专利名称：光混合模块和光器件以及该光器件用半成品的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在基板上搭载了激光电二极管、光电二极管和光纤等光元件的光混合模块和光器件以及该光器件用半成品。
为了实现光混合模块的低价格化，要求构成光混合模块的各光元件的制造以及光混合模块的组装的容易性。另外，为了实现光混合模块的高质量化，要求将构成光混合模块的各光元件以低的连接损耗进行光学性连接，获得所希望的特性。
依据本发明的光器件，包括具有基板的基底；在上述基底上由融点比玻璃的烧结透明化温度或者玻璃的退火温度更高的高融点材料形成的定位模样；覆盖上述基底并形成的玻璃层；将上述定位模样形成区域上的上述玻璃层除去，在上述基底上露出形成定位模样，以除去上述玻璃层后所露出的基底上的面作为元件搭载面。
图8A、图8B、图8C为模式性表示伴随高温处理的定位标记的变形状态的截面说明图；图9为表示本发明之前所探讨的光混合模块的构成的说明图；图10A、图10B为模式性表示定位模样的间隔与异向性蚀刻方案之间的关系的说明图。
光波导形成区域2包括具有两条光芯3(3a、3b)的光波导回路。这些光芯3a、3b埋入在覆盖玻璃层内。光芯3a、3b的一端面(图中的左端面)分别终结在元件搭载面4和光波导形成区域2的边界的段差端面13a、13b上。光芯3a的终结端面与光接收元件8的光接收部对向，光芯3b的终结端面与发光元件9的光发射部对向。在该状态下，光芯3a与光接收元件8被光连接，光芯3b与发光元件9光连接。
此外，在图9中，103a为根据需要所设置的绝缘膜，由SiO2等形成。另外，图中，5、6、6’分别表示电极布线模样，10表示线等布线材料。
如上所述，光混合模块包括搭载了光接收元件(PD)8、发光元件(LD)9以及监视器PD21等光元件的光器件。该光器件通常具有光波导回路，根据需要也装入让LD、PD等有源元件(能动光元件)动作的电路。
在这样的光器件中，要求光接收元件8、发光元件9等光元件的光轴与光器件的光路的光轴(例如光波导回路的光轴)能够高精度地保持一致。
为了满足其要求，在光器件的元件搭载面4上设置有定位标记，考虑由定位标记定位的光接收元件8、发光元件9分别与光芯3a、3b连接。该定位标记针对与基板面平行的方向(水平方向)可以正确定位。作为定位标记，可以考虑采用例如现有的电布线用的Au、Al、Cr/Ni/Au等材料。
但是，在图9所示的光混合模块中，如上所述，元件搭载面4和光波导形成区域2的面12之间的边界上有段差。在具有该段差的状态下，上述定位标记要以正负数μm的精度在元件搭载面4上形成是很困难的。
为此，为了克服该位置标记形成的困难，可以考虑采用以下的制造方法。例如在元件搭载面4上预先形成定位标记。在该状态下，让为形成光波导形成区域2的玻璃层覆盖在定位标记和基板1上来形成。然后，除去上述定位标记的上侧以及周围区域的玻璃层，获得让定位标记露出的光器件。
但是，采用该制造方法形成定位标记时，作为形成光波导形成区域2的方法，如果采用一般周知的火焰沉积法，会产生以下的问题。即，由火焰沉积法沉积玻璃微粒子之后，再进行玻璃微粒子的烧结透明化。这时，如图8B所示，在烧结透明化的工序中，在采用上述电布线用材料所形成的定位标记的周围部上会产生气泡，将产生所谓定位标记变形的问题。
另外，作为光波导形成区域2的形成方法，可以考虑采用利用溅射成膜的方法、或者利用周知的CVD(化学气相沉积)法和EB(电子束)蒸发法等的玻璃成膜的方法。但是，即使在这种情况下，在介入图7A所示的间隔所形成的光芯3的上部侧，如果形成图7B所示的上部覆盖层，会出现在光芯3之间的上部覆盖层上产生空隙的问题。为了消除该空隙，需要进行在900℃以上的高温的退火处理。于是，和火焰沉积法的情况相同，在定位标记上采用电布线用材料时，在进行该退火处理时，例如如图8C所示，会产生所谓的定位标记变形的问题。
上述事情表明，还没有开发出在元件搭载面4上高精度地定位配置光接收元件8、发光元件9，并且以能够将这些光接收元件8、发光元件9分别与光芯3a、3b有效连接的方式，制造出成品率高的光器件。
本发明的目的在于提供一种克服上述问题的光器件和这种光器件用半成品以及采用上述光器件的光混合模块。
以下参照
本发明的几个实施例。此外，在以下的说明中，和图9所示本发明前的探讨对象例相同的构成部分采用相同的符号，另外，在各实施例之间相同的构成部分也采用相同的符号，并省略或者简化其相同构成部分的重复说明。图1为表示包含有关本发明的光器件的光混合器件的第1
用于该光混合器件中的第1实施例的光器件，如图1所示，包括具有基板1的基底20。该基底20是在基板1的上面形成基底玻璃膜19所构成。在该基底20上，形成由融点比玻璃的烧结透明化温度更高的高融点材料所形成的定位模样15。然后，在该定位模样15和上述基底20上覆盖玻璃层24、26。然后，在对该玻璃层24、26进行烧结透明化之后，除去上述定位模样形成区域的上侧的玻璃层24、26。经过除去该玻璃层24、26，所露出的露出区域成为元件搭载面4。在该元件搭载面4上露出定位模样15。
在该实施例中，玻璃层24通过用火焰沉积法进行玻璃微粒子的沉积以及对该沉积微粒子进行烧结透明化而形成。由该玻璃层24形成光波导形成区域2。定位模样15由融点为1772℃的高融点材料的Pt所形成。第1实施例的光器件，具有在上述基底20上元件搭载面4和光波导形成区域2邻接形成的结构。
以下具体说明第1实施例的光器件的制造方法。首先，如图2A所示，在基板1上采用公知的CVD(Chemical Vapor Deposition)法形成基底玻璃膜19作为基底20。基板1的材料没有特别限定，但是在此采用硅基板。然后，如图2B所示，在基底20上作为一个例子通过溅射形成厚度为0.05μm的Ti膜23，然后作为一个例子通过溅射在其上形成厚度为0.5μm的Pt膜22。再有，薄膜的Ti膜23是为了提高向基底玻璃膜19上的Pt成膜性(使Pt膜不容易从基底玻璃膜19上剥落)。Ti膜23的融点为1675℃。
之后，采用公知的光刻法和RIE的干蚀刻，如图2C所示，进行Ti膜23和Pt膜22的模样化，形成定位模样15。
然后，如图2D～2G所示，通过包含用火焰沉积法进行玻璃微粒子的沉积以及对该沉积微粒子进行烧结透明化的工序形成具有光波导回路的玻璃层。通过到图2G为止的工序所获得的制品作为光器件用的半成品。
具体讲，如图2D所示，在基底20上，用火焰沉积法沉积下部覆盖玻璃微粒子来形成下部覆盖层24。由该下部覆盖层24覆盖定位模样15。该下部覆盖层24，在该例中，具有和上述基底玻璃膜19相同的折射率。然后，如图2E所示，在下部覆盖层24上沉积比下部覆盖层24的折射率更高的光芯玻璃微粒子来形成光芯层25。然后，对下部覆盖层24和光芯层25进行1100℃～1400℃的高温的烧结透明化处理。
然后，如图2F所示，进行光芯层25的模样化，获得光芯3。如果对该光芯3的形成方法进行更详细的说明的话，例如，首先，在光芯层25上，利用溅射法依次形成WSi膜和SiO2膜。然后，描绘在光罩上的波导形状的模样，采用公知的光刻法和RIE的干蚀刻依次刻去SiO2膜、WSi膜、光芯层25，获得图2F所示的光芯3。
接着，如图2G所示，在光芯3的上部侧，用火焰沉积法沉积上部覆盖玻璃微粒子，形成上部覆盖层26。然后，和上述方法相同，对上部覆盖层26进行烧结透明化，获得光器件用半成品。
之后，如图2H所示，在上部覆盖层26上利用溅射依次形成WSi膜27和SiO2膜28。然后，在成为光波导形成区域2的区域(形成有光芯3的区域)上进行掩膜。该方法，例如，和上述相同，利用溅射等依次形成WSi膜27和SiO2膜28。接着，将描绘在光罩上的模样，采用公知的光刻法和RIE的干蚀刻依次刻去SiO2膜28和WSi膜27。
然后，采用公知的RIE的干蚀刻、如图3A所示，通过除去上述定位模样15形成区域的上侧以及周围区域的玻璃层，让定位模样15和该周围区域的基底20的表面露出。该露出区域为元件搭载面4。再有，这时，在该例中，对基底20的基底玻璃膜19的一部分进行蚀刻。
之后，如图3B所示，将WSi膜27蚀刻除去。进一步，如图3C所示，将定位模样15的除去了Pt膜22和Ti膜23的部分(元件搭载部分)除去。另外，最终，如图3D所示，例如利用Cr/Ni/Au材料，通过公知的光刻和EB蒸发形成电极布线模样5，完成光器件。
利用该光器件制作光混合模块的工序如图3E、3F所示。即，如图3E所示，将SuAu等的焊锡片7配设在指定位置。接着，如图3F所示，将光接收元件8对准定位模样15进行焊接固定。然后，由布线材料10进行结合，形成光混合模块。
依据该第1实施例，通过采用融点比玻璃的烧结透明化温度更高的高融点材料的Pt膜22形成定位模样15。为此，在定位模样15以及覆盖上述基底20上的玻璃层形成时，即使以约1100℃～1400℃的高温进行沉积玻璃微粒子的烧结透明化处理，也可以抑制定位模样15的变形和在定位模样15的周围产生气泡的情况发生。为此，可以获得具有正确定位模样15的光器件。
特别是，如果利用上述材料Pt的定位模样象上述那样形成光器件的话，当在Pt上形成玻璃层时，玻璃层和Pt膜之间的湿润性良好。为此，可以确切地抑制定位模样的变形和气泡的产生。这一点由本发明者通过实验首次探明。
另外，依据第1实施例，如上所述，在元件搭载面4上，形成正确的、无变形的平坦面的定位模样15。然后，如图3C所示，通过将成为光元件(光接收元件8)的搭载部分的定位模样15的除去部分加以除去，对于基板1的高度方向可以形成无变形的元件搭载面。
因此，第1实施例，利用上述正确的定位模样15，相对于基板面，在水平方向和垂直方向的两个方向上，即在3维空间上可以确切地定位光接收元件8。为此，光接收元件8和光波导形成区域2的光波导回路(光芯3)之间能够以低损耗连接，获得优异的光器件。
进一步，依据第1实施例，基底20通过在基板1上设置基底玻璃膜19形成，以该基底玻璃膜19上作为元件搭载面4。为此，可以减少影响光接收元件8的动作特性的基板1和光接收元件8之间的电容量。因此，在元件搭载面4上搭载的光元件(在此为光接收元件8)可以获得良好的动作特性。
进一步，依据第1实施例，光波导形成区域2的形成适用利用火焰沉积法的玻璃微粒子沉积。为此，容易形成厚的覆盖玻璃层24、26，可以形成光学上低损耗的光波导回路。
以下，说明有关本发明的光器件的第2实施例。第2实施例和上述第1实施例的光器件不同的点在于，玻璃层采用溅射法和蒸发法中的某种玻璃成膜方法被形成、以及对玻璃层施行退火处理。除此之外和第1实施例相同，由融点比玻璃的退火处理温度更高的高融点材料形成定位模样。在此，省略和第1实施例重复的说明。
第2实施例，图2D所示的下部覆盖玻璃层24的形成和图2E所示的光芯层25的形成，采用公知的CVD法形成。光芯层25形成之后，和上述第1实施例同样，进行光芯的模样化。然后，图2G所示的上部覆盖玻璃层26的形成，采用上述CVD法进行。
然后，由上述方法形成玻璃层后，以1100℃～1400℃的温度进行退火处理，获得图2G所示的光器件用半成品。在第2实施例中，通过该退火处理，如图7C所示，填埋光芯3之间的空隙，可以获得精度良好地形成了符合设计要求的光波导回路的光器件用半成品。
在该第2实施例中，定位模样15也采用融点为1772℃的高融点材料的Pt膜22。由于Pt是比上述退火温度更高的高融点材料，通过进行退火处理，可以抑制定位模样15的变形或者在定位模样15的周围产生气泡的情况发生。
然后，采用该光器件用半成品，和上述第1实施例相同，通过图2H～图3F的工序，形成和上述第1实施例大致相同的第2实施例的光器件。
该第2实施例可以起到和上述第1实施例实质上相同的效果。
图4为表示有关本发明的第3实施例的光器件搭载了光纤14和光接收元件8形成光混合模块的方案。
第3实施例的光器件，玻璃层33的上面成为光接收元件8的搭载面以及电布线模样6的形成面。另外，元件搭载面4作为光纤14的搭载面。该第3实施例的光器件，也在元件搭载面4和玻璃层33的上面16之间的边界形成有段差。
该第3实施例的光器件的制造方法，参照图5A～5F、图6A～6F进行说明。首先，如图5A所示，在Si的基板1(基底20)上采用公知的方法形成热氧化膜31。然后，如图5B所示，在热氧化膜上采用溅射法形成Al2O3膜32。
接着，如图5C所示，采用公知的光刻法和蚀刻对Al2O3膜32进行模样化，形成Al2O3的定位模样15。该Al2O3膜32的融点为2015℃。之后，如图5D所示，在基底20(基板1)上进行包含利用火焰沉积法的玻璃微粒子沉积和该沉积玻璃微粒子的烧结透明化的工序。依据该工序，形成作为绝缘膜作用的例如厚度为25μm的玻璃层33。这样，如果采用火焰沉积法，由于成膜率高，因此很容易形成数十μm的优质膜厚的玻璃层。
然后，如图5E所示，在玻璃层33上，形成电布线模样6。该电布线模样6例如利用Cr/Ni/Au材料，通过光刻和EB蒸发形成。之后，如图5F所示，在玻璃层33上形成SiO2膜34和WSi膜27。进而，在WSi膜27的上面的整个面上通过溅射形成SiO2膜28，获得光器件用半成品。
接着，如图6A所示，对WSi膜37和SiO2膜28、34在电布线模样6一侧的面16(参见图4、图6E、图6F)上实行掩膜。该掩膜按如下方式进行。即，首先，在面16侧的SiO2膜28上涂敷公知的光阻剂。然后，在光罩上描绘的模样，采用公知的光刻法和RIE的干蚀刻依次刻去SiO2膜28、WSi膜27、SiO2膜34。依据该刻去工序，让没有实行掩膜的区域一侧的玻璃层33露出。
进一步，以上述SiO2膜28和WSi膜37作为掩膜，如图6B所示，对玻璃层33进行蚀刻直到基板1的表面露出为止(SiO2膜28在中途消失)。在此，定位模样15以及其周围的基底(在此为基板1)露出，该露出区域成为元件搭载面4。再有，这时，利用比热氧化膜31的蚀刻率要低的Al2O3膜32的存在，让Al2O3膜32的下层的热氧化膜31残存。
之后，如图6C所示，通过干蚀刻将WSi膜37除去。接着，如图6D所示，利用公知的KOH溶液通过蚀刻露出的元件搭载面4的Si被异向性蚀刻，形成光纤搭载用的V字形沟30。
之后，如图6E所示，除去定位模样15的Al2O3膜32。另外，对元件搭载面4以及电布线模样6形成的面16(参见图4、图6E、图6F)上不需要的SiO2膜34通过蚀刻除去。然后，通过切割形成沟60，获得光器件。
采用该光器件制作光混合模块的工序按如下方式进行。即，如图6F所示，将V字形沟30作为定位模样15加以代用，在V字形沟30上定位配置光纤14。另外，在电布线模样6上通过焊锡搭载光接受元件8，通过由布线材料10进行的线结合，形成光混合模块。
依据该第3实施例，和上述第1实施例相同，通过采用融点比玻璃的烧结透明化温度更高的高融点材料的Al2O3膜32形成定位模样15。为此，可以抑制由于玻璃层的烧结透明化时的高温引起的变形和在定位模样15的周围的气泡的产生。
因此，依据第3实施例，利用定位模样15可以正确形成光纤14插入用的V字形沟30。为此，可以正确进行光纤14和光接收元件8的定位，获得优异的光器件。
即，在该第3实施例的光器件中，以没有变形、按照设计要求形成的定位模样15作为掩膜，可以正确形成凹部(在此为V字形沟30)。因此，可以将嵌入该V字形沟30的光元件(在此为光纤14)，与光部件以及光波导对位并高精度地进行光连接。
即，例如通过结晶的异向性蚀刻形成V字形沟时，在V字形沟中嵌入元件的高度位置由定位模样的形成精度所左右。即，如图10A所示，相隔一定间隔并排设置的定位模样的并排间隔W窄小时，V字形沟30的深度变浅。相反，如图10B所示，当定位模样的并排设置间隔W宽时，V字形沟30的深度变深。
然后，例如在V字形沟30上插入作为光元件的光纤14时，如果V字形沟30的深度变浅，则光纤14的光芯位置变高，如果V字形沟30的深度变深，则光纤14的光芯位置变底。
第3实施例的光器件，象上述那样可以正确形成定位模样，利用该定位模样进行结晶的异向性蚀刻等，因此可以形成精度良好的V字形沟。为此，在V字形沟中嵌入的光纤等光元件可以相对于基板面在水平方向(水平面方向)和高度方向(垂直方向)的两个方向进行正确定位而连接。
特别是，如果利用上述材料Al2O3的定位模样象上述那样形成光器件的话，在Al2O3上形成玻璃层时，玻璃层和Al2O3膜的湿润性良好。为此，可以确切地抑制定位模样的变形和气泡的发生。这也和上述Pt的情况相同，是由本发明者通过实验首次探明。
此外，在第3实施例中，玻璃层和上述第2实施例相同，也可以采用溅射法和蒸发法中的某种玻璃成膜方法来形成，并对玻璃层施行退火处理。这时，由于Al2O3膜32是融点比玻璃的退火温度更高的高融点材料，因此可以正确地形成定位模样15，起到和上述相同的效果。
再有，本发明并不限定于上述各实施例，可以采用各种各样的实施方案。上述第1实施例是将光波导形成区域2的光波导回路和光接收元件8作为进行光连接的光器件。作为其替代例，例如，也可以在元件搭载面4上搭载发光元件9等的其他元件与光波导回路进行光连接。或者，也可以在元件搭载面4上搭载多个光元件，让其中2个以上的预定的多个光元件与光波导回路作为进行光连接的光器件。
另外，在光波导形成区域2上所形成的光波导回路的形式并没有特殊限定，也可以采用其他的回路结构。
进一步，在上述第3实施例中，具有V字形沟30的元件搭载面4和电布线形成区域在V字形沟的长轴方向邻接配置。然后，嵌入到V字形沟30中的光纤14与配置在电布线形成区域上的光接收元件8进行光连接。作为其替代例，例如，也可以让光波导形成区域在元件搭载面4的宽度方向(与V字形沟30的长轴方向相垂直的方向)的一方或者两方邻近形成，对光波导形成区域的光波导回路与光纤14进行光连接。
这样，在本发明的光器件中，光波导回路和电路等的回路构成并没有特别限定，可适当设定。通过在各种各样的回路构成的光器件中采用本发明，如上述实施例那样，元件和光部件或者光波导回路能够以低损失进行连接，获得优质的光器件以及光混合模块。
进一步，在第3实施例中，在元件搭载面上形成的凹部虽然是利用例如KOH溶液形成的V字形沟30，但凹部的形状并不限定于V字形沟，例如可以利用RIE的干蚀刻形成V字形沟以外的各种各样的形状。
权利要求
1.一种光器件，其特征是包括，具有基板的基底；在所述基底上由融点比玻璃的烧结透明化温度或者玻璃的退火温度更高的高融点材料形成的定位模样；覆盖所述基底并形成的玻璃层；将所述定位模样形成区域上的所述玻璃层除去，在所述基底上露出形成定位模样，以除去所述玻璃层后所露出的基底上的面作为元件搭载面。
2.根据权利要求1所述的光器件，其特征是以所述定位模样作为掩膜在所述元件搭载面上形成凹部，该凹部作为在所述元件搭载面上搭载的光元件的定位收纳凹部。
3.根据权利要求2所述的光器件，其特征是在形成所述凹部后将高融点材料的定位模样除去，所述凹部替代发挥定位模样的功能。
4.根据权利要求1所述的光器件，其特征是所述定位模样由Al2O3和Pt中的至少一种膜来形成。
5.根据权利要求1所述的光器件，其特征是所述玻璃层通过用火焰沉积法对玻璃微粒子进行沉积并对该沉积玻璃微粒子进行烧结透明化后形成。
6.根据权利要求1所述的光器件，其特征是所述玻璃层由溅射法和蒸发法中的至少一种玻璃成膜方法形成，所形成的玻璃层进行退火处理。
7.根据权利要求1所述的光器件，其特征是所述基底是通过在所述基板上设置基底玻璃膜形成。
8.根据权利要求1所述的光器件，其特征是所述基底正是所述基板本身。
9.根据权利要求8所述的光器件，其特征是所述定位模样被形成在所述基板上所形成的热氧化膜上。
10.根据权利要求1所述的光器件，其特征是所述定位模样形成在相对于所述基板面在水平方向和垂直方向的两方向上能够将搭载在元件搭载面上的光元件定位的形式。
11.根据权利要求1所述的光器件，其特征是在所述基底上的元件搭载面的相邻的玻璃层上，形成光波导回路。
12.一种如权利要求1所述的光器件用的半成品，其特征是包括，具有基板的基底；在所述基底上由融点比玻璃的烧结透明化温度或者玻璃的退火温度更高的高融点材料形成的定位模样；包含所述定位模样的基底上面通过由火焰沉积法形成的玻璃微粒子的沉积层所覆盖；该沉积玻璃微粒子的沉积层被施行烧结透明化处理。
13.一种如权利要求1所述的光器件用的半成品，其特征是包括，具有基板的基底；在所述基底上由融点比玻璃的退火温度更高的高融点材料形成的定位模样；包含所述定位模样的基底上面通过由溅射法和蒸发法中的至少一种玻璃成膜方法所形成的玻璃层所覆盖；该玻璃层被施行退火处理。
14.根据权利要求12所述的光器件用半成品，其特征是所述定位模样由Al2O3和Pt中的至少一种的膜来形成。
15.根据权利要求13所述的光器件用半成品，其特征是所述定位模样由Al2O3和Pt中的至少一种的膜来形成。
16.一种光混合模块，其特征是在权利要求11所述的光器件的元件搭载面上搭载光元件，所述光元件光连接于光波导回路上。
17.一种光混合模块，其特征是在权利要求2所述的光器件的凹部上收纳配置作为光元件的光纤，在玻璃层的上面搭载与所述光纤进行光连接的光元件。
18.一种光混合模块，其特征是在权利要求3所述的光器件的凹部上收纳配置作为光元件的光纤，在玻璃层的上面搭载与所述光纤进行光连接的光元件。
19.根据权利要求17所述的光混合模块，其特征是所述凹部为V字形沟的凹部。
20.根据权利要求18所述的光混合模块，其特征是所述凹部为V字形沟的凹部。
全文摘要
提供一种能够以低损耗将所搭载的光元件与光波导回路进行光连接的光器件。在具有基板的基底上,形成融点比玻璃的烧结透明化温度更高的高融点材料的Pt膜的定位模样。然后,通过利用火焰沉积法进行玻璃微粒子的沉积和对沉积玻璃微粒子进行烧结透明化处理形成玻璃层。由该玻璃层覆盖定位模样以及基底。将定位模样的形成区域上侧和其周围区域的玻璃层除去,让定位模样以及其周围区域的基底露出。该露出区域成为元件搭载面。由定位模样让光接收元件正确定位固定在元件搭载面上。光接收元件与在没有除去而残留的玻璃层上形成的光波导形成区域的回路能够以低损耗进行连接。
文档编号H01S5/022GK1356566SQ0114017
公开日2002年7月3日 申请日期2001年11月28日 优先权日2000年11月28日
发明者根角昌伸, 川岛洋志, 奈良一孝, 大山功, 柏原一久 申请人:古河电气工业株式会社