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【発明の名称】 光送受信モジュールおよびその製造方法
【発明者】 【氏名】井上 靖之

【氏名】笠原 亮一

【氏名】橋本 俊和

【氏名】橋詰 泰彰

【氏名】大森 保治
【要約】 【課題】製造コストを増加させずに、放熱特性および電気的特性の改善を図ること。

【解決手段】シリコン基板１上の同一面内に、光導波路２と共にＬＤ４およびＰＤ５を同時に作製する工程において、ＬＤ４の下には薄い絶縁層を、ＰＤ５の下には厚い絶縁層１０を設け、これら絶縁層に段差をつける。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 平面基板上に形成された光導波路と、前記光導波路の一端に配置され、前記平面基板の表面の一部が酸化された表面絶縁層上に配設されたレーザダイオードと、前記光導波路の一端に配置され、前記平面基板の一部に形成された絶縁部を介して配設されたフォトダイオードとを具えた光送受信モジュールにおいて、前記絶縁部の厚さは、前記表面絶縁層の厚さより厚いことを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項２】 前記絶縁部および前記表面絶縁層は、ガラスであることを特徴とする請求項１記載の光送受信モジュール。
【請求項３】 平面基板上に、光導波路を形成すると共に、レーザダイオードおよびフォトダイオードを搭載する搭載部に段差を設ける光送受信モジュールの製造方法であって、前記平面基板上の光導波路形成部、レーザダイオード搭載部、およびフォトダイオード搭載部の領域に、下部クラッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層が形成された、前記光導波路形成部と前記フォトダイオード搭載部の所定の面積を有する領域とに、コア層を形成する工程と、前記下部クラッド層のみが形成された前記レーザダイオード搭載部と、前記下部クラッド層と前記コア層が順次積層された前記光導波路形成部および前記フォトダイオード搭載部とに、上部クラッド層を形成する工程と、前記レーザダイオード搭載部および前記フォトダイオード搭載部を同時にエッチングしていき、当該レーザダイオード搭載部において前記平面基板の表面層が露出した時点でエッチングを停止させ、当該エッチングにより前記平面基板の表面層が露出したレーザダイオード搭載部と露出せず絶縁部として残ったフォトダイオード搭載部とに段差を付ける工程と、前記エッチングにより前記レーザダイオード搭載部において露出した平面基板の表面層に、前記レーザダイオードを搭載するための絶縁層を形成する工程とを具え、前記エッチングの段差により、前記フォトダイオード搭載部の前記絶縁層の厚さを、前記レーザダイオード搭載部の前記絶縁層の厚さよりも厚くしたことを特徴とする光送受信モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信或いは光情報処理用の光送受信モジュールおよびその製造方法に関し、特に、放熱特性に優れ、フォトダイオードの電気配線容量を低減することが可能な光送受信モジュールおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン基板上に形成したガラス導波路の一部を除去し、その部分にレーザダイオード（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）を半田により接着固定したＰＬＣハイブリッド光送受信モジュールの研究開発が近年進んでいる（例えば、Ｙ．Ｙａｍａｄａ他、Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｍａｒｃｈ１９９３）。
【０００３】図３（ａ）〜（ｄ）は、従来における光送受信モジュールの作製工程の１例を示す。
【０００４】図３（ａ）において、平面なシリコン基板１上に、コア層２ａと、アンダークラッド層２ｂと、オーバークラッド層２ｃとからなるガラス光導波路２を作製する。
【０００５】図３（ｂ）において、その平面なシリコン基板１上に作製したガラス光導波路２の一部分を、反応性イオンエッチングで除去して、シリコン基板１を露出させる。
【０００６】図３（ｃ）において、その露出されたシリコン基板１上に、１ミクロン以下の薄い絶縁層（図示せず）を堆積し、さらに、その絶縁層上に、電極配線およびＬＤ，ＰＤ接着固定用の半田３を堆積する。
【０００７】図３（ｄ）において、最後に、レーザダイオード４（ＬＤ），フォトダイオード５（ＰＤ）の位置合わせをして、半田３で接着固定することにより、光送受信モジュールが完成する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】図３に示した光送受信モジュールでは、ＬＤ４およびＰＤ５の電気配線がシリコン基板１上の薄い絶縁層上に配置されているため、ＰＤ５の電気配線容量が増大し、ＰＤ５の後段にあるプリアンプの入力容量が増大する。その結果、プリアンプの帯域が劣化してしまうという問題がある。
【０００９】また、同じ帯域を確保するためには、入力インピーダンスを低減する必要があり、この場合は雑音が増加して受光感度が劣化してしまう。その結果、ＰＬＣハイブリッド光送受信モジュールにおいて、ＰＤ５の電気配線容量を低減することが重要な課題となる。
【００１０】このＰＤ５の電気配線容量を低減するためには、シリコン基板１の表面に一様に厚い絶縁層を設ける必要がある。
【００１１】しかしながら、シリコン基板１の表面に一様に厚い絶縁層を設けると、ＬＤ４のシリコン基板１中への放熱が劣化し、ＬＤ４の出力特性が劣化する。このため、シリコン基板１の表面に一様に厚い絶縁層を設けることは好ましくない。
【００１２】そこで、本発明の目的は、製造コストを増加させずに、放熱特性および電気的特性の改善を図ることが可能な光送受信モジュールおよびその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、レーザダイオードとフォトダイオードの搭載部に段差を有する光送受信モジュールであって、平面基板上に形成された光導波路と、前記光導波路の一端に配置され、前記平面基板の表面の一部が酸化された表面絶縁層上に配設されたレーザダイオードと、前記平面基板の一部に形成された絶縁部を介して配設されたフォトダイオードとを具えることによって、光送受信モジュールを構成する。
【００１４】ここで、前記絶縁部の厚さを、前記表面絶縁層の厚さより厚くすることが好ましい。
【００１５】前記絶縁部および前期表面絶縁層として、ガラスを用いる。
【００１６】本発明は、平面基板上に、光導波路を形成すると共に、レーザダイオードおよびフォトダイオードを搭載する搭載部に段差を設ける光送受信モジュールの製造方法であって、前記平面基板上の光導波路形成部、レーザダイオード搭載部、およびフォトダイオード搭載部の領域に下部クラッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層が形成された、前記光導波路形成部と前記フォトダイオード搭載部の所定の面積を有する領域とに、コア層を形成する工程と、前記下部クラッド層のみが形成された前記レーザダイオード搭載部と、前記下部クラッド層と前記コア層が順次積層された前記光導波路形成部および前記フォトダイオード搭載部とに、上部クラッド層を形成する工程と、前記レーザダイオード搭載部および前記フォトダイオード搭載部を同時にエッチングしていき、当該レーザダイオード搭載部において前記平面基板の表面層が露出した時点でエッチングを停止させ、当該エッチングにより前記平面基板の表面層が露出したレーザダイオード搭載部と露出せず絶縁部として残ったフォトダイオード搭載部とに段差を付ける工程と、前記エッチングにより前記レーザダイオード搭載部において露出した平面基板の表面に、前記レーザダイオードを搭載するための絶縁層を形成する工程とを具え、前記エッチングの段差により、前記フォトダイオード搭載部の前記絶縁部の厚さを、前記レーザダイオード搭載部の前記絶縁層の厚さよりも厚くすることによって、光送受信モジュールの製造方法を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】(概要)まず、本発明の概要について説明する。本発明は、光導波路が形成された平面基板としての半導体基板（以下、本例では、シリコン基板を用いるものとする）上に、絶縁層を介して、レーザダイオード４(以下、ＬＤという)、および、フォトダイオード５（以下、ＰＤという）を搭載するに際して、ＬＤ４の下には薄い絶縁層を、ＰＤ５の下には厚い絶縁層をそれぞれ設ける。
【００１９】さらには、この絶縁層の段差を付加的な工程を用いずに、導波路コアのパターン化工程を利用して作製する。
【００２０】このような製造工程とすることにより、製造コストを増加させずに、ＬＤ４の放熱特性、および、ＰＤ５の電気配線容量の問題の解決を図る。
【００２１】（具体例）以下、具体的な例を、図１および図２に基づいて説明する。
【００２２】（製造方法）まず、製造方法について説明する。
【００２３】図１（ａ）〜（ｄ）は、光送受信モジュールの作製工程を示す。なお、前述した図３の説明と同一部分については、同一符号を示す。
【００２４】まず、図１（ａ）では、シリコン基板１上において、光導波路形成部Ａ、および、フォトダイオード搭載部Ｃの各領域に、コア層２ａとアンダークラッド層２ｂとオーバークラッド層２ｃとからなる光導波路２を形成する。また、これと同時に、レーザダイオード搭載部Ｂに、アンダークラッド層２ｂとオーバークラッド層２ｃとを形成する。
【００２５】以下、この工程について具体的に説明する。
【００２６】まず、シリコン基板１上の全面に、アンダークラッド層２ｂを形成する。
【００２７】次に、その下部クラッド層２ｂ上において、光導波路形成部Ａと、フォトダイオード搭載部Ｃの所定の面積を有する領域とに、コア層２ａを形成する。
【００２８】ここで、図２は、コア層２ａを形成した時点での断面形状と平面形状を示す。この場合、ＰＤ５を搭載する位置すなわちフォトダイオード搭載部Ｃに、オーバークラッド層２ｃのガラス厚に対して十分に幅の広い一定面積を有するコア膜を配置する。例えば、一辺が１００ミクロン以上を有する面積のコア層２ａを形成する。
【００２９】次に、下部クラッド層２ｂとコア層２ａが順次積層された光導波路形成部Ａおよびフォトダイオード搭載部Ｃと、アンダークラッド層２ｂのみが形成されたレーザダイオード搭載部Ｂとに、オーバークラッド層２ｃを形成する。これにより、オーバークラッド層２ｃの表面に段差１００をつける。
【００３０】火炎堆積法（ＦＨＤ法）を用いて３０ミクロン程度のオーバークラッド層２ｃを堆積する場合は、コア膜（すなわちコア層２ａ）の幅が導波路のように、７ミクロン程度ではオーバークラッド層２ｃの表面に顕著な段差は生じない。
【００３１】しかし、コア膜の幅が１００ミクロンにもなると、ほぼコア膜厚と同程度の表面段差（すなわち段差１００）が生じる。そこで、フォトダイオード搭載部Ｃに表面段差がつくように、一定面積（一辺が１００ｍ以上等）をもつコア層２ａを形成しておくようにする。
【００３２】次に、図１（ｂ）では、この表面に段差１００のあるサンプルのＬＤ４，ＰＤ５の各搭載部Ｂ，Ｃを同時にエッチングする。そして、ＬＤ４のレーザダイオード搭載部Ｂのシリコン基板１が露出した時点でエッチングを終了する。これにより、ＰＤ５のフォトダイオード搭載部Ｃにエッチング残留ガラス層１０を作製することができる。
【００３３】次に、図１（ｃ）では、上記エッチングによってレーザダイオード搭載部Ｂにおいて露出したシリコン基板１の表面層に、ＬＤ４を搭載するための絶縁膜を形成する。
【００３４】この絶縁膜は、例えば、シリコン基板１の表面を０．１ミクロン熱酸化して得られた熱酸化層として作製できる。
【００３５】この時点において、レーザダイオード搭載部Ｂでの熱酸化された絶縁膜の厚さよりも、フォトダイオード搭載部Ｃでのエッチング残留ガラス層１０の厚さの方が厚く形成された状態となっている。
【００３６】このように絶縁膜をレーザダイオード搭載部Ｂに作製した後、さらに、ＬＤ４，ＰＤ５の各搭載部Ｂ，Ｃに、半田および電気配線２０を同等に形成する。
【００３７】最後に、図１（ｄ）では、ＬＤ４，ＰＤ５を各搭載部Ｂ，Ｃに搭載することにより、所望とする光送受信モジュールが完成する。
【００３８】このようにして製造された光送受信モジュールでは、ＬＤ４とシリコン基板１との間に、絶縁膜として熱酸化層の０．１ミクロンしか存在しないため、ＬＤ４の放熱効果が高く、ＬＤ４の出力特性が良好となる。
【００３９】一方、ＰＤ５およびその電気配線とシリコン基板１との間には、コア厚相当の７ミクロン程度の比較的厚いエッチング残留ガラス層１０が存在するため、ＰＤ５とプリアンプとの間の電気配線容量が小さい。
【００４０】定量的には、従来型のモジュールでは、ＰＤ５の配線容量が１０ｐＦ程度であったのに対して、本発明に係る光送受信モジュールでは１ｐＦ以下に抑制することができた。
【００４１】さらには、本例では、ＬＤ４の高さ基準がシリコン基板１の表面を使用しているのに対して、ＰＤ５の高さ基準がエッチング残留ガラス層１０の表面を使用しているため、ＰＤ５の実装精度がＬＤ４に比較して劣る。
【００４２】しかし、一般的に要求される実装精度が、ＬＤ４の場合には±２ミクロンであるのに対して、ＰＤ５の場合には±５ミクロンと緩いため、問題にはならない。
【００４３】言い換えるならば、本例では、ＰＤ５の要求実装精度が緩いことを利用して、ＬＤ４およびＰＤ５の絶縁層の厚みを付加的な工程を増やさずに変化させたことに特徴がある。
【００４４】なお、本例では、オーバークラッドガラスをＦＨＤ法で堆積したが、それ以外の電子ビーム蒸着法、プラズマＣＶＤ法などで堆積しても、同様な効果が得られる。
【００４５】また、上記製造方法は、光送受信モジュールの作製方法に限定されるものではなく、レーザダイオードとフォトダイオードを同時に搭載した全てのＰＬＣハイブリッドモジュールに適用できる。
【００４６】上記実施例では、シリコン基板上のガラス導波路を用いたＰＬＣハイブリッドモジュールについて説明したが、本発明は、シリコン基板上のポリイミド導波路を用いたハイブリッドモジュールにも適用可能である。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、平面基板上の同一面内に、光導波路と共にＬＤおよびＰＤを同時に作製する工程において、導波路コアのパターン化工程を利用して、ＬＤの下には薄い絶縁層を、ＰＤの下には厚い絶縁層を設けたので、従来型と比較して新たな製造プロセスを増加させることなく、製造コストを低減させることができ、さらには、ＬＤの放熱効率を従来と同等に保ちかつＰＤの電気配線容量を大幅に低減させることができる。
【出願人】 【識別番号】０００００４２２６
【氏名又は名称】日本電信電話株式会社
【出願日】 平成１２年１月６日（２０００．１．６）
【代理人】 【識別番号】１０００７７４８１
【弁理士】
【氏名又は名称】谷 義一 （外１名）
【公開番号】 特開２００１−１９４５４７（Ｐ２００１−１９４５４７Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願２０００−１０４８（Ｐ２０００−１０４８）