
【００４５】
このような片側凸ロッドレンズ付き面発光レーザ（１）と光ファイバ（３１）とを光接続する場合、図５（ｂ）に示すように、まず始めに、面発光レーザ（１）に形成されている片側凸ロッドレンズ（２０）を位置合わせ基板（３）に設置する。このとき、片側凸ロッドレンズ（２０）を位置合わせ基板（３）のＶ溝に置き、位置合わせ基板（３）の側面と面発光レーザ基板（２）とが当接するように設置する。その後、光ファイバ（３１）をＶ溝に載せ、所定の位置で設置する。ここで、所定の位置とは、光線軌跡（３２）に示すように面発光レーザ（１）から出射した光がロッドレンズ（２０）によって集光される位置である。この位置の許容量はレンズを使用しているため、図４の例の場合よりも大きくとれ、実装しやすくなる。また、片側凸ロッドレンズ（２０）の外径と光ファイバ（３１）の外径とが同じであるため、片側凸ロッドレンズ（２０）の中心と光ファイバ（３１）の中心とは一致することになる。
【００４６】
このようにすることにより、光ファイバ（３１）を直接面発光レーザ（１）に合わせるよりも、扱いやすく、より簡単に、精度良く、面発光レーザ（１）の光学中心と光ファイバ（３１）の光学中心とを一致させることができ、位置合わせに要する時間を短縮することができる。
【００４７】
図６（ａ），（ｂ）は図５（ａ），（ｂ）の変形例を示す図である。
【００４８】
図６（ａ），（ｂ）の例では、発光デバイスとして面発光レーザを使用し、位置合わせ基板（３）としては単結晶シリコン基板を用いている。そして、図６（ａ），（ｂ）の例においても、柱状の突起（２０）は片側凸ロッドレンズとなっている。
【００４９】
すなわち、図６（ａ）の光半導体装置は、発光デバイスである面発光レーザ（１）が形成されている面発光レーザ基板（２）上に、円柱状の突起として片側凸ロッドレンズ（２０）が形成されたものとなっている。この片側凸ロッドレンズ（２０）の外周に対する中心及び光学中心と面発光レーザ（１）の発光の中心とは一致している。
【００５０】
図７（ａ）乃至（ｅ）は片側凸ロッドレンズ（２０）の作製プロセスの一例を示す図である。
【００５１】
図７（ａ）乃至（ｅ）を参照すると、面発光レーザが形成されている面発光レーザ基板（２）上に、レンズ材である樹脂（面発光レーザの波長に対し透明な樹脂）（４）を塗布し硬化させる（図７（ａ））。次いで、その上に、感光材であるレジスト（５）を塗布し硬化させる（図７（ｂ））。次いで、面発光レーザ上にレンズ形状を形成するためのグレースケールマスク（６）を用い露光する（図７（ｃ））。そして、現像すると、レンズ形状をしたレジスト（７）のようになる（図７（ｄ））。次いで、エッチングすることで、片側凸ロッドレンズ（２０）ができる（図７（ｅ））。
【００５２】
図７（ａ）乃至（ｅ）の例のように写真製版技術を用いることで、面発光レーザ（１）の発光の中心と片側凸ロッドレンズ（２０）の光学中心とを高精度に一致させることが可能となる。
【００５３】
図６（ａ）のような片側凸ロッドレンズ付き面発光レーザと光ファイバ（３１）とを光接続する場合、図６（ｂ）に示すように、まず始めに、面発光レーザ（１）に形成されている片側凸ロッドレンズ（２０）を位置合わせ基板（３）に設置する。このとき、片側凸ロッドレンズ（２０）を位置合わせ基板（３）のＶ溝に置き、位置合わせ基板（３）の側面と面発光レーザ基板（２）とが当接するように設置する。その後、光ファイバ（３１）をＶ溝に載せ、所定の位置で設置する。ここで、所定の位置とは、光線軌跡（３２）に示すように面発光レーザ（１）から出射した光がロッドレンズ（２０）によって集光される位置である。この位置の許容量はレンズを使用しているため、図４の例の場合よりも大きくとれ、実装しやすくなる。また、片側凸ロッドレンズ（２０）の外径と光ファイバ（３１）の外径とが同じであるため、片側凸ロッドレンズ（２０）の中心と光ファイバ（３１）の中心とは一致することになる。
【００５４】
このようにすることにより、光ファイバ（３１）を直接面発光レーザ（１）に合わせるよりも、扱いやすく、より簡単に、図５（ａ），（ｂ）の例の場合よりもさらに精度良く、面発光レーザ（１）の光学中心と光ファイバ（３１）の光学中心とを一致させることができ、位置合わせに要する時間を短縮することができる。
【００５５】
図８（ａ），（ｂ）は本発明の他の具体例を示す図である。なお、図８（ａ）は、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置の具体例を示す図であり、図８（ｂ）は発光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えている光半導体システムを示す図である。
【００５６】
図８（ａ），（ｂ）の例では、発光デバイスとして面発光レーザを使用し、位置合わせ基板（３）としては石英基板を用いている。そして、図８（ａ），（ｂ）の例では、柱状の突起（２０）は屈折率分布型レンズとなっている。
【００５７】
すなわち、図８（ａ）の光半導体装置は、発光デバイスである面発光レーザ（１）が形成されている面発光レーザ基板（２）上に、円柱状の突起として屈折率分布型レンズ（２０）がスペーサ（２５）を介して形成されたものとなっている。この屈折率分布型レンズ（２０）の外周に対する中心及び光学中心と面発光レーザ（１）の発光の中心とは一致している。なお、屈折率分布型レンズ（２０）の長さは、屈折周期の半周期分の長さにしてある。また、スペーサ（２５）の外径は、屈折率分布型レンズ（２０）の外径より小さいか、または光ファイバ（２０）の外径からはみ出さないような寸法にしてある。
【００５８】
このような屈折率分布型レンズ付き面発光レーザと光ファイバ（３１）とを光接続する場合、図８（ｂ）に示すように、まず始めに、面発光レーザ（１）に形成されている屈折率分布型レンズ（２０）を位置合わせ基板（３）に設置する。このとき、屈折率分布型レンズ（２０）を位置合わせ基板（３）のＶ溝に置き、位置合わせ基板（３）の側面と面発光レーザ基板（２）とが当接するように設置する。その後、光ファイバ（３１）を屈折率分布型レンズ（２０）に当接して設置する。この場合、光線軌跡（３２）に示すように面発光レーザ（１）から出射した光が屈折率分布型レンズ（２０）によって集光されるため、許容量が大きくなり、光ファイバ（３１）を屈折率分布型レンズ（２０）に当接しても、図４の例の場合よりは厳密に行わなくてもよくなり、実装しやすくなる。また、屈折率分布型レンズ（２０）の外径と光ファイバ（３１）の外径とが同じであるため、屈折率分布型レンズ（２０）の中心と光ファイバ（３１）の中心とは一致することになる。
【００５９】
このようにすることにより、光ファイバ（３１）を直接面発光レーザ（１）に合わせるよりも、扱いやすく、より簡単に、精度良く、面発光レーザ（１）の光学中心と光ファイバ（３１）の光学中心とを一致させることができ、位置合わせに要する時間を短縮することができる。
【００６０】
図９（ａ），（ｂ）は本発明のさらに他の具体例を示す図である。なお、図９（ａ）は位置決め用溝（２６）が形成された位置合わせ基板（３）の斜視図であり、図９（ｂ）は図５（ａ）に示した片側凸ロッドレンズ付き面発光レーザと光ファイバ（３１）とを位置合わせ基板（３）上で位置合わせを行なう様子を示す図（平面図（Ｃ方向から見た図））である。
【００６１】
図９（ａ），（ｂ）の例では、発光デバイスとして面発光レーザを使用し、位置合わせ基板（３）としては石英基板を用いている。
【００６２】
図９（ａ）の例では、位置合わせ基板（３）のＶ溝の方向に対して垂直方向に位置決め用溝（２６）が設けられている。この位置決め用溝（２６）は、図９（ｂ）で示した位置合わせ基板（３）の右側の側面を基準にして所定の位置に設けられている。ここで、所定の位置とは、光線軌跡（３２）に示すように面発光レーザ（１）から出射した光がロッドレンズ（２０）によって集光される位置である。
【００６３】
図９（ａ）のような位置合わせ基板（３）を使用して片側凸ロッドレンズ付き面発光レーザと光ファイバ（３１）とを光接続する場合、図９（ｂ）に示すように、まず始めに、面発光レーザ（１）に形成されている片側凸ロッドレンズ（２０）を位置合わせ基板（３）に設置する。このとき、片側凸ロッドレンズ（２０）を位置合わせ基板（３）のＶ溝に置き、位置合わせ基板（３）の側面と面発光レーザ基板（２）とが当接するように設置する。その後、光ファイバ（３１）をＶ溝に載せ、位置決め用溝（２６）に合わせて設置する。片側凸ロッドレンズ（２０）の外径と光ファイバ（３１）の外径とが同じであるため、片側凸ロッドレンズ（２０）の中心と光ファイバ（３１）の中心とは一致することになる。
【００６４】
このようにすることにより、光ファイバ（３１）を直接面発光レーザ（１）に合わせるよりも、扱いやすく、より簡単に、精度良く、面発光レーザ（１）の光学中心と光ファイバ（３１）の光学中心とを一致させることができ、位置合わせに要する時間を短縮することができる。
【００６５】
図１０（ａ）乃至（ｃ）は本発明のさらに他の具体例を示す図である。なお、図１０（ａ）は位置決め用溝（２６）を設け、位置決め用溝（２６）に位置決め用板（２７）を設けた位置合わせ基板（３）の斜視図であり、図１０（ｂ），（ｃ）は図５（ａ）に示した片側凸ロッドレンズ付き面発光レーザと光ファイバ（３１）とを図１０（ａ）の位置合わせ基板（３）上で位置合わせを行なう様子を示す図（図１０（ｂ）は平面図（Ｃ方向から見た図），図１０（ｃ）は側面図（Ｂ方向から見た図：光ファイバは省略している））である。
【００６６】
図１０（ａ）乃至（ｃ）の例では、発光デバイスとして面発光レーザを使用し、位置合わせ基板（３）としては石英基板を用いている。
【００６７】
図１０（ａ）の例では、位置合わせ基板（３）のＶ溝の方向に対して垂直方向に位置決め用溝（２６）が設けられている。この位置決め用溝（２６）は、図９（ｂ）で示した位置合わせ基板の右側の側面を基準に所定の位置に設けられている。ここで、所定の位置とは、光線軌跡（３２）に示すように面発光レーザ（１）から出射した光がロッドレンズ（２０）によって集光される位置である。さらに、この溝２６には、位置決め用板（２７）がガタツキなく挿入されている。
【００６８】
図１０（ａ）のような位置合わせ基板（３）を使用して片側凸ロッドレンズ付き面発光レーザと光ファイバ（３１）とを光接続する場合、図１０（ｂ），（ｃ）に示すように、まず始めに、面発光レーザ（１）に形成されている片側凸ロッドレンズ（２０）を位置合わせ基板（３）に設置する。このとき、片側凸ロッドレンズ（２０）を位置合わせ基板（３）のＶ溝に置き、位置合わせ基板（３）の側面と面発光レーザ基板（２）とが当接するように設置する。その後、光ファイバ（３１）をＶ溝に載せ、位置決め用板（２７）に当接させて設置する。この場合、片側凸ロッドレンズ（２０）の外径と光ファイバ（３１）の外径とが同じであるため、片側凸ロッドレンズ（２０）の中心と光ファイバ（３１）の中心とは一致することになる。
【００６９】
このようにすることにより、光ファイバ（３１）を直接面発光レーザ（１）に合わせるよりも、扱いやすく、より簡単に、精度良く、面発光レーザ（１）の光学中心と光ファイバ（３１）の光学中心とを一致させることができ、位置合わせに要する時間を図７の例よりも短縮することができる。
【００７０】
上述の説明では、デバイスは発光デバイス（面発光レーザ）であるとしたが、デバイスは受光デバイスでも良い。
【００７１】
また、図４の例で、光ファイバ（２０）と光ファイバ（３１）とは、クラッド外径，コア外径，材質などが同じものとなっているとしたが、光ファイバ（３１）に接続されるデバイスが発光素子であれば、光ファイバ（２０）のコア径よりも大きいコア径をもつ光ファイバ（３１）を用いても良い。また、光ファイバ（３１）に接続されるデバイスが受光素子であれば、光ファイバ（２０）のコア径よりも小さいコア径をもつ光ファイバ（３１）を用いても良い。
【００７２】
さらに、図７（ａ）乃至（ｅ）のプロセス例では、面発光レーザの波長に対し透明な樹脂をレンズ材（４）として塗布するとしたが、面発光レーザの波長に対し透明な材料（例えば樹脂基板や石英基板、赤外線であれば単結晶シリコン基板）をレンズ材（４）として面発光レーザ基板（２）に貼り付け、同様のプロセスを行なっても良い。
【００７３】
また、図７（ａ）乃至（ｅ）の例では、レジストをエッチングマスクとして使用したが、面発光レーザの波長に対して透明なレジストを直接レンズ材として使用しても良い。図１１（ａ）乃至（ｃ）は面発光レーザの波長に対して透明なレジストを直接レンズ材として使用する場合の片側凸ロッドレンズ（２０）の作製プロセスの一例を示す図である。図１１（ａ）乃至（ｃ）を参照すると、面発光レーザが形成されている面発光レーザ基板（２）上に、レンズ材であるレジスト（面発光レーザの波長に対し透明なレジスト）（４１）を塗布し硬化させる（図１１（ａ））。次いで、面発光レーザ上にレンズ形状を形成するためのグレースケールマスク（６）を用い露光する（図１１（ｂ））。そして、現像すると、レンズ形状をしたレジスト（２０）になり、これをそのまま片側凸ロッドレンズとして使える（図１１（ｃ））。このように、図１１（ａ）乃至（ｅ）のようなプロセスで、さらにより簡単に片側凸ロッドレンズを作製することができる。
【００７４】
以上のように、本発明を適用することにより、光学デバイスと光ファイバの相対距離の調整も不要で、短時間で光学デバイスと光ファイバを接続することが可能となる。
【００７５】
換言すれば、本発明は、発光デバイスまたは受光デバイスを有する光半導体装置において、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられていることを特徴としている。
【００７６】
ここで、前記柱状の突起は、例えば円柱状のものである。
【００７７】
また、前記柱状の突起は、光ファイバと光接続するためのものであって、例えば、光接続する光ファイバと同じ材料で形成されている。
【００７８】
また、前記柱状の突起は、例えば、片面が凸状のロッドレンズとなっている。
【００７９】
あるいは、前記柱状の突起は、例えば、屈折率分布型のレンズである。
【００８０】
前記柱状の突起が、片面が凸状のロッドレンズである場合には、片面が凸状のロッドレンズを写真製版技術を用いて作製することができる。
【００８１】
また、本発明の光半導体システムは、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えていることを特徴としている。
【００８２】
ここで、前記位置合わせ基板は、例えば、石英で形成されている。
【００８３】
あるいは、位置合わせ基板は、例えば、単結晶シリコンで形成されている。
【００８４】
また、前記位置合わせ基板には、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を接触させて、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を位置合わせするためのＶ溝が形成されている。
【００８５】
前記位置合わせ基板には、さらに、Ｖ溝の溝方向に対して垂直方向に位置決め用の溝が設けられていても良い。
【００８６】
ここで、Ｖ溝の溝方向に対して垂直方向に設けられている溝には、位置決め用の板が設置される。
【００８７】
また、本発明は、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えている光半導体システムの製造方法であって、前記位置合わせ基板が石英で形成されている場合に、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を接触させて、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を位置合わせするためのＶ溝を前記位置合わせ基板にダイシングによって形成することを特徴としている。
【００８８】
また、本発明は、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えている光半導体システムの製造方法であって、前記位置合わせ基板が単結晶シリコンで形成されている場合に、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を接触させて、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を位置合わせするためのＶ溝を前記位置合わせ基板に異方性エッチングによって形成することを特徴としている。
【００８９】
上記いずれの光半導体システムの製造方法においても、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を、位置合わせ基板のＶ溝に接触させて位置合わせを行なうことができる。
【００９０】
また、上述した本発明の光半導体装置、または、光半導体システムを用いて、光配線モジュールなどの光インターコネクションモジュールを構成することができる。
【００９１】
このように、本発明は、光ファイバと発光デバイスまたは受光デバイスを接続する場合において、発光デバイスあるいは受光デバイスの表面に設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形とを、位置合わせ基板のＶ溝に接触させて位置合わせを行なうことで、短時間で位置合わせを完了することができる。
【００９２】
また、上記柱状の突起が、これに接続される光ファイバの径，材質などと同じであるか、または、屈折率分布型のレンズであるときには、Ｖ溝に載置した発光デバイスまたは受光デバイスの柱状の突起部分にＶ溝に沿って光ファイバを当節するだけで、位置決めが完了する。また、柱状の突起が、片側が凸状のロッドレンズになっているときには、そのレンズ効果で位置決めの許容範囲を広くとることができる。さらに、ロッドレンズが写真製版技術により作製されているときには、発光デバイスまたは受光デバイスとロッドレンズの相対位置も高精度に位置合わせが可能で、同時に複数作製することができる。
【００９３】
また、位置合わせ基板が、石英であり、ダイシングブレードで作製されるときには、長い基板にＶ溝を作製したのち、切断することにより、同時に大量に製作が可能である。また、位置合わせ基板が、単結晶シリコンであり、異方性エッチング技術を利用して作製されるときには、広い基板に同時にＶ溝を作製でき、切断することにより、大量に製作が可能である。
【００９４】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１乃至請求項５記載の発明によれば、発光デバイスあるいは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられているので、この柱状の突起を利用して高精度な位置決めをすることができる。
【００９５】
特に、請求項２記載の発明では、請求項１記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は円柱状のものであるので、Ｖ溝を利用して高精度な位置決めをすることができる。
【００９６】
また、請求項３記載の発明では、請求項１または請求項２記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は、光ファイバと光接続するためのものであって、光接続する光ファイバと同じ材料で形成されている光ファイバであるので、互いの光ファイバを位置合わせ基板上で当接させるだけで、高精度な位置決めが短時間でできる。
【００９７】
また、請求項４記載の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は、片面が凸状のロッドレンズであるので、位置決めの許容量を大きくとれる。
【００９８】
また、請求項５記載の発明では、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光半導体装置において、前記柱状の突起は、屈折率分布型のレンズであるので、位置合わせ基板上で当接させるだけで、高精度な位置決めが短時間ででき、かつ、位置決めの許容量も大きくできる。
【００９９】
また、請求項６記載の発明では、凸状のロッドレンズを写真製版技術を用いて作製するので、発光中心とレンズの中心の位置合わせ精度が高くなり、光ファイバ中心と発光中心がより精度良く位置合わせができ、同時に複数作製することが可能となる。
【０１００】
また、請求項７記載の発明によれば、発光デバイスまたは受光デバイスの表面に柱状の突起が設けられている光半導体装置と、該光半導体装置と光ファイバとの位置合わせを行ない、光半導体装置を光ファイバに光接続するための位置合わせ基板とを備えているので、高精度な位置決めをすることができる。
【０１０１】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項７記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板は、石英で形成されているので、熱膨張も少なく、長い基板にＶ溝を作製した後、切断することにより、同時に大量に製作が可能である。
【０１０２】
また、請求項９記載の発明では、請求項７記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板は、単結晶シリコンで形成されているので、広い基板に同時に複数のＶ溝を作製でき、切断することにより、大量に製作が可能である。
【０１０３】
また、請求項１０記載の発明では、請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板には、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を接触させて、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を位置合わせするためのＶ溝が形成されているので、Ｖ溝を利用して高精度な位置決めをすることができる。
【０１０４】
また、請求項１１記載の発明では、請求項１０記載の光半導体システムにおいて、前記位置合わせ基板には、さらに、Ｖ溝の溝方向に対して垂直方向に位置決め用の溝が設けられているので、位置決め用の溝を基準に実装でき、これにより、調整することなく、短時間に高精度な実装ができる。
【０１０５】
また、請求項１２記載の発明では、請求項１１記載の光半導体システムにおいて、Ｖ溝の溝方向に対して垂直方向に設けられている溝に位置決め用の板が設置されているので、位置決め用の板に当接させて実装でき、これにより、調整することなく、さらに短時間に高精度な実装ができる。
【０１０６】
また、請求項１３記載の発明によれば、Ｖ溝をダイシングによって形成するので、長い基板にＶ溝を作製した後、切断することにより、簡単に大量に製作が可能である。
【０１０７】
また、請求項１４記載の発明によれば、Ｖ溝を異方性エッチングによって形成するので、広い基板に同時に複数のＶ溝を作製でき、切断することにより、大量に製作が可能である。
【０１０８】
また、請求項１５記載の発明によれば、請求項１３または請求項１４記載の光半導体システムの製造方法において、発光デバイスまたは受光デバイスの表面にあらかじめ設けられている柱状の突起の外形と光ファイバの外形を、位置合わせ基板のＶ溝に接触させて位置合わせを行なうので、調整することなく、短時間に高精度な実装ができる。
【０１０９】
また、請求項１６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の光半導体装置、または、請求項７乃至請求項１２のいずれか一項に記載の光半導体システムが用いられることを特徴とする光インターコネクションモジュールであるので、短時間で高精度な実装が可能となり、高性能，低コスト化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光半導体装置の構成例を示す図である。
【図２】位置合わせ基板の一例を示す図である。
【図３】図１の光半導体装置の柱状突起と光ファイバとを図２の位置合わせ基板上で位置合わせを行なう様子を示す図である。
【図４】本発明の具体例を示す図である。
【図５】本発明の他の具体例を示す図である。
【図６】図５（ａ），（ｂ）の変形例を示す図である。
【図７】片側凸ロッドレンズの作製プロセスの一例を示す図である。
【図８】本発明の他の具体例を示す図である。
【図９】本発明の他の具体例を示す図である。
【図１０】本発明の他の具体例を示す図である。
【図１１】片側凸ロッドレンズの作製プロセスの一例を示す図である。
【図１２】従来技術を説明するための図である。
【図１３】従来技術を説明するための図である。
【図１４】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１          発光デバイスまたは受光デバイス
２          発光デバイス基板または受光デバイス基板
３          位置合わせ基板
４          レンズ材
５          レジスト
６          グレースケールマスク
７          レジスト
２０        柱状の突起
２５        スペーサ
２６        位置決め用溝
２７        位置決め用板
３１        光ファイバ
３２        光線軌跡
４１        レジスト
【図１】
2005017678.tif 000003
【図２】
2005017678.tif 000004
【図３】
2005017678.tif 000005
【図４】
2005017678.tif 000006
【図５】
2005017678.tif 000007
【図６】
2005017678.tif 000008
【図７】
2005017678.tif 000009
【図８】
2005017678.tif 000010
【図９】
2005017678.tif 000011
【図１０】
2005017678.tif 000012
【図１１】
2005017678.tif 000013
【図１２】
2005017678.tif 000014
【図１３】
2005017678.tif 000015
【図１４】
2005017678.tif 000016