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JPH04349674A - 光半導体素子および実装方法 - Google Patents

光半導体素子および実装方法

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Publication number
JPH04349674A
JPH04349674A JP3121312A JP12131291A JPH04349674A JP H04349674 A JPH04349674 A JP H04349674A JP 3121312 A JP3121312 A JP 3121312A JP 12131291 A JP12131291 A JP 12131291A JP H04349674 A JPH04349674 A JP H04349674A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
light
optical semiconductor
semiconductor element
mounting
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP3121312A
Other languages
English (en)
Inventor
Masao Makiuchi
正男 牧内
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPH04349674A publication Critical patent/JPH04349674A/ja
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  • Led Devices (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体素子の実装装
置および実装方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光通信・光情報処理等の発展に伴い、こ
れに使用する受光素子、発光素子等の光半導体素子や、
これを実装してモジュール化した光半導体部品に対して
も、小型、高信頼、高性能、低コストが要求されるよう
になっている。また、光半導体部品をシステムへ導入す
る場合に、コンパクトで、実装、組立てが容易であるこ
とが要求される。特に、低コスト化のためには、実装に
要する部品の点数を減らすと共に実装に要する時間を短
縮することが要求されている。
【0003】図5(A)、(B)は、従来の光半導体素
子の実装装置の説明図である。ここでは、受光素子を例
にとって説明する。この図において、51は受光素子、
52は絶縁膜、53は受光面、54は負の電極、55は
金属基板、56は正のリード線、57は負のリード線、
58はハンダ層、59はボンディングワイヤ、60は光
ファイバー、61は受光素子、62は受光面、63はマ
イクロレンズ、64は正の電極、65は負の電極、66
はセラミック基板、67は正の配線層、68は負の配線
層、69はハンダ層、70は光ファイバーである。
【0004】図5(A)に示された光半導体素子の実装
装置においては、半導体基板上に受光面53を形成し、
受光面の周囲の絶縁膜52の上に負の電極54を形成し
た受光素子51を、金属基板55に正のリード線56を
形成し、この金属基板55を絶縁体を介して貫通する負
のリード線57を形成したステムにハンダ層58によっ
て導電状態で固着し、負の電極54と負リード線との間
をボンディングワイヤ59によって接続して構成されて
いる。そして、具体的な構造は図示されていないが、受
光面53に対向して光ファイバー60が配置されている
【0005】また、図5(B)に示された光半導体素子
の実装装置においては、マイクロレンズ63を具えた半
導体基板上に受光面62を形成し、正の電極64と負の
電極65を形成した受光素子61を、セラミック基板6
6の上に形成された正の配線層67、負の配線層68の
上に載置したハンダ層69によって固着して構成されて
いる。そしてマイクロレンズ63に向けて光ファイバー
70が配置されている。
【0006】上記のいずれの実装装置においても、金属
基板55、セラミック基板66の平面と光半導体素子の
受光面53、62は平行になっている。また、光ファイ
バー60、70は受光面に対して垂直に配置されている
【0007】このような構造で実装された光半導体素子
は、他の半導体素子や集積回路素子等と共に回路配線基
板上に搭載される際に、その基板55、66の面は回路
配線基板の面と平行に置かれることが多いため、光ファ
イバー60、70が回路配線基板の面と垂直に配置され
て嵩高となり、複数の回路配線基板を棚状に重ねて組み
立てるとき相互の間隔を長くする必要があり、コンパク
トに組み立てることが困難になる。
【0008】図6(A)、(B)は、改良された光半導
体素子の実装装置の説明図である。この図において用い
た符号は、光ファイバーの形状が異なるが、図5(A)
、(B)において使用したものと同様である。
【0009】この実装装置は、図5(A)、(B)にお
いて説明したものとほぼ同様であるが、光ファイバー6
0、70の先端が斜めに研磨され、光ファイバー60、
70が基板面に平行に配置されている。この構成を採用
することによって、前記従来の光半導体素子の実装装置
がもっていた嵩高になるという問題は解決される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この改
良された従来の実装装置には、光ファイバー60、70
の先端を精密に加工する工程が加わり、この研磨角度が
所定の値(約37度)になっていないと研磨面で光が全
反射せず光が漏れて損失を生じるという新たな問題が生
じることになる。したがって、本発明は、小型、高性能
、高信頼、低コストで、実装が容易な光半導体素子の実
装装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる光半導体
素子の実装装置においては、半導体チップの平面上に受
光面または発光面を形成した光半導体素子を、実装基板
の表面に対して前記受光面または発光面が実質的に垂直
になるようにマウントし、該基板の表面にほぼ平行に光
を入射しまたは出射する構成を採用した。
【0012】また、本発明にかかる光半導体素子の実装
方法においては、半導体チップの一つの端縁から光ファ
イバーの高さに一致する距離をおいた平面上に受光面ま
たは発光面を形成した光半導体素子を、実装基板の表面
に該端縁を接触して前記受光面または発光面が実質的に
垂直になるように載置したままで、該光半導体素子の受
光面または発光面の方向に一次元的に移動して位置調整
を行うことによって、該光ファイバーと位置合わせして
マウントする工程を採用した。
【0013】また、その際、光半導体素子を動作状態に
しておき、該光半導体素子をその受光面または発光面の
方向に一次元的に移動するとき、該光半導体素子と該光
ファイバーとの光結合状態をモニターしながら位置調整
を行う工程を採用した。
【0014】そしてまた、その際、実装基板側の接続用
電極材料を光半導体素子の接続用電極材料より高融点材
料で形成し、予め、実装基板側の接続用高融点電極材料
を加熱しておき、これに光半導体素子側の低融点接続用
電極材料を、光半導体素子の位置調整をしながら接触さ
せ、実装基板側の高融点電極材料から伝導する熱によっ
て光半導体素子側の低融点電極材料を溶融し、冷却して
両者間を接続する工程を採用した。
【0015】
【作用】図1(A)、(B)は、本発明の光半導体素子
の実装装置の原理図である。この図において、1は実装
基板、2、3は配線層、4はハンダ層、5は光半導体素
子、6は素子基板、7は受光面または発光面、8は絶縁
層、9は電極、10はハンダ、11、12は光ファイバ
ー、13は接着剤層、L1 、L2 は入射光である。
【0016】図1(A)に示された実装装置においては
、実装基板1の上に配線層2、3を形成し、配線層3の
上に、素子基板6の平面上に受光面または発光面7を形
成した光半導体素子5を、その端面でハンダ付けして実
装基板面1に実質的に垂直に固着し、光半導体素子の受
光面または発光面7から絶縁層8の上を延在する電極9
を他の配線層2にハンダ10によってハンダ付けして実
装されている。この図は光半導体素子の一つである受光
素子を示し、入射光L1 は受光素子の表面から入射す
る場合、入射光L2 は受光素子基板6がこの入射光(
波長1.3〜1.6μm)に対して透明であって、受光
面の裏側から入射する場合を示している。この実装装置
によると、入射光L1 あるいは入射光L2 の方向が
実装基板に平行であるため、光の授受に要する空間の高
さが低くなり、実装工程上格別困難な技術的な問題を生
じない。
【0017】図1(B)に示された実装装置においては
、実装基板1の上に配線層2、3を形成し、配線層3の
上に、素子基板6の表面に受光面または発光面7を形成
した光半導体素子5を、その端面をハンダ4によってマ
ウントし、光半導体素子の受光面または発光面7から絶
縁層8の上を延在する電極9を他の配線層2にハンダ1
0によって接続し実装されている。
【0018】そして、光半導体素子5の両側の実装基板
1の上に光ファイバー11、12が接着剤層13、13
によって接着され固定されている。この図は受光素子を
示し、入射光L1 は受光素子の表面から入射する場合
、入射光L2 は受光素子基板6の裏側から入射する場
合を示している。
【0019】この実装装置によると、入射光L1 ある
いは入射光L2 を伝送する光ファイバーが実装基板に
ほぼ平行に固定されるため、その全体の高さが低くなり
、実装工程上格別困難な点はなく、光伝送効率が高く安
定である。この場合、実装基板としてシリコン単結晶の
基板を用い、このシリコン単結晶基板上に、所定の位置
に正確な大きさと形状の窓を有するレジスト膜を形成し
、これをとおして異方性エッチングすることによって、
V溝を形成し、このV溝によって光ファイバー11、1
2を固定することもできる。また、光半導体素子5の実
装基板1の表面と接する面は、光半導体素子を所定の位
置でへき開して切断することによって正確、かつ平滑に
形成することができる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 (第1実施例)図2(A)、(B)は、第1実施例の受
光素子の説明図で、(B)は(A)のX−Y線における
断面図である。この図において、20は受光素子、21
は半導体基板、22は導電性半導体層、23は光吸収層
、24は受光素子キャップ層、25は受光面、26は導
電性領域、27、28は金属電極、29はパッシベーシ
ョンを兼ねるSiNエアルコート膜、30、31は接続
用低融点金属である。
【0021】この実施例における光半導体素子は受光素
子20であり、例えばInPからなる半導体基板21の
上に、例えばn+ −InP層からなる導電性半導体層
22、例えば厚さ1〜4μmのアンドープInGaAs
層からなる光吸収層23、例えば厚さ1μmのn− −
InPからなるキャップ層24を形成し、キャップ層2
4の上にp型領域からなる受光面25、導電性半導体層
22に達する例えばn+ −InPからなる導電性領域
26を形成し、受光面25の上にp電極側金属電極27
、導電性領域26の上にn電極側金属電極28を形成し
、その上の全面にパッシベーションを兼ねるSiNエア
ルコート膜29が形成されている。
【0022】そして、p電極側金属電極27と、n電極
側金属電極28の上にAuSn、Snなどの接続用低融
点金属30、31が形成されている。この受光素子にお
いては、従来から公知の半導体製造技術を用い、へき開
して切断することによって、受光面や接続用低融点金属
31、31のパターンを受光素子の端縁を基準として極
めて高精度に形成することがきる。したがって、残され
た問題は、どのようにしてセラミック基板、シリコン等
の半導体基板などの上に、光ファイバーや受光素子接続
用配線層を配置し、これに受光素子を接続し、バイアス
電圧を供給するかである。
【0023】図3(A)、(B)は、第1実施例の受光
素子の実装装置の説明図で、(A)は斜視図、(B)は
その中央部における断面図である。この図における符号
は、32がシリコン実装基板、33がSiO2 膜、3
4がV溝、35が電極リード、36が受光素子配置用U
型溝、37が光ファイバーである他は、図2(A)、(
B)において使用したものと同様である。
【0024】この実装装置においては、シリコン実装基
板32の上面を熱酸化して厚さ2000〜3000Åの
SiO2 膜33を形成し、その上に金の蒸着とメッキ
技術を使用して厚さ10〜30μmの電極リード層を形
成しパターニングして電極リード35、35を形成する
【0025】そして、SiO2 膜33をフォトエッチ
ングによって矩形状に取り除き、この部分をシリコンの
異方性エッチャント(例えば、ピロカテコールC6 H
4 (OH)2 4モル%+エチレンジアミンNH2 
(CH2 )2 NH2 46.4モル%+水H2 O
49.4モル%)によってエッチングし、光ファイバー
37を配置するV溝34を形成する。その後、受光素子
を配置するためのU型溝36をケミカルエッチングによ
って形成する。このとき、電極リード35、35の下側
の部分のシリコンもエッチングされるようにし、電極リ
ード35、35が溝の中に突き出るようにする。この段
階で光ファイバー37をV溝34上に配置して接着剤を
用いて固定するとよい。
【0026】このV溝34の深さ、大きさとも正確な寸
法で形成できるから、光ファイバー37のシリコン実装
基板32上の位置は極めて正確である。次に、電極リー
ド35、35に熱を加えて高温にしておき、受光素子2
0を受光素子配置用U型溝36に載置し、接続用低融点
金属30、31を電極リード35、35に接触させ溶融
させる。
【0027】この場合、接続用低融点金属30、31の
高さは電極リード35、35の高さに一致し、受光面2
5の高さは光ファイバー37のコアの高さに一致してい
るから、受光素子20を受光素子配置用U型溝36上で
受光面25の方向に一次元的に移動させて目視あるいは
顕微鏡によってその方向の位置合わせを行い冷却して接
続用低融点金属30、31と電極リード35、35間を
接続する。受光素子20は、200μm×200μmと
小さく軽く、電極リード35、35がメッキによって厚
く形成されているため、受光素子20を受光素子配置用
U型溝36に接着する必要はない。
【0028】上記の説明においては、受光素子20の一
次元的な位置合わせを目視あるいは顕微鏡によって行っ
たが、接続用低融点金属が溶融している状態で受光素子
20は電気的に電極リード35、35に接続されている
から、光ファイバー37を通して光を入射し、受光素子
20の電気的出力をモニターすることによって、より正
確に、かつ、自動的に位置合わせを行うことができる。 上記の工程の後に、受光素子を外気から遮断するために
、全体を光透明性樹脂によって封止することができる。
【0029】(第2実施例)図4は、第2実施例の説明
図である。この図において、41はシリコン実装基板上
の受光素子配置用平溝、42は受光素子、43は受光面
、44は接続用低融点金属、45は電極リード、46は
光ファイバー、47は顕微鏡である。
【0030】この実施例が第1実施例と異なる点は、シ
リコン基板上の受光素子配置用平溝41が光ファイバー
46と垂直でない方向に形成されている点である。した
がって、この方法によると、受光素子42は、その接続
用低融点金属44、44を電極リード45、45に接触
したまま、光ファイバー46に対して垂直でない方向の
線上で一次元的に移動されることになる。
【0031】このようにすると、光ファイバー46の先
端の像が、受光素子の受光面に反射するため、顕微鏡4
7の光軸と受光面43の垂線からの角度を、光ファイバ
ー46の光軸と受光面43の垂線からの角度を一致させ
ておくと、顕微鏡47によって受光面に映った光ファイ
バーの先端をモニターしながら位置調整を行うことがで
きる。上記の第1実施例、第2実施例の実装工程は、単
一の受光素子を用いた例であるが、受光素子アレイに対
しても同様に適用できることは明らかである。また、こ
れらの実施例においては、受光素子を例として挙げたが
、LEDや面発光レーザ、光変調器等他の光半導体素子
にも同様に適用できることはいうまでもない。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
実装基板の基準面から光ファイバーと光半導体素子の受
光面または発光面の位置関係を正確に設計できるから、
相互間の位置の調整は、実装基板上で光半導体素子を一
次元的に移動するだけで行うことができ、また光半導体
素子の接続用低融点金属を実装基板側の接続用高融点電
極材料の熱によって溶融するようにすると、実装に要す
る時間が短縮される。
【0033】また、全ての工程が量産性に富んだ加工技
術によって行われるため、低コスト化を含め前記の目的
を達成することができ、この種の実装技術において寄与
するところが極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)、(B)は、本発明の光半導体素子の実
装装置の原理図である。
【図2】(A)、(B)は、第1実施例の受光素子の説
明図である。
【図3】(A)、(B)は、第1実施例の受光素子の実
装装置の説明図である。
【図4】第2実施例の受光素子の実装装置の説明図であ
る。
【図5】(A)、(B)は、従来の光半導体素子の実装
装置の説明図である。
【図6】(A)、(B)は、改良された光半導体素子の
実装装置の説明図である。
【符号の説明】
20  受光素子 21  半導体基板 22  導電性半導体層 23  光吸収層 24  受光素子キャップ層 25  受光面 26  導電性領域 27、28  電極メタル配線 29  パッシベーションを兼ねるSiNエアルコート
膜30、31  接続用低融点金属 32  シリコン基板 33  SiO2 膜 34  V溝 35  電極リード 36  受光素子配置用U型溝 37  光ファイバー

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半導体チップの平面上に受光面または
    発光面を形成した光半導体素子を、実装基板の表面に対
    して前記受光面または発光面が実質的に垂直になるよう
    にマウントし、該基板の表面にほぼ平行に光を入射しま
    たは出射することを特徴とする光半導体素子。
  2. 【請求項2】  半導体チップの一つの端縁から光ファ
    イバーの高さに一致する距離をおいた平面上に受光面ま
    たは発光面を形成した光半導体素子を、実装基板の表面
    に該端縁を接触して、前記受光面または発光面が実質的
    に垂直になるように載置したままで、該光半導体素子の
    受光面または発光面の方向に一次元的に移動して位置調
    整を行うことによって、該光ファイバーと位置合わせし
    てマウントすることを特徴とする光半導体素子の実装方
    法。
  3. 【請求項3】  光半導体素子を動作状態にしておき、
    該光半導体素子をその受光面または発光面の方向に一次
    元的に移動するとき、該光半導体素子と該光ファイバー
    との光結合状態をモニターしながら位置調整を行うこと
    を特徴とする請求項2記載の光半導体素子の実装方法。
  4. 【請求項4】  半導体チップの一つの端縁から光ファ
    イバーの高さに一致する距離をおいた平面上に受光面ま
    たは発光面を形成した光半導体素子を、実装基板の表面
    に該端縁を接触して実質的に垂直に載置したままで、該
    光ファイバーに垂直でない方向の線上で受光面または発
    光面の方向に一次元的に移動し、該光半導体素子の受光
    面または発光面に映った光ファイバーの先端を観察しな
    がら位置調整を行うことによって、光ファイバーと位置
    合わせしてマウントすることを特徴とする光半導体素子
    の実装方法。
  5. 【請求項5】  実装基板側の接続用電極材料を光半導
    体素子の接続用電極材料より高融点材料で形成し、予め
    、実装基板側の接続用高融点電極材料を加熱しておき、
    これに光半導体素子側の低融点接続用電極材料を、光半
    導体素子の位置調整をしながら接触させ、実装基板側の
    高融点電極材料から伝導する熱によって光半導体素子側
    の低融点電極材料を溶融し、冷却して両者間を接続する
    ことを特徴とする請求項2ないし請求項4のいずれか1
    つに記載の光半導体素子の実装方法。
JP3121312A 1991-05-27 1991-05-27 光半導体素子および実装方法 Withdrawn JPH04349674A (ja)

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Cited By (3)

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