光模块以及光模块的制造方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103513345 A (43)申请公布日 2014.01.15 CN 103513345 A (21)申请号 201310242366.5 (22)申请日 2013.06.18 2012-137219 2012.06.18 JP G02B 6/42(2006.01) (71)申请人 西铁城控股株式会社 地址 日本东京都西东京市田无町六丁目 1 番 12 号 (72)发明人 依田薰 鸟海和宏 (74)专利代理机构 上海市华诚律师事务所 31210 代理人 徐晓静 (54) 发明名称 光模块以及光模块的制造方法 (57) 摘要 本发明的目的在于提供一种可以采用固定有 光。

2、纤的辅助基板， 来高精度地定位光纤与光学元 件的光模块以及光模块的制造方法。光模块 （1） 以及其制造方法的特征在于， 具有 ： 包含支持层 （31） 、 活性层 （33） 、 配置在支持层与活性层之间 的 BOX 层 （32） 以及高度调整层 （34） 的辅助基板 （30） ； 光纤 （20） ； 固定于硅基板 （10） 的光学元件 （40） 。辅助基板 （30） 具有由活性层与 BOX 层形成 的固定用槽 （36） ， 光纤被固定在固定用槽内， 辅 助基板通过高度调整层来相对于硅基板定位， 由 此光纤与光学元件被光耦合。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明。

3、书 7 页 附图 8 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书7页 附图8页 (10)申请公布号 CN 103513345 A CN 103513345 A 1/1 页 2 1. 一种光模块， 其特征在于， 具有 ： 硅基板 ； 辅助基板， 其包含支持层、 活性层、 配置在所述支持层与所述活性层之间的 BOX 层以及 高度调整层 ； 光纤 ； 以及 固定在所述硅基板上的光学元件， 所述辅助基板具有由所述活性层与所述 BOX 层形成的固定用槽， 所述光纤被固定于所述固定用槽， 所述辅助基板通过所述高度调整层来相对于所述硅基板被定位， 以将所述光纤与所。

4、述 光学元件光耦合。 2. 根据权利要求 1 所述的光模块， 其特征在于， 所述辅助基板具有形成于所述高度调整层上的接合用 Au 层， 所述硅基板具有用于与所述接合用 Au 层相接合的 Au 微凸块。 3. 一种具有基板、 接合到所述基板上的辅助基板以及光学元件的光模块的制造方法， 其特征在于， 具有如下工序 ： 采用具有支持层、 活性层以及配置在所述支持层与所述活性层之间的 BOX 层的基材， 通过蚀刻来去除所述活性层的一部分， 由此来形成具有由所述活性层与所述 BOX 层形成的 固定用槽的辅助基板 ； 在所述活性层上部淀积用于调整所述活性层的高度的高度调整层 ； 将光纤固定到所述固定用槽 。

5、； 以及 所述辅助基板通过所述高度调整层相对于所述硅基板被定位， 以使所述光纤与所述光 学元件光耦合。 4. 根据权利要求 3 所述的光模块的制造方法， 其特征在于， 进一步包括如下工序 ： 在所述高度调整层上淀积接合用 Au 层 ； 以及 在所述硅基板上形成用于与所述接合用 Au 层相接合的 Au 微凸块。 权 利 要 求 书 CN 103513345 A 2 1/7 页 3 光模块以及光模块的制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种光模块以及光模块的制造方法， 特别地涉及一种采用了固定有光纤的 辅助基板的光模块以及光模块的制造方法。 背景技术 0002 已知在进行将光纤组装到基板的情况。

6、下， 通过在由光刻蚀刻技术来形成到 SOI 基板上 的 V 槽配置光纤， 来高精度地定位 SOI 基板与光纤 （例如， 参照专利文献 1） 。 现有技术文献 专利文献 0003 专利文献 1 特开 2002-107580 号公报 （图 1、 图 3） 发明内容 【发明所要解决的问题】 0004 然而， 对于 V 槽来说， 由于在 V 槽形成时抗蚀层的开口精度差的情况下， V 槽的深度发 生变化， 光纤与基板的位置关系发生偏差， 因而， 高精度地定位光纤与基板的位置关系有困 难。 0005 又， 当一旦在形成于基板上的 V 槽内配置了光纤， 其后， 也会有无法为了对准而移动光 纤的配置位置这样的。

7、不良状况。 0006 因此， 本发明的目的在于， 提供一种用于解决上述的问题的光模块以及光模块的制造 方法。 0007 又， 本发明的目的在于， 提供一种可以采用固定有光纤的辅助基板， 来高精度地定位光 纤与光学元件的光模块以及光模块的制造方法。 用于解决问题的手段 0008 本发明所涉及的光模块的特征在于， 具有 ： 硅基板 ； 包含支持层， 活性层， 配置在支持 层与活性层之间的 BOX 层以及高度调整层的辅助基板 ； 光纤 ； 固定在硅基板上的光学元件， 辅助基板具有通过活性层与 BOX 层而形成的固定用槽， 光纤固定在固定用槽中， 辅助基板 通过高度调整层来相对于硅基板被定位， 由此光。

8、纤与所述光学元件被光耦合。 0009 说 明 书 CN 103513345 A 3 2/7 页 4 进一步地， 在本发明所涉及的光模块中， 优选辅助基板具有形成于高度调整层上的接 合用 Au 层， 硅基板具有用于与接合用 Au 层相接合的 Au 微凸块。 0010 本发明所涉及的光模块的制造方法的特征在于， 具有如下工序 ： 采用具有支持层、 活性 层以及配置在支持层与活性层之间的 BOX 层的基材， 通过由蚀刻来去除活性层的一部分， 来形成具有由活性层与 BOX 层形成的固定用槽的辅助基板， 在活性层上部淀积用于调整活 性层的高度的高度调整层， 将光纤固定到固定用槽， 辅助基板通过高度调整层。

9、来相对于硅 基板被定位， 由此来使光纤与光学元件光耦合。 0011 进一步地， 在本发明所涉及的光模块的制造方法中， 优选进一步地具有在高度调整层 上淀积接合用 Au 层， 以及在硅基板上形成用于与接合用 Au 层相接合的 Au 微凸块的工序。 发明的效果 0012 根据本发明， 由于将光纤固定到通过辅助基板的活性层与 BOX 层而形成的固定用槽 中， 因而， 当将硅基板接合到辅助基板时， 可以非常高精度地进行光纤的高度方向的对齐。 0013 根据本发明， 由于即使在辅助基板的活性层的厚度不均匀的情况下， 也能够通过高度 调整层来补偿活性层的厚度的不均匀性， 因而， 当将硅基板接合到辅助基板时。

10、， 可以非常高 精度地进行光纤的高度方向的对齐。 附图说明 0014 图 1 是示出光模块 1 的外观的立体图。 图 2 是图 1 的 AA剖面的示意图。 图 3 是图 1 的 BB剖面的示意图。 图 4 是用于对辅助基板的制造精度进行说明的图。 图 5 是示出辅助基板的制造例的图。 图 6 是示出光模块 1 的制造过程的图 （1） 。 图 7 是示出光模块 1 的制造过程的图 （2） 。 图 8 是示出光模块 1 的制造过程的图 （3） 。 具体实施方式 0015 参照以下附图， 对本发明所涉及的光模块以及光模块的制造方法进行说明。 但是， 本发 明的技术的范围不限定于这些实施方式， 应当留。

11、意权利要求书的范围所记载发明及其等同 发明所涉及的点。 0016 图 1 是示出光模块 1 的外观的立体图， 图 2 是图 1 的 AA剖面的示意图。 0017 说 明 书 CN 103513345 A 4 3/7 页 5 光模块 1 由硅基板 10， 光纤 20， 用于安装光纤 20 的辅助基板 30， 用于进行光的波长变 换的 PPLN（Periodicaly Poled Lithium Niobate ： 周期性极化铌酸锂） 元件 40， LD（激光、 二极管） 元件 50， 用于向 LD 元件 50 供给驱动电压和 / 或控制电压的柔性基板 60 等构成。 0018 图 1 中， 硅基。

12、板 10 上配置有 ： 用于向进行 PPLN 元件 40 的温度控制的加热器 （未图示） 供给驱动电压和 / 或控制电压的第一电极 11 ； 用于接合 LD 元件 50 与柔性基板 60 的第二 电极 12。又， 硅基板 10 上形成有空刀槽 13， 固定于辅助基板 30 的光纤 20 被构成为不与硅 基板 10 接触。 0019 例如， 光模块1可以是将从LD元件50射出的波长1064nm的单模激光近红外光， 在PPLN 元件 40 中波长变换为 532nm 的绿色激光并射出的激光源。进一步地， 在光模块 1 起到激光 源作用的情况下， 其被构成为从 PPLN 元件 40 射出的绿色激光通过。

13、固定于辅助基板 30 的光 纤 20 来传播。 0020 在光模块 1 中， 为使从 LD 元件 50 射出且在 PPLN 元件 40 中被波长变换的光能够高效 地射入到光纤 20， PPLN 元件 40 与光纤 20 被光耦合。又， 如后面所述地， 为了提高光耦合效 率， PPLN 元件 40 与光纤 20 以亚微米单位极高精度的对齐。另外， 光耦合是指为使从一个 光学元件输出的光能够直接射入到光纤， 而相互地确定位置关系。 0021 当装配光模块1时， 在硅基板10上设有对准记号等的基准记号， 作为通过安装装置 （未 图示） 来将固定有光纤 20 的辅助基板 30 以及 PPLN 元件 4。

14、0 安装到硅基板 10 上时的标记。 0022 通过上述的方法， 当将辅助基板 30 以及 PPLN 元件 40 安装到硅基板 10 上， 能够非常高 精度地进行在硅基板 10 的平面上 （XY 方向） 的对齐。然而， 高度方向 （Z 方向） 上的对齐的 精度则取决于硅基板 10 以及辅助基板 30 间的安装状态与硅基板 10 与 PPLN 元件 40 间的 安装状态。 0023 因此， 在光模块 1 中， 如后面所述地， 能够使固定于辅助基板 30 的光纤 20 的基准位置 （例如， 光纤 20 的中心部 O 或光纤 20 与 BOX 层 32 的接触位置） 到辅助基板 30 底面的距离 始。

15、终为一定。通过这样的构成， 在将辅助基板 30 安装到硅基板 10 上的情况下， 可以正确地 把握光纤 20 的基准位置相对硅基板 10 位于多高的位置。 0024 图 3 是图 1 的 BB剖面的示意图。 0025 图 3 中示出了通过树脂被固定到辅助基板 30 上的光纤 20 被安装在硅基板 10 上的状 态。如上面所述地， 当将硅基板 10 安装到辅助基板 30 上时， 光纤 20 被设置为通过设在硅 基板 10 上的空刀槽 13 来不与硅基板 10 接触。另外， 空刀槽 13 的剖面形状为图 3 所示的 矩形， 但也可以为其它形状。 0026 说 明 书 CN 103513345 A 。

16、5 4/7 页 6 辅助基板 30 通过由 SOI 构成的支持层 31、 由 SiO2绝缘膜构成的 BOX 层 32、 活性层 33、 由 SiO2构成的高度调整层 34、 用于与硅基板 10 表面活性化结合的接合用 Au 层 35、 用于固 定光纤 20 的固定槽 36 等构成。 0027 硅基板 10 上形成有由 Au 构成的微凸块 60， 仅通过将辅助基板 30 的接合用 Au 层 35 安 装到被表面活性化的微凸块60的表面上， 辅助基板30表面活性化结合到微凸块60， 从而固 定到硅基板 10。 0028 微凸块 60 是将多个高度 2m 且直径 5m 的圆柱状的凸起以 10 25m。

17、 间距左右均 等地配置而形成的。另外， 凸起的形状、 高度、 宽度、 间距等是一个实例， 并不限定于上面所 述。微凸块 60 通过溅射或蒸镀来形成， 所有凸起的高度被高精度地均匀化。 0029 表面活性化是通过对微凸块 60 以及接合用 Au 层 35 的表面进行等离子体清洗处理来 进行的。由于通过表面活性化， 能够使表面能高的各原子相接触， 因而， 可以利用原子间的 附着力来在常温下坚固地接合。 本接合方法由于不需要特别的加热， 因而， 具有不容易发生 由热膨胀系数差的残余应力引起的部件破坏， 没有对部件的压力， 且功能恶化少等的优点。 0030 在图 3 的实例中， 辅助基板 30 通过接。

18、合用 Au 层 35 以及微凸块 60 来被表面活性化接 合， 但辅助基板30与硅基板10的接合方法不限定于表面活性化接合， 也能够采用其它接合 方法。 0031 又， 如图 2 所示， 通过形成于硅基板 10 上的第二 Au 微凸块 61 与 PPLN 元件 40 的第二 接合用 Au 层 （未图示） ， PPLN 元件 40 被表面活性化接合到硅基板 10。进一步地， 通过形成 于硅基板 10 上的第三 Au 微凸块 62 与 LD 元件 50 的第三接合用 Au 层 （未图示） ， LD 元件 50 被表面活性化接合到硅基板 10。第二 Au 微凸块 61 以及第三 Au 微凸块 62 。

19、具有与上述的微 凸块 60 一样的构成。 0032 图 4 是用于对辅助基板的制造精度进行说明的图。图 4（a） 示出了在通过干式蚀刻法 深加工通常的硅基板后的辅助基板 100， 图 4（b） 示出了用于光模块 1 的辅助基板 30（参 照图 3） 。 0033 在将图 4（a） 所示的辅助基板 100 安装到硅基板 10 的情况下， 最应该考虑的是， 固定 于辅助基板 100 的光纤 20 的基准位置 （例如， 中心部 O） 与辅助基板 100 底面的距离 E1。 0034 图 5（a） 是实际制造的辅助基板 100 的剖面照片。 0035 如图 5（a） 所示， 在通过干式蚀刻法来进行深加。

20、工的情况下， 光纤固定槽 106 的上部由 于加工而弯曲 （参照弯曲部分的高度 T5） 。进一步地， 弯曲的程度根据干式蚀刻的状况而变 化， 由于干式蚀刻率快， 因而进行弯曲部分的高度 T5 的控制并不容易。因此， 高精度地控制 说 明 书 CN 103513345 A 6 5/7 页 7 光纤 20 的上部与辅助基板 100 底面的高度 T4 是困难的。即， 使固定于辅助基板 100 的光 纤 20 的基准位置 （例如， 中心部 O） 与辅助基板 100 底面的距离 E1 始终为一定并不容易。 0036 图 5（b） 是拍摄实际制造的辅助基板 100 的光纤固定槽 106 的内侧而得到的照片。

21、。图 5 （b） 中作为 105 所示的地方是通过加工而产生凸起的地方。这样地， 通过由干式蚀刻法进 行的深掘加工， 有产生图 5（b） 所示那样的凸起 105 的可能性， 当产生凸起， 由于由凸起而 使得将光纤 20 固定到辅助基板 100 的位置偏离， 因而， 将对使固定于辅助基板 100 的光纤 20 的基准位置 （例如， 中心部 O） 与辅助基板 100 底面的距离 E1 始终保持一定造成妨碍。 0037 与此相对地， 在用于图 4（b） 所示的光模块 1 的辅助基板 30 中， 可以高精度地使固定 于辅助基板 30 的光纤 20 的基准位置 （例如， 中心部 O） 与辅助基板 30 。

22、底面的距离 E2 始终 保持一定。相对于图 4（a） 以及图 5 所示的辅助基板 100 来说， 图 4（b） 所示的辅助基板 30 可以进行高精度的加工是由于 BOX 层 32 以及高度调整层 34 的作用。 0038 由于 BOX 层 32 作为蚀刻阻挡层发挥功能， 因而支持层 31 不会由于蚀刻而被侵蚀。即， 由于不会发生光纤 20 的上部与辅助基板 30 接触的位置由于蚀刻而变化这样的不良状况， 因而， 可以使光纤 20 的基准位置 （例如， 中心部 O） 与辅助基板 30 底面的距离高精度地始终 为一定。 0039 又， 活性层 33 也存在因获得的 SOI 晶片的批次等而厚度变动的。

23、情况。当 SOI 晶片的厚 度变动， 光纤 20 的基准位置 （例如， 中心部 O） 与辅助基板 30 底面的距离变动。因此， 在辅 助基板 30 中， 通过高度调整层 34 来补偿活性层 33 的厚度的变动。 0040 如上面的那样， 通过 BOX 层 32 以及高度调整层 34 的作用， 在辅助基板 30 中， 可以高 精度地控制光纤 20 的上部与辅助基板 30 底面的高度 T3。另外， 在图 4（b） 中， 为了与图 4 （a） 相比较， 虽然出于方便而不考虑 Au 层 35， 但由于 Au 层 35 也通过蒸镀来淀积， 因而包含 Au 层 35 的情况也一样。 0041 通过高精度地。

24、维持固定于辅助基板 30 的光纤 20 的基准位置 （例如， 中心部 O） 与辅助 基板 30 底面的位置关系， 能够将在将辅助基板 30 接合到硅基板 10 的情况下的光纤 20 的 基准位置， 与预先接合到硅基板 10 的 PPLN 元件 40 的基准位置 （例如， 激光射出位置） 高精 度地定位。即， 由于微凸块 60 或第二 Au 微凸块 61 被设计为通过从上方施加负载来磨损掉 规定量， 因而使激光从 PPLN 元件 40 射出， 测定通过光纤 20 传播的激光的光量， 并且通过对 辅助基板 30 施加负载并微调高度方向的位置， 可以以亚微米单位来进行 PPLN 元件 40 与固 定。

25、到辅助基板 30 的光纤 20 的光耦合。 0042 这样地， 通过 BOX 层 32 以及高度调整层 34 的作用， 能够不受 SOI 晶片的厚度的变动的 影响， 容易地实现在表面活性化接合下的高精度对准。 0043 说 明 书 CN 103513345 A 7 6/7 页 8 图 6 图 8 是用于对光模块 1 的制造过程进行说明的图。下面， 采用图 6 图 8， 在光 模块 1 的制造过程中， 主要对辅助基板 30 的制造过程进行说明。 0044 开始， 准备有作为基材的 SOI 晶片 （参照图 6（a） ） ， 该基材为在支持层 31 上淀积作为 BOX 层的 SiO2绝缘层 32， 。

26、进一步地在其上形成有活性层 33的三层构造。此处， SiO2绝 缘层 32的厚度为 2m。 0045 然后， 根据活性层33的厚度来淀积作为高度调整层34的高度调整用的SiO2层34。 以 0.2m 蚀刻淀积高度调整用的 SiO2层 34， 以使活性层 33与高度调整层 34 的总计 厚度为 60m（参照图 6（b） ） 。另外， 高度调整用的 SiO2层 34的厚度优选在 0.2m 2.0m 的范围内。 0046 然后， 通过蒸镀法来在高度调整用的 SiO2层 34上淀积作为用于与硅基板 10 接合的 接合用 Au 层 35 的 Au 层 35（参照图 6（c） ） 。 0047 然后， 通。

27、过光刻、 切边来使Au层35图案化， 形成用于与硅基板10接合的接合用Au层 35（参照图 7（a） ） 。 0048 然后， 形成用于形成光纤固定槽 36 的抗蚀层 37（参照图 7（b） ） ， 利用规定的掩膜， 去 除形成光纤固定槽 36 部分的抗蚀层 37。 0049 然后， 通过氢氟酸来去除形成光纤固定槽 36 的部分的 SiO2层 34（参照图 7（c） ） 。 0050 然后， 通过干式光刻法来对形成光纤固定槽 36 的部分的 SOI 晶片 33进行蚀刻 （参照 图 8 （a） ） 。蚀刻时， 由于 BOX 层 32 作为用于阻止蚀刻进行的蚀刻阻挡层发挥功能， 因而， 防 止支持。

28、层 31 由于蚀刻而弯曲。这样地， 通过活性层 33 以及 BOX 层 32 来形成具有三个面的 光纤固定槽 36。 0051 然后， 通过规定的药剂来去除抗蚀层 37， 完成辅助基板 30（参照图 8（b） ） 。将光纤 20 固定到完成的辅助基板 30， 将固定有光纤 20 的辅助基板 30、 PPLN 元件 40、 LD 元件 50、 以及 柔性基板 60 安装到硅基板 10， 完成光模块 1 的制造。 0052 另外， 也可以从图 8 （b） 的状态， 进一步地通过氢氟酸湿式蚀刻来去除光纤固定槽 36 部 分的 BOX 层 32 （参照图 8 （c） ） 。另外， 在这种情况下， 没有。

29、淀积形成有接合用 Au 膜 35 部分 的高度调整用层34的一部分也同样地被去除， 形成高度调整用层34。 在氢氟酸湿式蚀 刻中， 由于因 SOI 基板而对支持层 31 没有产生蚀刻的作用， 因而， 在光纤固定槽 36 部分没 有发生随蚀刻进行而产生的弯曲。进一步地， 由于随着光纤固定槽 36 部分的 BOX 层 32 的 去除， BOX 层 32 的表面的污物或凸起等也被移除， 因而， 进一步地， 可以高精度地进行光纤 20 相对于辅助基板 30 的固定。 说 明 书 CN 103513345 A 8 7/7 页 9 0053 另外， 也可以在通过蚀刻形成光纤固定槽36后， 形成高度调整层3。

30、4和接合用Au层35。 0054 在上述中， 对可能进行光纤 20 与 PPLN 元件 40 的高精度对齐的光模块 1 进行了说明。 然而， 本发明所涉及的光模块并不是限定于光模块 1 地来解释的， 可以很好地应用于将光 纤 20 与除 PPLN 元件 40 之外的其它光学元件定位的过程中。 【符号说明】 0055 10 硅基板 13 空刀槽 20 光纤 30 辅助基板 31 支持层 32BOX 层 33 活性层 34 高度调整层 35 接合用 Au 层 36 光纤固定用槽 40PPLN 元件 50LD 元件 60 柔性基板。 说 明 书 CN 103513345 A 9 1/8 页 10 图。

31、 1 说 明 书 附 图 CN 103513345 A 10 2/8 页 11 图 2 说 明 书 附 图 CN 103513345 A 11 3/8 页 12 图 3 说 明 书 附 图 CN 103513345 A 12 4/8 页 13 图 4 说 明 书 附 图 CN 103513345 A 13 5/8 页 14 图 5 说 明 书 附 图 CN 103513345 A 14 6/8 页 15 图 6 说 明 书 附 图 CN 103513345 A 15 7/8 页 16 图 7 说 明 书 附 图 CN 103513345 A 16 8/8 页 17 图 8 说 明 书 附 图 CN 103513345 A 17 。