(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子が配設される光素子配設面と、該光素子配設面に対し鈍角を成す２つの傾斜面と、前記光素子配設面に対して垂直であって、前記２つの傾斜面を介してそれぞれ続く２つの平面とを有する基台と、前記光素子配設面から一方の前記傾斜面を介し一方の前記平面にかけて形成された導体パターンから成る第１電極配線と、前記光素子配設面から他方の前記傾斜面を介し他方の前記平面にかけて形成された導体パターンから成る第２電極配線とから成る光素子キャリア。
【請求項２】
基板の上面に光素子が配設される複数の光素子配設面を列条に配列するとともに隣接する光素子配設面間に開口を形成する工程と、前記開口の内側面と前記光素子配設面との角部に２つの傾斜面および前記光素子配設面に対して垂直であって、前記２つの傾斜面を介してそれぞれ続く２つの平面を形成する工程と、前記光素子配設面から一方の前記傾斜面を介し一方の前記平面にかけて導体パターンを形成して第１電極配線と、前記光素子配設面から他方の前記傾斜面を介し他方の前記平面にかけて導体パターンを形成して第２電極配線とを形成する工程と、前記基板を切断分離し光素子が配設される基台を形成する工程とを含む光素子キャリアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ通信システム又は構内光通信システム（光ＬＡＮ）に用いられる光素子キャリア及びその製造方法に関し、特に、面発光素子又は面受光素子を好適に実装可能な光素子キャリア及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＡＴＶや公衆通信の分野において、光ファイバ通信の実用化が始まっている。従来より、高速・高信頼性の光半導体モジュールが同軸型あるいはDual-inline 型と呼ばれるモジュール構造で実現されており、これらは主に幹線系と呼ばれる領域で既に実用化されている。
【０００３】
これに対し、最近ではＳｉ（シリコン）サブ基板（またはＳi プラットホームともいう）上で、光半導体素子と光ファイバを機械的精度のみで高精度に位置決め実装する技術を用いた光モジュールが盛んに開発されている。これらは主に加入者系と呼ばれる領域での実用化が目標とされており、小型，低背化，低コスト化等が要求されている。
【０００４】
以下に、従来のフォトダイオードの実装構造▲１▼〜▲３▼について説明する。
【０００５】
▲１▼図１０にフォトダイオードを実装するためのサブマウント４１（光素子キャリア）を示す。サブマウント４１は少なくとも任意の隣合う二つの面にフォトダイオードのアノードおよびカソード電極用の電極パッド４１１，４１２が形成されており、各々の電極パッドは面の境界で電気的、導通が確保される。
【０００６】
図１１にＰＩＮ型のフォトダイオード２が上記サブマウント４１に実装された典型的な例を示す。フォトダイオード２は用途により異なるが、この例ではおよそ５００ミクロン角、厚さ２００ミクロン程度、受光径２００ミクロンφであり、受光面およびその反対面（裏面）に電極パッド２１，２２がそれぞれ形成されている。フォトダイオード２は受光面を上に電極パッド４１１上にＡｕＳｎ半田等により接続固定され、裏面電極２２と電気的に接続されている。また、電極パッド４１２と受光面電極２１とはワイヤボンド３１により電気的接続がとられる。
【０００７】
図１２（ａ）〜（ｃ）にサブマウント４１にＰＩＮ型フォトダイオード２を実装後、サブマウント４１がＳｉサブ基板Ｓ上に実装された例を示す。ＰＩＮ型フォトダイオード２はその受光面がＳｉサブ基板Ｓの主面に対して垂直になるように接続される。これにより、Ｓｉサブ基板Ｓの主面に平行に実装された不図示の光ファイバとフォトダイオード２とが光接続される。フォトダイオード２への給電用の配線はフォトダイオード２の実装面と別の面の電極パッドからＳｉサブ基板Ｓへワイヤボンディングすることにより行われる。ここで、サブマウント４１は一般的にはアルミナ等セラミック上に、フィラー入りペーストを用い印刷により各面ごとに電極パッドがパターン形成される。
【０００８】
▲２▼また、Ｓｉサブ基板上に上記のようなサブマウントは用いずに、直接Ｓｉサブ基板上にフォトダイオードを実装する方法も提案されている（例えば特開平8-94887 号公報を参照）。すなわち、Ｓｉサブ基板上のファイバ実装溝にファイバを実装したとき、ファイバ出射端に対向するように斜面を形成し、その斜面上にフォトダイオードの実装を行う。フォトダイオード下面側の電極は前記斜面に形成された電極と直接コンタクトして行い、フォトダイオード上面側の電極はワイヤリングにより行う。
【０００９】
▲３▼また、フォトダイオードの受光面を下にして、Ｓｉサブ基板に載置する。受光面下部に形成された光路用溝の一部に形成された全反射面により９０゜光路を変えることで、ファイバからの出射光を受光面へ導く方法も提案されている（例えば、特開平9-54228 号公報を参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記実装構造▲１▼では、サブマウントの電極パッドの形成において、２面のパターンの相対的な位置合わせ精度が外形の機械精度に依存するため、精度が悪いという問題があった。すなわち、電極パッドの最小線幅、パッド間隔は各７０ミクロン程度が限界であった。このため、電極の特性インピーダンスが高くなってしまい、高周波特性に制限を与えたり、サブマウント全体が大きくなるのである。
【００１１】
また、２面もしくはそれ以上の面へのパターン形成では、第１面のパターン形成が終了した後、次のパターンを形成するとき、サブマウント自身を一つずつハンドリングし整列させる必要があり、著しく生産性が悪いという問題や、サイズが小さくなるほど、その取り扱いが困難になり、さらに生産性を悪化させる問題があった。また、従来ではサイズの限界が一般的に２ｍｍ角程度であって、これ以上の小型化についても困難であった。
【００１２】
以上、述べた通りサイズとコストがトレードオフの関係になっているので、従来では、サブマウントの小型化，高性能化により、非常にコストが高くなるという問題があること、及び小型化，高性能化に物理的な限界があった。
【００１３】
また、実装構造▲２▼では、ワイヤリング面が同一平面上にないため、工程が著しく煩雑になったり、Ｓｉサブ基板の斜面へ電極をパターン形成する必要があるので、工程が複雑化するなどの問題があった。さらに、斜面の傾斜角の自由度が、斜面への電極作製プロセスやワイヤリングの作業性により制限を受けてしまい、フォトダイオードの受光感度や実装位置合わせ精度のトレランスが、光路に対しほぼ垂直に受光した場合と比較して小さくなるという問題もあった。
【００１４】
また、実装構造▲３▼によっても、上記実装構造▲２▼と同様に溝内への電極プロセスによる工程の複雑化や、特に受光感度の低下を免れることができない。
【００１５】
そこで本発明は、上記従来の問題に鑑み提案されたものであり、特に面受発光素子等の光素子の実装に適し、しかも量産性に優れ、小型で高周波特性に優れた光素子キャリア及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光素子キャリアは、光素子が配設される光素子配設面と、該光素子配設面に対し鈍角を成す２つの傾斜面と、前記光素子配設面に対して垂直であって、前記２つの傾斜面を介してそれぞれ続く２つの平面とを有する基台と、前記光素子配設面から一方の前記傾斜面を介し一方の前記平面にかけて形成された導体パターンから成る第１電極配線と、前記光素子配設面から他方の前記傾斜面を介し他方の前記平面にかけて形成された導体パターンから成る第２電極配線とから成ることを特徴とする。
【００１７】
また、この光素子キャリアの製造方法は、基板の上面に光素子が配設される複数の光素子配設面を列条に配列するとともに隣接する光素子配設面間に開口を形成する工程と、前記開口の内側面と前記光素子配設面との角部に２つの傾斜面および前記光素子配設面に対して垂直であって、前記２つの傾斜面を介してそれぞれ続く２つの平面を形成する工程と、前記光素子配設面から一方の前記傾斜面を介し一方の前記平面にかけて導体パターンを形成して第１電極配線と、前記光素子配設面から他方の前記傾斜面を介し他方の前記平面にかけて導体パターンを形成して第２電極配線とを形成する工程と、前記基板を切断分離し光素子を配設する基台を形成する工程とを含む。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光素子キャリアの実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１９】
図１及び図２に示すように、光素子キャリアＭ１は、上面に光素子２が配設される光素子配設面Ａ１とこの光素子配設面Ａ１に対し鈍角θを成す傾斜面Ａ２，Ａ３を有する基台１と、光素子配設面Ａ１から傾斜面Ａ２，Ａ３にかけて形成された導体パターン１１，１２等、１４，１５等とから成る。具体的には１１，１４は素子接続用電極パッドであり、１３，１６は外部引き出し用電極パッドである。また、図中、１２，１５は素子接続用電極パッドと外部引き出し用電極パッドの接続用配線パターンである。また、導体パターンである１１，１２，１３は第１電極配線、１４，１５，１６は第２電極配線を構成する。
【００２０】
図２に光素子キャリアＭ１に光素子であるＰＩＮ型のフォトダイオード２を実装した例を示す。フォトダイオード２は電極パッド１１に受光面を上にして接続される。接続にはＡｕＳｎ半田等が用いられる。また、フォトダイオード２の受光面側の電極２１と電極パッド１４とがワイヤボンドされる。
【００２１】
図３にこの光素子キャリアＭ１がＳｉサブ基板Ｓに実装された例を示す。フォトダイオード２は受光面をＳｉサブ基板面に垂直になるように接続される。これにより、Ｓｉサブ基板面に平行に実装された不図示の光ファイバと効率的に接続される。また、フォトダイオード２への給電用の配線は電極パッド１６からＳｉサブ基板Ｓへワイヤボンドすることにより行われる。図中１７のその場合のワイヤである。
【００２２】
次に、各部の特徴的な形状，材質，寸法の詳細について述べる。電極パッド１３は、素子接続用の電極パッド１１，１４の形成面に対し垂直な平面に形成され、傾斜面Ａ３上の電極パッド１２を介して電気的に接続される。
【００２３】
外部引き出し用の電極パッド１６は、電極パッド１３と同様に素子接続用の電極パッド１１，１４の形成面に対し垂直な面に形成され、傾斜面Ａ２上の配線パターン１５を介して電気的に接続される。電極パッド１３，１６は各々、異なる平面上の全体に形成され、互いにほぼ平行に対向する配置をとる。
【００２４】
これにより、電極の微細パターンの形成は電極パッド１１，１４形成面のみとなり、複数平面のパターン同士のアライメントの必要がなくなることから高精度プレーナ技術を用いたパターン形成が可能となり、小型で且つ一つの基板から大量に作製が可能となる。
【００２５】
また、電極パッド１１と１３，１４と１６の接続に電極１２，１５を用いたことにより、接続部での電極層のカバレッジ不足による断線を防止することができる。従って、電極１２，１５のサイズは十分カバレッジが可能なだけの幅をとればよく、特に加工精度を要求されることはない。
【００２６】
基台１の材質としては、加工性の点でＳｉが優れるが、誘電正接が大きいため、１０００Ω・cm程度以上の高抵抗が望ましい。また、高周波特性の観点から、低誘電率である石英でも好適に使用可能である。
【００２７】
上記光素子キャリアＭ１は光素子配設面Ａ１に対して傾斜する面が４つ有するものであるが、図４〜図６に示すように、異方性エッチングにより形成したＵ字状又はＶ字状の溝Ｔに配設できるような形状を有する基台１０を備えた光素子キャリアを作製し、低背化を好適に実現した光素子キャリアＭ２とすることもできる。また、これにより光素子キャリア実装時の作業性、実装後の安定性を良好にすることが可能である。
【００２８】
光素子キャリアＭ２は、光素子配設面Ａ１の裏面側においても光素子配設面と対称的に傾斜面Ａ４，Ａ５を形成したものであり、このように適宜傾斜面を増大させたり、あるいは減少させてもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更実施が可能である。
【００２９】
次に、図７〜図９に基づいて上記光素子キャリアを製造する方法について説明する。図７（ａ），（ｂ）に示すように、まず、例えばシリコン等から成る基板１０’を粘着シート等の不図示の接着体上に載置し、基板１０’の上面に、光素子が配設される複数の光素子配設面Ａ１’を列条に（Ａ−Ａ断面線に対し直交する方向）複数配列するとともに、隣接する光素子配設面間に開口１９を複数形成する工程を行う。次に、図８（ａ），（ｂ）に示すように、開口１９の内側面と光素子配設面Ａ１’との角部２０に傾斜面を各種の薄膜形成法により形成する工程と、光素子配設面Ａ１’からこの傾斜面にかけて導体パターン１１，１４，２１を形成する工程とを行う。そして、図９（ａ），（ｂ）に示すように基板１０’を開口１９において（ａ）の斜線で図示した領域（光素子配設面の列条方向に対して直交する方向）を切断し分離することにより、光素子配設面を備えた光素子キャリア（光素子を配設する基台１）の複数個を迅速且つ簡便に作製することができる。
【００３０】
なお、光素子キャリアＭ２を作製する場合は、上記傾斜面の作製プロセスと同様な方法を光素子配設面とは反対側の裏面側にも施すことにより形成することができる。
【００３１】
【実施例】
次に、さらに具体的な実施例について説明する。
【００３２】
まず、基台に抵抗率１０００Ω・cm以上のＳｉ基板を用いた。基台の外形は図１に示すように、幅０．７ｍｍ，高さ０．９ｍｍ，厚み０．６ｍｍに設計した。素子を搭載する電極パッド１１は０．５ｍｍ角で、ほぼフォトダイオード１２のサイズと同程度である。電極パッド１４は電極パッド１１との間隔０．０４ｍｍ，電極幅０．１６ｍｍとした。また電極層はトータル膜厚０．７〜１．３μｍのＣｒ／Ａｕ蒸着膜および電極パッド１１の一部にはＣｒ／Ａｕ蒸着膜上にトータル膜厚２μｍのＡｕＳｎ積層半田を用いた。
【００３３】
次に、基台１の形成プロセスは以下の通りとした。基台の作製は工業的に一般的によく用いられる４インチシリコン単結晶基板及び、通常の半導体作製プロセスで用いられるフォトリソグラフィー、薄膜作製、ドライエッチングの各技術を用いて行った。
【００３４】
まず、基板表面にドライエッチング用のマスクを形成し、その後、基板に垂直な開口１９を異方性のＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）で作製した。次に、傾斜面パターン形成用マスクを形成し、等方性のＣＤＥ（ケミカルドライエッチング）で傾斜面を形成した。
【００３５】
さらにその後、電極パッド１１〜１６をリフトオフ法により形成した。このとき、フォトレジストの塗布には開口１９への回り込みによる塗布むらを防止するためにスプレー式塗布を行った。また、開口１９の内壁および傾斜面上に均一に蒸着膜が形成されるように、回転式斜方蒸着を行った。最後に、不要な部分をダイシングすることにより、複数の基台を作製することができた。
【００３６】
この方法により、プレーナプロセス技術を用い、複数平面上に電極を良好に形成することができた。また、従来の印刷を用いたプロセスよりもパターンの直線性、精度、ばらつきが良好であるとともに複数品の整列処理等の煩雑さをなくすことができた。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の光素子キャリア及びその製造方法によれば、以下に示す顕著な効果を奏することができる。
【００３８】
・一枚の平板基板より光素子キャリアを大量に生産することが可能であり、量産性が極めて良好となる。
【００３９】
・一括処理で行うことができ、製造工程途中でのハンドリング等の作業の煩雑さがない。
【００４０】
・ウェハ状態もしくは工程終了（ダイシング）後の整列状態で光半導体素子の実装が可能であり、実装の作業性が良好である。
【００４１】
・小型化が容易であり、この小型化により光素子キャリア全体の容量が下がることから高速動作に好適である。
【００４２】
・光素子の受光面反射抑制のための受光面傾斜角の自由度が高く、受光感度が良好である。
【００４３】
そして以上の効果により、低コスト，小型，高周波特性に優れ、さらに量産性が著しく向上した光素子キャリア及びその製造方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光素子キャリアを示す斜視図である。
【図２】光素子を配設した光素子キャリアを示す斜視図である。
【図３】光素子を配設した光素子キャリアを基板上に載置した一例を説明する図であり、（ａ）は正面側一部断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面側一部断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る光素子キャリアを示す斜視図である。
【図５】光素子を配設した光素子キャリアを示す斜視図である。
【図６】光素子を配設した光素子キャリアを基板上に載置した一例を説明する図であり、（ａ）は正面側一部断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面側一部断面図である。
【図７】本発明の光素子キャリアの製造方法を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】本発明の光素子キャリアの製造方法を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】本発明の光素子キャリアの製造方法を説明する図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１０】従来の光素子キャリアを示す斜視図である。
【図１１】光素子を配設した光素子キャリアを示す斜視図である。
【図１２】従来の光素子を配設した光素子キャリアを基板上に載置した一例を説明する図であり、（ａ）は正面側一部断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面側一部断面図である。
【符号の説明】
１，１０：基台
２：フォトダイオード
３：ダイシング溝
１０：サブマウント基体
１１：素子実装用電極パッド
１２：配線用電極
１３：外部引き出し用電極パッド
１４：素子実装用電極パッド
１５：配線用電極
１６：外部引き出し用電極パッド
１９：開口
２１：受光面側電極
２２：裏面電極
Ｍ１，Ｍ２：光素子キャリア
【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】
0003777059.tif 000009
【図９】
0003777059.tif 000010
【図１０】
0003777059.tif 000011
【図１１】
0003777059.tif 000012
【図１２】
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