专利名称：光学元件安装用基片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光学元件安装用基片。
背景技术：
以往，在由激光二极管或光电二极管构成的光半导体元件与光纤或透镜进行光结合的光学元件安装用基片中，可传输最大传输信号频率为10GHz的高频信号的光学元件安装用基片由专利文献1-日本特开2002-50821号公报公开。
可是，对于上述现有技术例子中公开的光学元件安装用基片，在以下方面不尽理想。在高频的信号，例如频率超过10GHz的信号中，对传输损失的抑制不充分。由于最大膜厚10um的电介质层(例如由SiO2构成)的厚度不充分，不容易形成抑制了传输损失的(例如3dB/cm以下)的传输线路，即薄膜配线图案。此外，硅基片必须使用电阻率为10000Ω.cm以上的特殊基片。此外，在为了达到该电阻率而制造非搀杂的硅基片时，在制造方法上控制该值是困难的。此外，难以规定在10000Ω.cm以上。再者，由于使用这种特殊电阻率的基片，难以提高生产效率，也不容易降低成本。
此外，由于电介质层被成膜于整个基片的表面上，在光纤用的V槽内部也形成约10um的电介质层。因此，该电介质层容易因硅的各向异性蚀刻使形成的高精度V槽的形状等所形成的槽精度降低。其结果，不容易提高光纤的搭载精度(被动校准精度)。
发明内容
因此，本发明的目的为提供一种解决上述的至少一个问题的光学元件安装用基片。
为了实现上述目的，本发明的解决方案如下。
光学元件安装用基片的特征为，具有具备透镜或光纤搭载部的第一基片，形成于上述第一基片的一主面上、具备配线层的第二基片，其中上述配线层具备与上述透镜或光纤光学连接的激光二极管搭载部及与上述激光二极管电连接的连接部。
此外优选具有以下结构。
(1)光学元件安装用基片的特征为，具有具备透镜或光纤搭载部的第一基片，形成于上述第一基片的一主面上、具备配线层且电阻率比上述第一基片高的第二基片，其中上述配线层具备与上述透镜或光纤光学连接的激光二极管搭载部及与上述激光二极管电连接的连接部。
此外，上述第二基片也可为电阻率比第一基片高的基片。
上述第二基片的特征为在与上述第一基片的上述透镜搭载部对应的区域中具有开口部。
或者，上述第二基片的端部位于上述透镜搭载部的周围。
上述第一基片为硅基片。上述第二基片为玻璃基片。
采用这些方案，能够提供解决至少上述一个技术问题的光学元件安装用基片。此外，能够构成可用于高频信号的装置(例如能够抑制、降低10GHz以上的高频信号的传输损失)。此外，能够减小传输损失对硅基片的电阻率的依存关系，提供能够使用通用的硅基片的构造。或者，在确保用于搭载光纤及透镜的V槽的精度的同时，还能够提供基片难以产生翘曲的构造，特别是可抑制基片因温度变动而翘曲量增大，即有助于提供抑制激光二极管与光纤的光结合的损失增大的构造。
(2)光学元件安装用基片的特征为，具有具备透镜搭载部的第一基片，与上述第一基片的一主面相对面地形成、具备激光二极管的搭载部及与上述激光二极管连接的配线层的第二基片，以及与上述第一基片的上述一主面相反一侧的主面相对面地形成的第三基片。
形成于例如第一基片上的其它基片与仅形成于例如第一基片的一面上的场合相比，能够抑制因温度变动对基片的翘曲的助长。作为上述其它的基片是例如电介质基片。其结果，在激光二极管与光纤搭载于上述的基片上时能够抑制在光结合上产生偏差，能抑制结合损失加大。
此外，作为更优选的具体的方案，光学元件安装用基片的特征为，具有具备透镜或光纤搭载部的第一基片，与上述第一基片的一主面相对面地形成、具备与上述透镜或光纤光学连接的激光二极管的搭载部及有与上述激光二极管的连接部的配线层且电阻率比上述第一基片高的第二基片，以及与上述第一基片的上述一主面相反侧的主面相对面地形成、电阻率比上述第一基片高的第三基片。
此外，例如，上述第二基片与上述第三基片的线膨胀系数的差比上述第二基片的线膨胀系数与上述第一基片的线膨胀系数的差小。
另外，例如，上述第二基片的特征为，在上述第一基片的与上述透镜搭载部相对应的区域上具有开口部。或者，上述第二基片的端部位于上述透镜搭载部的周围。此外，上述第三基片面积比上述第二基片的面积大。
此外，例如，上述第三基片为玻璃基片。作为一方案，第二基片与第三基片可为由相同材料构成的电介质基片。
如后上述，优选第二基片，或者在具有第三基片的场合的第二基片或第三基片、最好是第二和第三基片做得比第一基片更薄。或在其它的状况下，优选第二基片，或者在具有第三基片的场合的第二基片或第三基片、最好是第二和第三基片做得比第一基片更厚。
此外，优选第二基片和第三基片的厚度差比第二基片与第一基片的厚度差更小。作为一例，可考虑在测定误差的范围内是相同的。
另外，例如，光学元件安装用基片具有与激光二极管电连接的配线、与上述激光二极管光学连接的透镜或光纤的设置部，与上述激光二极管光学连接的光电二极管的设置部，设置与上述光电二极管电连接的配线的设置部。例如，具有作为硅基片的上述第一基片，设置在上述第一基片的一主面上的第二基片，设置在上述第一基片的上述一主面的里面上的第三基片，在上述第二基片上具有上述激光二极管的设置部、上述配线、上述光电二极管的设置部，在上述第一基片上具有上述透镜或上述光纤的设置部。
此外，例如，在上述第一基片的上述第二基片侧表面上形成薄膜。例如，基片成分为与周围的氧结合而形成的氧化膜。此外，例如，在上述第一基片的上述第三基片侧表面上形成薄膜。它也可以是上述的氧化膜。
(3)光学元件安装用基片的特征为，具有具备透镜搭载部的第一基片，形成于上述第一基片的一主面上的第一区域中、具备激光二极管的搭载部及与上述激光二极管电连接的第一配线层、电阻率比上述第一基片高的激光二极管搭载用基片，形成于上述第一基片的上述一主面上的第二区域内、具备光电二极管的搭载部及与上述光电二极管电连接的第二配线层、电阻率比上述第一基片高的光电二极管搭载用基片。
上述透镜搭载部也可为光纤搭载部。
例如，上述激光二极管搭载用基片与上述光电二极管搭载用基片优选具有对上述第二基片所说明的至少几种状态。例如，这些基片为电阻率比上述第一基片高的基片。此外，这些基片优选具有相同的主结构材料。更优选的是在制造误差或测定误差的范围内由相同成分构成。
(4)光学元件安装用基片的特征为，具有具备具有激光二极管的搭载部及与上述激光二极管电连接的连接部的第一配线层、电阻率比上述第一基片高的激光二极管搭载用基片，形成于上述激光二极管搭载用基片的上述激光二极管搭载部所形成的面的相反一侧的面上、具备与上述激光二极管光学连接的透镜或光纤的搭载部的第一衬底基片，具备具有光电二极管的搭载部及与上述光电二极管电连接的连接部的第二配线层、电阻率比上述第一基片高的光电二极管搭载用基片，形成于上述光电二极管搭载用基片的上述光电二极管搭载部所形成的面的相反一侧的面上的第二衬底基片。
(5)上述的光学元件安装用基片的制造方法包含以下工序。在第一基片的一主面上设置透镜或光纤的区域内形成槽的槽形成工序，在形成了上述槽的第一基片的上述槽所形成的主面上结合第二基片的结合工序，在与上述第二基片的上述结合后的主面相反一侧的主面上形成与激光二极管电连接的电极膜及与上述电极膜电连接并与来自外部的配线电连接的配线层的导电膜形成工序，以护膜覆盖由上述导电膜形成工序形成的膜的护膜形成工序，将上述护膜形成图案、在与第二基片的上述形成槽的区域对应的区域中形成开口部的工序。
通过形成上述开口部，除去覆盖了槽区域的第二基片，使第二基片的面积比上述第一基片更小。
此外，具有设置激光二极管、与激光二极管电连接的配线、与上述激光二极管光学连接的透镜或光纤、与上述激光二极管光学连接的光电二极管、与上述光电二极管电连接的的配线的设置部的光学元件安装用基片的制造方法的特征具有如下工序通过对硅基片进行各向异性蚀刻形成槽的工序、将上述硅基片与第一基片及第二基片结合的工序、在上述第一基片上形成激光二极管设置部、配线和光电二极管设置部的工序，对上述第一基片的一部分进行蚀刻，使形成于上述硅基片上的上述槽露出的工序。
使用上述光学元件安装用基片安装的光学元件具有第一基片、设置于上述第一基片的一主面上的第二基片、设置于上述第一基片的上述一主面的里面上的第三基片，在上述第二基片上具有激光二极管、与激光二极管电连接的配线、与上述激光二极管光学连接的光电二极管、与上述光电二极管电连接的配线，在上述第一基片上具有与上述激光二极管光学连接的透镜或光纤。
通过这些光学元件安装用基片，能够至少解决上述问题之一。
此外，即使在传输信号为高频(例如10GHz以上)的场合，也能够容易地形成抑制传输损失的传输线路。
另外，通过使用通用的电阻率的硅基片，能够提高生产效率，降低制造成本。
此外，由于可以不在透镜或光纤设置用的蚀刻槽内形成厚的电介质膜，因而能够很好地确保蚀刻槽的形状精度，从而能够维持搭载于蚀刻槽内的透镜或光纤的搭载精度。
本发明的效果是，利用本发明的光学元件安装用基片，能够至少解决上述问题之一。
图1为本发明的第一实施例的光学元件安装用基片的立体图。
图2为图1所示的光学元件安装用基片的分解立体图。
图3为在硅基片的表面上形成结合用蚀刻槽的、图1的光学元件安装用基片的分解立体图。
图4为表示在第一玻璃基片或第二玻璃基片的结合面上形成结合用玻璃蚀刻槽的结构的分解立体图。
图5为表示在第一玻璃基片上设置台阶部的结构的光学元件安装用基片的立体图。
图6为本发明的第二实施例的光学元件安装用基片的立体图。
图7为本发明的第四实施例的光学元件安装用基片的立体图。
图8为表示安装光电二极管的第四玻璃基片的安装结构的立体图。
图9为表示图1所示的光学元件安装用基片的制造流程的流程图。
图10为在本发明的光学元件安装用基片上安装了激光二极管、光电二极管、球面透镜时的立体图。
图11为在激光二极管组件上安装本发明的光学元件安装用基片时的上面示意图。
具体实施例方式
以下，根据附图对本发明的实施例进行详细地说明。此外，以下的实施例不过示出了包含在本发明的范围内的一实施例。本发明并不限于作为实施例说明的例子。
图1为本发明的第一实施例的光学元件安装用基片的立体图。光学元件安装用基片由作为第一基片的一例的半导体基片的硅基片1、作为形成于上述第一基片的一主面侧的第二基片的一例的第一玻璃基片2、和作为形成于与上述第一基片的上述一主面相反一侧的第三基片的一例的第二玻璃基片3构成。以比第一玻璃基片2及第二玻璃基片3厚的基片为例子表示硅基片1。此外，第一玻璃基片2与第二玻璃基片3为厚度大致相同的电介质基片。第二基片与第三基片的电阻率的差比第二基片与第一基片的电阻率的差要小。例如，由在制造误差和测量误差的范围内相同材料的玻璃构成。这些电介质基片可为具有电阻率(Ω/cm2)比半导体的硅基片1高的绝缘性的基片。此外，例如，硅基片1与第一玻璃基片2通过氧化膜4、例如作为自然氧化膜或热氧化膜的SiO2薄膜结合，硅基片1与第二玻璃基片3同样地通过氧化膜4、即SiO2薄膜结合。第一玻璃基片2及第二玻璃基片3位于氧化膜4的SiO2薄膜上。硅基片1最好为以结晶面方位(100)为主表面的单晶硅基片。此外，例如在其表面形成自然氧化膜4、即SiO2薄膜，在其一部分上形成利用各向异性蚀刻形成的蚀刻槽5及倒棱锥体槽6。与蚀刻槽5附近的蚀刻槽5的中心线线对称地形成倒棱锥体槽6。在第一玻璃基片2的表面上分别形成氮化钽薄膜电阻8，氧化钽薄膜电容器9，用于与激光二极管进行电连接的激光二极管用通用薄膜电极10，形成于激光二极管用通用薄膜电极10上的、作为用于安装激光二极管的软钎焊膜的激光二极管用AuSn软钎焊薄膜11，用于与光电二极管进行电连接的光电二极管用薄膜电极14，相同的光电二极管用第一通用薄膜电极12，光电二极管用第二通用薄膜电极13，形成于光电二极管用薄膜电极14上的作为用于安装光电二极管的软钎焊膜的光电二极管用第一AuSn软钎焊薄膜17，形成于光电二极管用第一通用薄膜电极12上的作为用于安装光电二极管用的软钎焊膜的光电二极管用第二AuSn软钎焊薄膜15，形成于光电二极管用通用薄膜电极13上的作为用于安装光电二极管的软钎焊膜的光电二极管用第三AuSn软钎焊薄膜16，用于测定激光二极管动作时的基片的表面温度的薄膜温度传感器18，用于反射来自激光二极管的出射光、将光线向光电二极管入射的玻璃蚀刻槽7。
如图所示，氮化钽薄膜电阻8及氧化钽薄膜电容器9形成于形成安装激光二极管的激光二极管用AuSn软钎焊薄膜11的位置附近。被激光二极管及光电二极管传输的超过10GHz的高频电信号传输到上述氮化钽薄膜电阻8及激光二极管用通用薄膜电极10等薄膜元件中。再者，蚀刻槽5为利用来安装光纤及透镜的槽，倒棱锥槽6可用作利用于得到安装光纤及透镜的位置的标识用槽。例如，在将外形为圆筒形的透镜安装于蚀刻槽5中的场合，透镜的安装高度、即透镜的光轴中心由蚀刻槽5的宽度决定。其原因是，由于蚀刻槽5通过硅的各向异性蚀刻形成，蚀刻槽5的侧面由硅的结晶面的{111}面构成，通常与底面的(100)面的角度为54.7°。这样，由于蚀刻槽5的侧面与底面的角度为一定，透镜的中心高度就由蚀刻槽5的宽度决定。此时，如果通过激光二极管用AuSn软钎焊薄膜11安装在第一玻璃基片2上的激光二极管的光点(光出射口)与透镜的中心一致，得到光的结合，光轴一致。可以通过使这些光轴保持一致求出蚀刻槽5的宽度。
此外，透镜长度方向的定位可将形成于蚀刻槽5附近的倒棱锥槽6用作基准标识。此外，硅基片1只要表示了面方位{100}，也可为其它方位，硅基片1的电阻率可为任意的电阻率。优选1000Ωcm以下。其原因是，由于传输10GHz以上的高频信号的第一玻璃基片2与由溅射法或化学气相沉积法(CVD-Chemical Vapor Deposition)形成的薄膜相比为很厚的基片，能够抑制作为衬底的基片的硅基片1的电阻率对由第一玻璃基片2上的薄膜元件构成的高频传输线路(电极图案)的传输特性所施加的影响。
传输线路的损失分为导体损失与电介质损失二部分。在本实施例中，由于在电介质损失低的第一玻璃基片2上形成由薄膜元件构成的传输线路，因而大致决定了导体损失。如果在传递线路中使用膜厚较厚的金属膜，则导体损失基本上可忽略不计。在本实施例中由于可容易地实现金属膜的厚膜化，因而能够降低传输线路的损失。
图2为图1所示的光学元件安装用基片的分解立体图的一例。第一玻璃基片2及第二玻璃基片3最好为热膨胀系数约33×10-7/℃、与硅基片1的热膨胀系数(23.3×10-7/℃)接近，在内部含有较多的4％左右的Na2O的玻璃(例如硼硅酸玻璃)，并为能够与硅基片1阳极结合的玻璃。例如电阻率在20℃下为4×1014Ωcm左右。如图所示，在形成由硅的各向异性蚀刻形成的蚀刻槽5及倒棱锥槽6、表面上形成了自然氧化膜4、即SiO2薄膜的硅基片1，通过阳极结合等与第一玻璃基片2和第二玻璃基片3结合构成。第一玻璃基片2通过阳极结合等结合在形成了蚀刻槽5及倒棱锥槽6的硅基片1的主面上，第二玻璃基片3通过阳极结合等结合在硅基片1的里面上。第一玻璃基片2需要成为与硅基片1结合后不遮住蚀刻槽5及倒棱锥槽6的形状。图2所示的第一玻璃基片2的形状为一例，只要为不覆盖蚀刻槽5及倒棱锥槽6的形状，可为任意的形状。如图所示，第一玻璃基片2的结合面的面积比硅基片1的表面的面积相比较小。或至少蚀刻槽具有位于第一玻璃基片的端部之外的区域。另一方面，在第二玻璃基片3上不形成氮化钽薄膜电阻8等薄膜元件，因而容易制作成使其具有与硅基片1的宽度和长度相同的宽度和长度。即，结合的面积最好为硅基片1、第二玻璃基片3都相等。例如，作为第二基片的第一玻璃基片2的面积和作为第三基片的第二玻璃基片3的面积之差比作为第一基片的硅基片1的面积与第二基片的的面积之差更小。第一玻璃基片2及第二玻璃基片3虽可在加工成图2所示的形状后与硅基片1阳极结合，但最好是在结束了各向异性蚀刻的硅片与玻璃片以片状首先阳极结合，在形成氮化钽薄膜电阻8等薄膜元件后，以干腐蚀设置玻璃蚀刻槽7及开口部。这种实施例的结构由于是由第一玻璃基极2与第二玻璃基片3将硅基片1夹在中间的构造，因而可以说是难以助长由温度变动引起基片的翘曲的结构。理由是，例如作为一例，如果第一玻璃基片2与第二玻璃基片3为同一材料，由于它们的线膨胀系数相同，基片由于温度变动只会引起向长度方向伸长，而几乎没有翘曲。
图3为作为其它方案，使用在硅基片1的表面上形成结合用蚀刻槽19的基片的场合，图1的光学元件安装用基片的分解立体图的一例。除结合用蚀刻槽19形成于硅基片1上以外，其它结构与图2的情况相同。如果形成结合用蚀刻槽19，由于硅基片1与第一玻璃基片2结合的面积减小，其优点是能够减小结合时所施加的压力，并且在结合后难以发生基片的翘曲。由于同样的理由，在硅基片1的里面也形成有结合用的蚀刻槽。
图4为作为其它方案，示出以在第一玻璃基片2的结合面与第二玻璃基片3的结合面上形成结合用玻璃蚀刻槽20来替代在硅基片1的表里两面形成的结合用蚀刻槽19的情况的实施例。这种结构也具有能够减小结合时施加的压力，并且在结合后难以发生基片的翘曲的优点。
图5为表示将作为电介质基片的第一玻璃基片2上的激光二极管设置处和光电二极管的设置处设置于比第一玻璃基片2的基片表面低的位置上的例子的光学元件安装用基片的立体图。由于激光二极管设置处和光电二极管的设置处位于比第一玻璃基片2的基片表面低的位置上，在第一玻璃基片2上形成有高度调整槽21。图5实施例的光学元件安装用基片除高度调整槽21设置于第一玻璃基片2上以外，其余的结构与图1相同。
用于与激光二极管进行电连接的激光二极管用通用薄膜电极10形成于第一玻璃基片2的表面和高度调整槽21内。同样地，用于与光电二极管进行电连接的光电二极管用薄膜电极14和光电二极管用第一通用薄膜电极12及光电二极管用第二通用薄膜电极13形成于第一玻璃基片2的表面和高度调整槽21内。此外，作为用于安装激光二极管的软钎焊膜的激光二极管用AuSn软钎焊薄膜11及作为用于安装光电二极管的软钎焊膜的光电二极管用第一AuSn软钎焊薄膜17、和光电二极管用第二AuSn软钎焊薄膜15及光电二极管用第三AuSn软钎焊薄膜16形成于高度调整槽21内。在将外形为圆筒形的透镜安装在蚀刻槽5内的场合，如果高度调整槽21形成于第一玻璃基片2上，与仅通过蚀刻槽5的宽度调整透镜中心的高度情况相比，容易使透镜中心与激光二极管的光点相一致。在此，对于激光二极管设置处与光电二极管设置处位于比第一玻璃基片2的基片表面低的位置上的情况进行了叙述，但也可与此相反地使这些设置处位于比第一玻璃基片2的基片表面高的位置上。
下面，对图1的实施例的变形后的其它实施例进行说明。虽然基本上可具有与图1腥同的结构，但第二实施例的第一玻璃基片2比硅基片1更厚。更优选的是第二玻璃基片3也比硅基片1更厚的方案。第一玻璃基片2与第二玻璃基片3为由相同材料的玻璃构成的电介质基片，为大约相同厚度的基片。由于这些基片为电介质基片，当然与硅基片相比为电阻率高的绝缘基片。通过第一玻璃基片2上的薄膜元件，10GHz以上的高频电信号传输到激光二极管及光电二极管。与图1所示的第一实施例相比，由于在第一玻璃基片上形成有硅基片1的厚度较薄的、作为与10GHz以上的传输信号相对应的传输线路的薄膜元件，因而可进行与硅基片1的电阻率无关的、不损害传输特性的低损耗的信号传输。
图6为本发明的第二实施例的光学元件安装用基片的立体图。光学元件安装用基片由硅基片1和第二玻璃基片3、第三玻璃基片22和第四玻璃基片23构成。硅基片1在此场合为比第二玻璃基片3、第三玻璃基片22和第四玻璃基片23的厚度厚的基片。反之，硅基片1也可以是比这些玻璃基片薄的基片。第二玻璃基片2、第三玻璃基片22和第四玻璃基片23为大致相同厚度、相同材料的玻璃构成的电介质基片。因此，与硅基片1相比，这些玻璃基片的电阻率较高，为绝缘性高的基片。相对于第三玻璃基片22与第四玻璃基片23通过自然氧化膜4、即SiO2薄膜结合于硅基片1的表面上，第二玻璃基片3通过自然氧化膜4、即SiO2薄膜结合于硅基片1的里面上。
即、第二玻璃基片3第三玻璃基片22及第四玻璃基片23位于自然氧化膜4的SiO2薄膜上。硅基片1为其一主面为结晶面方位(100)的单晶硅基片，在其表面上形成自然氧化膜4，在其一部分上形成由硅的各向异性蚀刻形成的蚀刻槽5及倒棱锥槽6。与蚀刻槽5附近的蚀刻槽5的中心线线对称地形成有倒棱锥槽6。与硅基片1结合的第三玻璃基片22和第四玻璃基片23被分开。在第三玻璃基片22上形成有氮化钽薄膜电阻8，氧化钽薄膜电容器9，用于与激光二极管进行电连接的激光二极管用通用薄膜电极10，形成于激光二极管用通用电极10上的、作为用于安装激光二极管的软钎焊膜的激光二极管用AuSn软钎焊薄膜11，用于测定激光二极管工作时的基片的表面温度的薄膜温度传感器18。激光二极管通过激光二极管用AuSn软钎焊薄膜11安装在第三玻璃基片22上。此时，10GHz以上的高频电信号通过氮化钽薄膜电阻8及激光二极管用通用薄膜电极10施加到激光二极管上。此外，硅基片1只要表现为面方位{100}，也可为其它方位，硅基片1的电阻率可为任意的电阻率。其理由为，由于传输高频信号的第三玻璃基片22与由溅射法或化学气相沉积法(CVD-Chemical VaporDeposition)形成的薄膜相比为很厚的基片，作为衬底的基片的硅基片1的电阻率不会对由第三玻璃基片22上的薄膜元件构成的高频传输线路(电极图案)的传输特性施加影响。另一方面，在第四玻璃基片23上形成用于与光电二极管进行电连接的光电二极管用薄膜电极14，相同的光电二极管用第一通用薄膜电极12，光电二极管用第二通用薄膜电极13、形成于光电二极管用薄膜电极14上的作为用于安装光电二极管的软钎焊膜的光电二极管用第一AuSn软钎焊薄膜17，形成于光电二极管用第一通用薄膜电极12上的作为用于安装光电二极管用的软钎焊膜的光电二极管用第二AuSn软钎焊薄膜15，形成于光电二极管用通用薄膜电极13上的作为用于安装光电二极管的软钎焊膜的光电二极管用第三AuSn软钎焊薄膜16。光电二极管通过上述各AuSn软钎焊薄膜安装在第四玻璃基片23上。此时，来自光电二极管的高频电信号可通过上述光电二极管用薄膜电极14等，信号波形不会劣化地传输到位于光学元件安装用基片的外部的信号处理用IC。
在此场合，硅基片1的电阻率作为使形成于第四玻璃基片23上的传输线路的传输特性劣化的影响因素可以忽略不计。其理由为，由于传输来自光电二极管的高频电信号的第四玻璃基片23与电介质薄膜相比为很厚的基片，作为衬底的基片的硅基片1的电阻率不会对由第四玻璃基片23上的薄膜元件构成的高频传输线路的传输特性施加影响。
这样，即使设置激光二极管的玻璃基片与设置光电二极管的玻璃基片为不同的基片，也不会使高频电信号传输的传输特性劣化。此外，为了抑制基片的翘曲及因温度变动引起的对基片翘曲的促进，最好与图1至图5所示的实施例同样地在硅基片1的里面上结合有由矫正翘曲用的相同材料构成的玻璃基片。此外，结合于硅基片1的里面上的第二玻璃基片3与硅基片1的结合面也可比硅基片1的里面的面积小，此外，也可局部分割。最好将第二玻璃基片3做成在将第三玻璃基片22及第四玻璃基片23与硅基片1结合后的基片的翘曲予以矫正的构造。因此，第二玻璃基片3不必一定为与第二玻璃基片22及第四玻璃基片23大致相同厚度的基片。
此外，作为第三实施例的光学元件安装用基片，如基片的翘曲能够通过将硅基片1的厚度做的足够厚进行抑制，则可做成在图1的构造中除去第二玻璃基片3的结构。由于与硅基片1结合的第三玻璃基片22及第四玻璃基片23的结合面积相对于图1所示的第一实施例的结构较小，结合后的基片的翘曲与图1的第一实施例相比较小。此外，光学元件安装用基片能够做成没有以前的实施例中设置的第二玻璃基片3的形式。但与在硅基片1的里面上结合第二玻璃基片3的情况相比，存在因温度变动引起的基片翘曲增大的危险。但是，只要在对于元件特性来说不成其为问题的范围内即可。通过极力减小第三玻璃基片22及第四玻璃基片23的结合面积，或者减小这些基片的厚度，或者增加硅基片1的厚度，都能够减小因温度变动引起的基片的翘曲。因此，能够将因温度变动引起的激光二极管和光电二极管及安装在蚀刻槽5中的透镜等的光轴的偏差抑制到最小限度。
图7为本发明的第四实施例的光学元件安装用基片的立体图。相对于图6所示的结构，其为没有第四玻璃基片23的结构，而仅将第三玻璃基片22通过自然氧化膜4、即SiO2薄膜结合在硅基片1上。为第四玻璃基片23位于自然氧化膜4的SiO2薄膜上的结构。作为用于安装光电二极管的基片的第四玻璃基片23安装在与硅基片1不同的基底基片24上，设置在能够得到与激光二极管光结合的位置上。另一方面，通过第三玻璃基片22上的激光二极管用AuSn软钎焊薄膜11，安装在第三玻璃基片22上的激光二极管和安装在蚀刻槽中的透镜的光轴一致。即使采用这种结构，也能将10GHz以上的高频电信号在各玻璃基片上传输，能够抑制传输特性的劣化。此外，由于是利用大致相同厚度的玻璃基片将硅基片夹持住的结构，因而可抑制因温度变动引起的光轴的偏差。此外，如果使用受光有效面积大的面受光型的光电二极管，即使在与硅基片1分体的基片上安装第四玻璃基片23，也能够容易地进行与激光二极管的光结合。即使在这种结构中也能够满足所要求的特性。
安装作为用于安装光电二极管的基片的第四玻璃基片23的基底基片24也可安装在图8所示的硅基片1上。在此场合，第四玻璃基片23通过自然氧化膜4、即SiO2薄膜结合于图7中安装第三玻璃基片22的与硅基片1不同的硅基片1上。当然，通过第四玻璃基片23上的光电二极管用第一AuSn软钎焊薄膜17、光电二极管用第二AuSn软钎焊薄膜15、光电二极管用第三AuSn软钎焊薄膜16，光电二极管安装在第四玻璃基片23上。在硅基片1上形成蚀刻槽5及倒棱锥槽6，做成在该位置上能够搭载透镜的结构得到与激光二极管的光结合。在这样安装光电二极管及透镜后，能够容易地与安装在图7所示的光学元件安装用基片上的激光二极管光轴一致。
此外，由于上述任一个实施例中在蚀刻槽5及倒棱锥槽6内均没有形成自然氧化膜4以外的薄膜，因而能够维持因硅的各向异性形成的构造、即维持精度。
再者，构成由薄膜元件形成的传输线路的金属膜最好为膜厚3μm左右的厚膜，以降低、抑制传输线路的导体损失。
以下，使用图9对图1所示结构的光学元件安装用基片的制造方法进行说明。该制造方法的特征为通过硅的各向异性蚀刻在硅基片上形成多个不同形状的槽(深度不同的槽或大小不同的槽)，此后，将玻璃基片结合在硅基片上，在玻璃基片上形成薄膜电阻及薄膜电极等薄膜元件后，利用于腐蚀对玻璃基片进行蚀刻。在此，图9示出的剖面图是为了便于理解具有特征结构的光学元件安装用基片的制作方法。因此，与图1所示的光学元件安装用基片的剖面不一致。按照图9的工序a)至工序f)的顺序对制造方法进行说明。
a)首先，在结晶面方位(100)的硅基片1的两面上形成Si3N4/SiO2层叠膜(未图示)。SiO2膜(例如膜厚160nm)为由热氧化形成的热氧化膜，Si3N4膜(例如膜厚160um)为利用减压化学气相沉积法(CVD-Chemical Vapor Deposition)形成的膜。其次，在该Si3N4/SiO2层叠膜上设置用于形成蚀刻槽5及倒棱锥槽6的开口部。在这种方法中，可使用以往的半导体技术中所使用的光刻法(护膜的涂布、曝光、显影、形成护膜图案并将护膜作为掩膜剂将图案转印在Si3N4/SiO2层叠膜上)，在Si3N4/SiO2层叠膜的蚀刻中可使用活性离子蚀刻法(RIE-Reactive IonEtching)。此后，用浓度为40wt％的氢氧化钾水溶液(温度70℃)进行硅的各向异性蚀刻。此时，蚀刻槽5的深度蚀刻至所希望的深度、例如蚀刻到450μm。倒棱锥槽6(图9中未图示)由于由Si3N4/SiO2层叠膜形成的掩膜开口部较小，因而在蚀刻槽5的蚀刻深度达到450μm前出现{111}面，成为V形状的槽、即倒棱锥的形状，外观上成为停止蚀刻的状态。这样，利用硅的各向异性蚀刻形成的不同形状的槽(深度不同的槽、大小不同的槽)虽由深度最深的槽的蚀刻的速度决定，但可同时形成多个槽。此后，使用热磷酸、BHF(HF+NH4F混合水溶液)将Si3N4/SiO2层叠膜依次剥离。之后，将硅基片1放置于大气中时，就在基片1的表、里面上形成自然氧化膜4。
b)其次，通过阳极结合将硅基片1与线膨胀系数与硅基片相近、作为第一玻璃基片2的、在内部含有较多的4％左右的Na2O的硼硅酸玻璃结合。例如，可通过基片加热温度400℃、施加电压600V进行结合。再者，通过同样方法将与第一玻璃基片2相同厚度的第二玻璃基片3与硅基片1结合。此时，可在加热器上将第一玻璃基片2和第二玻璃基片3层叠在硅基片1上，在第一玻璃基片2上施加电压并结合，接着在第二玻璃基片3上施加电压并结合。通过这种方法能够极力降低因结合引起的基片的翘曲。
c)在第一玻璃基片2上形成氮化钽薄膜电阻8、氧化钽薄膜电容器9(图9中未示出)、激光二极管用通用薄膜电极10、激光二极管用AuSn软钎焊薄膜11(图9中未示出)、光电二极管用薄膜电极14(图9中未示出)、光电二极管用第一通用薄膜电极12(图9中未示出)、光电二极管用第二通用薄膜电极13(图9中未示出)、光电二极管用第一AuSn软钎焊薄膜17(图9中未示出)、光电二极管用第二AuSn软钎焊薄膜15(图9中未示出)、光电二极管用第三AuSn软钎焊薄膜16(图9中未示出)、薄膜温度传感器18(图9中未示出)。首先，形成Au(例如膜厚3μ)/Pt(例如膜厚300nm)/Ti(例如膜厚100nm)薄膜(未图示)。成膜方法适用溅射法、真空蒸镀法的任一种。在此场合，只要是金属膜，也可是除此以外的金属膜，也可为Al薄膜或Cr薄膜等单层膜。但是，为了降低、抑制由薄膜图案构成的传输线路的导体损失，最表面的金属膜最好是膜厚3μm左右的厚膜。接着，利用光刻法形成护膜图案，将其作为掩膜通过离子铣削对Au/Pt/Ti薄膜进行蚀刻。此后，使用剥离液、氧研磨将护膜剥离，形成激光二极管用通用薄膜电极10、光电二极管用薄膜电极14、光电二极管用第一通用薄膜电极12、光电二极管用第二通用薄膜电极13。接着，利用分离(リフトオフ)法分别形成氮化钽薄膜、氧化钽薄膜、薄膜电容器用上部Au/Pt/Ti薄膜、薄膜温度传感器用Pt/Ti薄膜。此时，氮化钽薄膜及氧化钽薄膜可通过溅射法成膜。在此场合的溅射中，前者可适用在氩保护气中导入微量的氮气来成膜的反应溅射法、后者适用在氩保护气中导入氧气成膜的反应溅射法。Pt/Ti薄膜可使用溅射法或真空蒸镀法的任一种方法成膜。这样，在第一玻璃基片2上形成各薄膜元件。
d)将例如1000cp左右的粘性高的阴性护膜涂布在第一玻璃基片2上，利用光刻法得到厚膜护膜图案25。厚膜护膜图案25的厚度为例如100μm左右。此时，可同时形成用于形成玻璃蚀刻槽7(图9中未图示)的护膜开口部。
e)通过玻璃的感应偶合等离子体(ICP-Inductively Coupled Plasma)干腐蚀，在第一玻璃基片2上形成蚀刻开口部26及玻璃蚀刻槽7。开口部26可位于蚀刻槽5的位置。
f)通过氧研磨及护膜剥离液，将厚膜护膜图案25剥离。此后，利用喷雾涂布法将阳性型护膜(未图示)涂布在基片表面上。其后，通过光刻法形成护膜图案(未图示)。此时的护膜图案为与激光二极管用AuSn软钎焊薄膜11(图9中未示出)、光电二极管用第一AuSn软钎焊薄膜17(图9中未示出)、光电二极管用第二AuSn软钎焊薄膜15(图9中未示出)、光电二极管用第三AuSn软钎焊薄膜16(图9中未示出)对应的护膜图案。AuSn软钎焊薄膜(例如Au薄膜80％、Sn薄膜20％)为Au薄膜与Sn薄膜的层叠薄膜，合计膜厚为3μm。AuSn软钎焊薄膜使用真空蒸镀法成膜，通过分离法形成各图案。
通过依次进行如上的各工序能够得到本发明的光学元件安装用基片。图10为表示在图1所示的光学元件安装用基片上安装激光二极管32、光电二极管33、非球面透镜31时的状态的示意图。非球面透镜31用粘结剂固定在蚀刻槽5中，激光二极管32及光电二极管33通过对激光二极管用AuSn软钎焊薄膜11、光电二极管用第一AuSn软钎焊薄膜17、光电二极管用第二AuSn软钎焊薄膜15、光电二极管用第三AuSn软钎焊薄膜16进行加热并使它们溶化(反流)，从而将光学元件安装用基片具体地分别固定在第一玻璃基片2上。此时，通过被动式校准固定从而使激光二极管32、光电二极管33、非球面镜31的光轴一致。为了使这些光轴一致，当然，蚀刻槽5的宽度、第一玻璃基片2的厚度、安装激光二极管32的第一玻璃基片2上的位置、安装光电二极管的第一玻璃基片2上的位置、形成蚀刻槽5的位置被预先确定。为了将10GHz以上的高频电信号施加到安装了这样的各光学零部件的光学元件安装用基片上并向外部输送光信号，通过引线结合进行各零部件电连接。由于是处理高频电信号，为了缩短用于进行电气连线的各导线34的长度，预先将氮化钽薄膜电阻8、氧化钽薄膜电容器9、激光二极管用通用薄膜电极10、光电二极管用薄膜电极14、光电二极管用第一通用薄膜电极12、光电二极管用第二通用薄膜电极13、薄膜温度传感器18形成于最佳位置。在此的氮化钽薄膜电阻8起到电信号的消除振荡和终端电阻的作用。由激光二极管32将电信号变换为光信号，从激光二极管32出射的光信号通过非球面镜31向光纤等外部传输。此时，从激光二极管32出射的光信号由光电二极管33监控。在此，虽示出了用导线34在光学元件安装用基片内的配线及向光学元件安装用基片外的配线，但并不限于此。也可对应于在光学元件安装用基片内部形成贯通孔，由在其内部填充了金属的通孔(ビアホ-ル)配线将各元件进行电连接。在此场合，能够矫正由于导线34的寄生电感的影响导致的高频电信号的的波形的失真。
图11是表示将图1所示的光学元件安装用基片安装在蝶式的激光二极管组件上一例的示意图。激光二极管32、光电二极管33安装在第一玻璃基片2上，非球面镜31安装在硅基片1上，光学元件安装用基片安装在外壳35中。此外，虽未图示，但用于抑制激光二极管32的发热的冷却用佩尔蒂元件安装在光学元件安装用基片的下部。10GHz以上的高频电信号通过高频特性优良的插接件39施加于光学元件安装用基片上。来自激光二极管32的光信号通过非球面透镜31、平行光管透镜36、由套管37固定的光纤38向外部传输。采用这种结构的本发明的光学元件安装用基片可用于激光二极管组件中。
在构成如上所述的光学元件安装用基片的硅基片1的非球面透镜搭载用的蚀刻槽5及倒棱锥槽6的形成过程中，虽使用了氢氧化钾水溶液，但也可使用TMAH(氢氧化四甲铵)及EDP(乙二胺邻苯二酚水)等能够进行硅的各向异性蚀刻的其它的蚀刻液。但是从蚀刻的形状及使用的观点看，氢氧化钾水溶液较适宜。
权利要求
1.一种光学元件安装用基片，其特征为，具有具备透镜或光纤搭载部的第一基片，形成于上述第一基片的一主面上、具备配线层的、电阻率比上述第一基片高的第二基片，其中，上述配线层具备与上述透镜或光纤光学连接的激光二极管的搭载部及与上述激光二极管电连接的连接部。
2.按照权利要求1所述的光学元件安装用基片，其特征为，上述第二基片在与上述第一基片的上述透镜搭载部对应的区域中具有开口部。
3.一种光学元件安装用基片，其特征为，具有具备透镜搭载部的第一基片，与上述第一基片的一主面相对面地形成、具备激光二极管的搭载部及与上述激光二极管连接的配线层、电阻率比上述第一基片高的第二基片，以及与上述第一基片的上述一主面相反一侧的主面相对面地形成、电阻率比上述第一基片高的第三基片。
4.按照权利要求3所述的光学元件安装用基片，其特征为，上述第二基片为玻璃基片。
5.一种光学元件安装用基片，其特征为，具备具有透镜搭载部的第一基片，形成于上述第一基片的一主面上的第一区域中、具备激光二极管的搭载部及与上述激光二极管电连接的配线层、电阻率比上述第一基片高的激光二极管搭载用基片，形成于上述第一基片的上述一主面上的第二区域中、具备光电二极管的搭载部及与上述光电二极管电连接的第二配线层、电阻率比上述第一基片高的光电二极管搭载用基片。
6.一种光学元件安装用基片，其特征为，具有具备激光二极管的搭载部及与上述激光二极管电连接的第一配线层、电阻率比上述第一基片高的激光二极管搭载用基片，形成于上述激光二极管搭载用基片的上述激光二极管搭载部所形成的而的相反一侧的面上、具备与上述激光二极管光学连接的透镜搭载部的第一衬底基片，具备光电二极管的搭载部及与上述光电二极管电连接的第二配线层、电阻率比上述第一基片高的光电二极管搭载用基片，形成于上述光电二极管搭载用基片的上述光电二极管搭载部所形成的面的相反一侧的面上的第二衬底基片。
7.一种光学元件安装用基片，其特征为，具有具备透镜或光纤搭载部的半导体基片和具备配线层的电介质基片，其中，上述配线层形成于上述半导体基片的一主面上、具有与上述透镜或光纤光学连接的激光二极管的搭载部及与上述激光二极管电连接的连接部。
8.一种光学元件安装用基片，其特征为，具有具备透镜搭载部的第一基片，与上述第一基片的一主面相对面地形成、具备激光二极管搭载部及与上述激光二极管连接的配线层的第二基片，及与上述第一基片的上述一主面的相反一侧的主面相面对地形成的第三基片。
9.一种光学元件安装用基片的制造方法，其特征为，包含如下工序在第一基片的一主面上设置透镜或光纤的区域内形成槽的槽形成工序，在形成了上述槽的第一基片的上述槽所形成的主面上结合第二基片的结合工序，在与上述第二基片的上述结合后的主面相反一侧的主面上形成与激光二极管电连接的电极膜及与上述电极膜电连接、与来自外部的配线电连接的配线层的导电膜形成工序，以护膜覆盖由上述导电膜形成工序所形成的膜的护膜形成工序，对上述护膜形成图案、并在与第二基片的形成上述槽的区域对应的区域中形成开口部的工序。
全文摘要
本发明涉及一种光学元件安装用基片。本发明的目的在于提供一种克服以往的对于频率超过10GHz的信号，难以形成图11的形态结构的光学元件安装用基片。此外，提供一种克服以往的难以得到不容易发生基片翘曲、特别是不容易助长因温度变动引起的基片的翘曲的结构的光学元件安装用基片。本发明的光学元件安装用基片为，具有硅基片和在上述硅基片上的第一电介质基片与第二电介质基片，在上述第一基片上具有上述激光二极管的设置部、上述配线、上述光电二极管的设置部，在上述硅基片上具有上述透镜或上述光纤的设置部。
文档编号H01S5/062GK1610196SQ20041004836
公开日2005年4月27日 申请日期2004年6月25日 优先权日2003年10月17日
发明者明石照久, 东山贤史, 竹盛英昭, 广濑一弘 申请人:株式会社日立制作所