JPH07504770A - ハイブリッド光集積回路の製造方法および発光装置 - Google Patents

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】 ハイブリッド光集積回路の製造方法および発光装置従来の技術 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念によるハイブリッド光集積回路の製造方 法に関する。すでに、グラスファイバをインジウム−燐化物チップに設けられた 光導波体に結合する方法は公知である。グラスファイバを結合するために準備さ れた光導波体に位置合わせして結合できるようにするために、インジウム−燐化 物チップにＶ字形の溝をエツチングしなければならない、さらにグラスファイバ の位置合わせは顕微鏡下で手動で行わなければならず、そのため誤った調整によ って発生する結合損失をできるだけ低く保持しなければならないｅ　（Ｍ、Ｈａ ｍａｃｈｅｒ著、Ａ　ｎ。

ｖｅＪ　ｆｉｂｒｅ／ｃ）＋ｉｐ　ｃｏｕｐｌｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗｉ ｔｈ　ａｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　５ｔｒａｉｎ　ｒｅｌｉｅｆ　ｏｎ　Ｉｎ Ｐ、ＥＣ０Ｃ９２，ベルリン、５３７頁以降）、この方法は時間とコストがかか り、大量生産に適用することはできない。

さらにレーザチップを光集積回路上の間隔ホルダと位置合わせ調整装置を用いて 光導波体を基準にして位置合わせする方法が公知である。しかしこの方法は。

間隔ホルダおよびａｔ装置を収容するためにレーザチップをエツチング過程によ って加工することが必要である。さらに間隔ホルダおよび制限器を光集積回路に 設けなければならない、しかしこれは非常に面倒である。というのは、間隔ホル ダおよび調整装置を高精度で製造し位置決めしなければならないからである。と りわけレーザチップを手動でＩＩ！Ｉ装置に取り付けなければならない、（Ｊａ ｅｋｓｏｎｌｌ、Ｆｌ　ｉｐ／Ｃｈｉｐ、Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ、０ｐｔｏ ｅｌｅｃ【ｒｏｎｉｃ　Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ　Ｍｏｄｕｌｅ、ＥＣ０Ｃ９２ ，ベルリン、３２９頁以降）。

発明の利点 請求の範囲第１項の構成を有する本発明の方法および請求の範囲第１１項の構成 を有する装置は、光半導体素子の導波体への位置合わせ、および導波体の光導波 体への位置合わせか、光半導体素子および成形されたポリマーからなる基礎ユニ ットの成形の際に付加的コストなしで行われるという利点を有する。これにより 時間のかかる手動調整が回避される。

簡単かつ安価に多種多様の形に電鋳製造することのできる成形工具を使用するこ とによって、光集積回路を種々異なる構成にすることができる。光半導体素子が 導波体溝に自動調整して結合される簡単な成形過程は自動化大量生産に適する。

これにより光集積回路を安価に製造することができる。

従属請求項に記載された手段により、請求の範囲第１項の方法および請求の範囲 ＠１１項のＭＲの有利な実施例が可能である。

とくに有利には、成形工具の収容装置の側壁と光半導体素子の＊＊とが斜めに内 部へ延在する。収容装置は光半導体素子を収容するための空間を定める。これに より収容装置の側面と光半導体素子の側面とが光半導体素子の取付けの際に相互 に滑動する。光半導体素子を収容するための面積は、成形工具への間隔が縮小す るにつれ連続的に減少する。これにより光半導体素子の収容装置への取付けが簡 単になり、取付けの際に光半導体素子の自動調整が行われる。これによって、比 較的大きな公差を有する光半導体素子を最小の調整誤差寸法で導波体溝に結合す ることができる。

とくに有利には、基礎ユニットと光導波体とを有利にはポリマーからなるカバー を用いて相互に固定結合する。その際、導波体溝には光透過性の高屈折材料。

有利にはポリマーが充填される６カパーは光導波体を調整するために自動調整す る収容装置を有する。このようにして導波体溝をポリマーにより充填する際に導 波体が製造される。同時にポリマーはカバーを基礎ユニットに結合するために用 いる。、２Ｉパーの自動調整する収容装置は、導波体溝を基準にした光導波体の 調整を簡単にする。収容装置はさらに、カバーが光学フィールドを制御または検 知する素子を有する際に有利である。

光半導体素子のとくに簡単な電気接触接続のために、カバーには開口部が設けら れるか、または後からレーザ切除により開口部が形成される。このようにして高 電流用の接点を光半導体素子に設けることができる。

選択的に光半導体素子の電気接触接続のために導体路をポリマー表面にスパッタ リングするか、または蒸着することができる。

電気接触接続のこの形式は技術的に簡単で安価であり、多くの製造方法と互換性 がある。

本ＪＡＦ！Ａの別の実施例では、有利には光半導体素子としてレーザダイオード 、レーザダイオードアレイ、レーザダイオード増幅器、レーザダイオード増幅器 アレイ、半導体変ｌｌｌ薔、半導体変肩器アレイ、検知器および検知器アレイを 使用する。これにより同じ方法に従って種々異なる構成の光集積回路を製造する ことができる。

本発明の別の構成では、光半導体素子の領域に熱電構成素子が、導波体の屈折率 を変化することができるように設けられる。

とくに有利には、導波体を側方に連続的なおよび／またはセグメント化したテー バとして構成する。これにより基礎ユニットに対する製造方法において同時にテ ーバを形成することができる。このテーバは光半導体素子から放出される光点を 有し、したがって先導波体への結合損失が低減される。導波体を側方に連続的な および／またはセグメント化したテーバとして構成することは、成形法を用いて 簡単にかつ処理工程なしで安価に実施される。

本発明の実施例では、支持板がヒートシンク、有利にはベルティエ素子に結合さ れる。これにより光半導体素子により形成された熱を廃熱することができる。

ハイブリッド光集積回路を小型に集積するためには、ヒートシンクを珪素板とし て構成し、これに電気回路装置を設けると有利である。これによりさらに高い集 積密度が達成され、構成素子全体の寸法が縮小する。

図面 本発明の実施例が図面に示されており、以下詳細に説明する。図１は、光半導体 素子を備えた成形工具を示し１図２は、基礎ユニット、基礎ユニットの断面およ びカバー板を示し、図３は、光集積回路の断面図を示し、図４は、セグメント化 されたテーバな有する基礎ユニットとセグメント化されたテーバの断面を示し、 図５は熱電素子を備えた光集積回路を示す。

実施例の説明 図１には光半導体素子２が示されている。この半導体素子は支持板１に取り付け られている。さらに図１は、収容装置４．導波体溝９に対するネガティブ型５お よび光導波体１０用収容装置１２に対する別のネガティブ型を備えた成形工具３ を示す。収容装置４およびネガティブ型５．６を備えた成形工具３は有利には電 鋳成形可能な材料、例えばニッケルからなる。収容装置４と、導波体溝９のネガ ティブ型および収容装置１２に対するネガティブ型６は相互に次のように配向さ れている。すなわち、光半導体素子２を収容装置４に嵌め込む際に光半導体素子 ２により形成された光の出射領域がネガティブ型５により成形された導波体溝９ へ最適調整されて結合されるように配向されているとくに重要なことは、ネガテ ィブ型５の光ビーム出射領域に対する横方向のずれが回避されることである。

したがって収容装置４は光半導体素子２の位置をネガこのためには光半導体素子 ２は小さな公差の所定幅を有しなければならない。調整の精度は、成形工具３の 収容装置４の（ネガティブ型５に対して平行に延在する）側壁と光半導体素子２ の側壁とが少なくとも部分的に少し斜めに内側へ延在するようにして高められる 。これによって収容装置４の側面間の光半導体素子２を収容するための間隔が、 成形工具３への間隔が減少するにつれ縮小する。

図２は光半導体素子２からなる基礎ユニット１３を示す。この半導体素子は成形 された工業材料１４に埋め込まれている。成形工具３は成形された工業材料１４ の中に導波体溝９、切欠部１７および光導波体１゜に対する収容装置１２を有す る。光導波体１ｏは導波体溝９を基準にして自動調整されて成形される。切欠部 １７は成形工具３の収容装置４によって工業材料１４にプレスされる。基礎ユニ ット１３を通る横断面Ａ−Ａ’は明瞭に、切欠部１７の構造と光半導体素子２の 側面の傾斜部を示す。切欠部１７は光半導体素子２の周囲に、光半導体素子２の 配列が導波体溝９上に固定されるように配置されている。導波体溝９は光半導体 素子２の光放出領域に続いている。導波体溝９には光導波体１０に対する収容装 置１２が続いている。この収容装置１２は有利にはＶ溝とし・て構成されている 。

この形状によって光導波体１ｏを導波体溝９を基準にして簡単に正確に調整する ことができる。

さらにカバー７が図２に示されている。カバーは有利には基礎ユニット１３と同 じ工業材料から成形される。カバー７は、光半導体素子２を電気接触接続するた めのコンタクト開口部８と光導波体１０に対する収容装置１８とを有する。カバ ー７の収容装置１８は光導波体１０を収容するためのものであり、この選択実施 例ではＶ溝として構成されている。

図３は光集積回路の断面を示す。この回路は基礎ユニット１３からなり、基礎ユ ニットはカバー７と固定結合している。さらに光導波体１ｏが導波体２ｏに結合 している。コンタクト開口部８を介してコンタクトワイヤ１１が光半導体素子２ に取り付けられている。

さらに光半導体素子２はスパッタリングされた導体路１６によって図３に示すよ うに接触接続することができる。導波体溝９には、工業材料１４の屈折率よりも 高い屈折率を有する光学的に透明な材料、有利にはポリマーが充填されており、 導波体２０を形成する。光半導体素子２の光出射領域は導波体２０に結合されて いる。光導波体１０は基礎ユニット１３の収容装置１２とカバー７の収容装置１ ８を介して光集積回路と接続しており、導波体２０に結合されている。

図４は、導波体溝１９を有する基礎ユニット１３を示す。この導波体溝はセグメ ント化されたテーバとして構成されている。横断面Ｂ−Ｂ’はセグメント化され たテーバの構造を示す。この実施例では２次元テーパである。これはＺ、Ｗｅｉ ｓｓｍａｎｎ著、′２−Ｄ　Ｍｏｄｅ　Ｔａｐｅｒｉｎｇ　Ｖｉａ　Ｔａｐｅｒ ｅｄ　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ　Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ″、Ｅ ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ、２８．Ｎｏ、１６＋　１９９２ 年、１５１４頁以降に記載されている。セグメント化されたテーバ１９は、光半 導体素子２から放出される光ビームの直径を有する。これによって、光ビームを 光導波体１９に入力結合する際の結合損失がスポット直径の適合性が改善されて いるので低減される。有利には導波体溝１９は３次元テーパとして構成すること もできる。

図５は支持板１を示す、この支持板は光半導体素子２の他に熱電素子２１を有す る。熱電素子２は光半導体素子２と同じようにして基礎ユニット１３に埋め込ま れている。熱電素子２１によって、熱電素子２１の近傍を延在する１つまたは複 数の導波体２０の屈折率を変化することができる。

適用される方法を図１から図５に基づいて詳細に説明する。基礎ユニット１３を 製造するために、支持板１に取り付けられた光半導体素子２は成形工具３の収容 装置４へもたらされる。その際光半導体素子２は、収容装置４の形状および配列 によって導波体溝９のネガティブ型５を基準にして調整される。これにより横方 向のずれおよびぐらつきが阻止される。その後、成形工具３と支持板１に取り付 けられた光半導体素子２は成形可能な工業材料により鋳直される。有利には使用 される工業材料はポリマーである。導波体溝９に対するネガティブ型５．６およ び光導波体１０に対する収容装置１２を有する成形工具３を使用すれば、射出成 形法、射出スタンプ法または鋳造法により簡単に成形する二とができる。その際 有利には、ポリマープラスチックを使用する。

成形工具３の収容装置４は有利には、レーザダイオード、レーザダイオードアレ イ、レーザダイオード増幅器、レーザダイオード増幅器アレイ、半導体変調器、 特表千７−５０４７７０　（５） 半導体復調器、検知器、および検知器アレーイが導波体２０を基準にして自動調 整されて光学的に結合されるよう構成することができる。

この方法によって、光半導体素子２をポリマーの光集積回路に自動調整法を適用 してハイブリッドに組み込むことができる。成形工具３を取り除くと、光半導体 素子２と成形された工業材料１４からなる基ｒａフ１、二。

ット１３が存在する。この選択実施例では、ポリマープラスチックに導波体溝９ および収容装置１２が成形工具３の成形によって取り付けられている。図３が示 すように、この実施例では光導波体１０として光ファイバまたは光フアイバケー ブルが導波体２０に結合される。

光半導体素子２と導波体溝９を覆うためにカバー７が使用される。カバーは例え ば成形工具によってポリマープラスチックから作製することができる。この実施 例に対して選択されたカバー７はコンタクト開口部８と収容装置１８を有する。

コンタクト開口部８は光半導体素子２の電気接触接続のために使用される。収容 装置１８は光導波体１０を調整し、固定するために使用される。光集積回路を製 造するために、光導波体１０は基礎ユニット１３の収容装置１２に挿入される。

光学的に透明な接着材料、有利にはポリマープラスチックが基礎ユニット１３に 、導波体溝９と収容装置１７を満杯にして塗布される。工業材料１４の屈折率よ すも高い屈折率を有する光学的に透明な材料を導波体溝９に満杯に充填すること によって、導波体溝９から導波体２０が形成される。カバー７が基礎ユニット１ ３にかぶされ、これにより光導波体１０はカバー７の収容装置１８および基礎ユ ニット１３の収容装置１２によって導波体２０に自動調整されて結合される。カ バー７は基礎ユニット１３に対してプレスされ、これにより導波体溝９の外には ポリマープラスチックの薄い層が基礎ユニット１３とカバー７との間に存在する 。

この薄い層はポリマープラスチックの硬化後、基礎ユニット１３とカバー７との 接合を行う。

電気接触接続のため、図３に示したようにコンタクトワイヤ１１がコンタクト開 口部°８を介して光半導体素子２にボンディングされる。コンタクト開口部８を 有しないカバーを使用する場合、電気接触接続のために必要な開口部をレーザ切 除により後からカバー７に設けることができる。有利には導体路１６が光半導体 素子２の電気接触接続のためにスパッタリングされるかまたは蒸着される。種々 異なる形状の成形工具３を製作することによって、所定の光半導体素子２だけで なく、種々の光半導体素子１例えばレーザダイオード、レーザダイオードアレイ 、レーザダイオード増幅器、レーザダイオード増幅器アレイ、半導体変調器、半 導体復調器、検知器および検知器アレイを同時に１つのポリマープラスチックに より作製し、基礎ユニット９に埋め込むことができる。さらに導波体溝９の成形 によって、図４に示すようなセグメント化されたテーバ１９を簡単に１つの方法 ステップで基礎ユニット１３の製造と一緒に作製することができる。

セグメント化されたテーパ１９の作製は、基礎ユニットの成形後に残りた導波体 溝９の空き空間に図４に示すようにポリマーを充填して行う。空き空間に充填さ れるポリマーは、基礎ユニット１３から成形されたポリマープラスチックに比較 して高い屈折率を有するレーザダイオードの場合はレーザ光を形成する光半導体 素子２の作用領域を光半導体素子２の取り付けの際に損傷してはならない。した がって、成形工具３に間隔ホルダを取り付けると有利である。この間隔ホルダは 作用領域の損傷を阻止する。支持板１はヒートシンクとして用い、有利にはペリ テイエ素子に結合することができる。

さらに支持板１として電気回路装置を備えた珪素板を用いることができる。カバ ー７に蒸着ないしスパッタリングされた導体路１６は相応の太さで塗布すべきで ある。これにより光半導体素子２の作動に必要な電流強度を導体路１６の発熱な しに供給することができる。

Ｆｉｇ、１　にｌ二ニジ１−イＬ Ｂ→−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの光半導体と光導波体を有するハイブリッド光集積回路の製 造方法において、少なくとも１つの光半導体素子（２）に対する収容装置（４） 、少なくとも１つの導波体溝（９）に対するネガティブ型（５、６）、および／ または少なくとも１つの光導波体（１０）に対する収容装置（１２）を有する成 形工具（３）を用いるステップと、有利には支持板（１）に固定された光半導体 素子（２）を成形工具（３）の収容装置（４）へ挿入するステップと、 これに基づいて、成形工具（３）と光半導体素子（２）とを工業材料、有利には ポリマーにより再成形するステップと、 成形工具（３）を取り除くステツプとからなり、成形工具（３）を取り除いた後 、光半導体素子（２）おすび成形された工業材料（１４）は、光半導体素子（２ ）を基準にして調整された少なくとも１つの導波体溝（９）、および／または光 半導体素子（２）を基準にしてまたは導波体溝（９）を基準にして自動調整する 、少なくとも１つの光導波体（１０）に対する収容装置を備えた基礎ユニット（ １３）であり、前記光導波体は有利には光フアイバまたは光フアイバケーブルと して構成されることを特徴とする製造方法。 ２．成形工具（３）の収容装置（３）の側壁は、収容すべき光半導体素子（２） に対する空間を定め、前記側壁と光半導体素子（２）の側壁とは少なくとも部分 的に内部へ傾斜している請求の範囲第１項記載の方法。 ３。基礎ユニット（１３）と光導液体（１０）とは、有利にはポリマーからなる カバー（７）によって相互に固定結合されておリ、 導波体溝（９）には光学的に透明な材料、有利にはポリマーを満杯に充填し、 カバー（７）は光導波体（１０）の調整のために自動調整する収容装置（１８） を有する請求の範囲第１項または第２項記載の方法。 ４．電気接点（１５）を光半導体素子（２）に取り付けるために、基礎ユニット （１３）および／またはカバー（７）の成形の際に開口部（８）を設けるか、ま たはレーザ切除により形成する請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項 記載の方法。 ５．光半導体素子（２）の電気接触接続のために、導体路（１６）をスパッタリ ングまたは蒸着するか、または導体ワイヤ（１１）をボンディングする請求の範 囲第１項から第４項までのいずれか１項記載の方法６．光半導体間素子（２）は 、レーザダイオード、レーザダイオードアレイ、レーザダイオード増幅器、レー ザダイオード増幅器アレイ、半導体変調器、半導体変調器アレイ、検知器、検知 器アレイとして構成される請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項記載 の方法。 ７．光半導体素子（２）の他に熱電素子（２１）、有利には熱ゾンデが、導波体 （２０）の屈折率が熱電素子（２１）により変化できるように配置されている請 求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項記載の方法。 ８．導波体溝（９）は側方に連続的なおよび／またはセグメント化されたテーパ として構成されている請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項記載の方 法。 ９．支持板（１）はヒートシンクであり、該支持板は有利にはペルティエ素子に 結合されている請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項記載の方法。 １０．支持板として珪素板が使用され、該珪素板に電気回路装置が取り付けられ ている請求の範囲第１項から第９項までのいずれか１項記載の方法。 １１．光半導体素子により光波を放出する装置において、 光半導体素子（２）は工業材料により再成形され、成形された工業材料（１４） は切欠部（１７）を有し、 該切矢部は光半導体素子（２）の側面に沿って配置されていることを特徴とする 装置。 １２．成形された工業材料（１４）は少なくと１つの切欠部を有し、 該切欠部は光半導体素子（２）の光放出領域に隣接しておリ、 該切欠部は、光導波体（１０）に対する続きの収容装置（１２）を有する導波体 溝（９）として構成されるか、または 該切欠部は光導波体（１０）に対する収容装置として構成されている請求の範囲 第１１項記載の装置。 １３．工業材料により再成形された光半導体素子（２）はカバー（７）と結合し ておリ、該カバー（７）は光導波体（１０）に対する少なくとも１つの収容装置 （１８）を有し、 導波体溝（９）には光学的に透明な材料が溝杯に充填され、これにより導波体（ ２０）を形成し、光導波体（１０）は導波体（２０）に光学的に結合されている 請求の範囲第１１項または第１２項記載の装置。