JP3566842B2 - 半導体受光装置、半導体受光装置の製造方法、双方向光半導体装置及び光伝送システム - Google Patents
半導体受光装置、半導体受光装置の製造方法、双方向光半導体装置及び光伝送システム Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、簡便な構成で長期的な信頼性の向上を図る半導体受光装置、その製造方法並びに半導体受光装置を用いた双方向光半導体装置及び光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光加入者系のような双方向光通信システムにおいては、局側と加入者側との双方に光送信機と光受信機とが必要になる。局側からの信号光は伝送路である光ファイバを通って加入者宅の光受信機で受信される共に、加入者側からの信号光も、受信時と同一の光ファイバを通って局側に送信される。通常、光送信機には半導体レーザが、光受信機にはホトディテクタが用いられており、カプラを用いて上り下り信号の合波及び分波が行なわれる。
【０００３】
光通信システムに用いる光モジュールを一般家庭に導入するには、部品点数の削減や小型化による低コスト化が必須となる。そのための主要な構成として以下の３つが報告されている。すなわち、光送信機においては、半導体レーザと光ファイバとを基板の加工精度を高めて直接結合する構成であり、合波及び分波を行なうカプラにおいては、プレーナ光波回路（ＰＬＣ；ｐｌａｎｅｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いることにより光導波路素子を小型で且つ大量生産する構成であり、光受信機においては、光ファイバを基板に埋め込み、光ファイバに対して斜めに挿入したミラーに反射させて取り出した信号光をホトディテクタで受光する構成である。なお、光受信機は特願平７−１９８５３８号として出願されている。
【０００４】
さらに、光双方向通信に用いる光モジュールは、光送信機と光受信機とが組み合わされる必要があり、これらを一体化した構成としては以下の２つが報告されている。第１はＰＬＣを用いて製造されたカプラに、光ファイバ、半導体レーザ及びホトダイオードを機械精度で組み立てて結合する構造であり、例えば、オプトロニクス，（１９９６）Ｎｏ．７，ｐ．１３９−１４３にその詳細が報告されている。第２は光ファイバ埋め込み型ホトダイオードの光ファイバに半導体レーザを直接結合する構造であり、例えば、オー・エフ・シー’９７ テクニカルダイジェスト（ＯＦＣ’９７ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ）Ｔｈｌ３にその詳細が報告されている。
【０００５】
しかしながら、第１のＰＬＣを用いる構成によると、プロセス技術を用いてカプラを製造できるため、大量生産に適しているが、光ファイバとＰＬＣとの結合部の損失が大きいという問題を有している。
【０００６】
そこで、第２の光ファイバ埋め込み型ホトダイオードを用いる構成について図面を参照しながら説明する。
【０００７】
図１４は従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視図であり、図１５は図１４のＩ−Ｉ線における断面構成を示している。図１４及び図１５に示すように、ガラスからなる基板１０１の主面には光ファイバ埋め込み用溝部１０１ａが形成されており、この光ファイバ埋め込み用溝部１０１ａには信号光の伝送路としての光ファイバ１０２が、該光ファイバ１０２と光ファイバ埋め込み用溝部１０１ａとの間の隙間にＵＶ硬化樹脂材１０３が充填されて埋め込まれている。
【０００８】
基板１０１の主面には、金からなる電極パターン１０４が形成されており、該電極パターン１０４における受光素子のｐ側電極端子及びｎ側電極端子の形成位置に、金からなる複数のバンプ１０５が形成されている。基板１０１の主面上には、受光面に形成された金からなるｐ側電極端子及びｎ側電極端子とそれぞれ対応するバンプ１０５とが接して電気的に接続されるように、受光素子であるホトダイオード１０６が載置されている。さらに、基板１０１の主面とホトダイオード１０６の受光面との間にはＵＶ硬化樹脂材１０３が充填されており、いわゆるマイクロバンプボンディング（ＭＢＢ）法を用いて接合されている。ここで、ＵＶ硬化樹脂材１０３には、光ファイバ１０２を伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ光ファイバ１０２の屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を用いている。
【０００９】
また、基板１０１には、主面におけるホトダイオード１０６の下側の領域において光ファイバ１０２を伝搬する信号光を反射させ、反射した信号光をホトダイオード１０６の受光部に照射させる角度で光ファイバ１０２と交差するミラー１０７が形成されている。これにより、光ファイバ１０２の光軸と平行方向に受光面を持つホトダイオード１０６が、光ファイバ１０２内を伝搬する信号光をミラー１０７に反射させることよって高度な位置合わせを行なうことなく信号光を受光することができる。
【００１０】
また、この半導体受光装置を用いて双方向通信用の光モジュールを構成するには、光ファイバ１０２におけるミラー１０７に対してホトダイオード１０６と反対側の端部に半導体レーザ素子を直接結合すればよい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置は、ＰＬＣを用いずに光ファイバ同士を接合しているため、信号の損失は小さいが、光ファイバ１０２とホトダイオード１０６との間の隙間をＵＶ硬化樹脂材１０３を用いて充填しているため、一般に樹脂材はガラスや半導体に比べて線膨張係数が大きいので、図１５に示すように、高温時には、バンプ１０５が互いに離れる方向と基板１０１及びホトダイオード１０６が互いに離れる方向とに応力が加わり、一方、低温時には、バンプ１０５が互いに近づく方向と基板１０１及びホトダイオード１０６が互いに近づく方向とに応力が加わる。このため、バンプ１０５の接続不良が生じやすいという第１の問題を有している。
【００１２】
また、一般に樹脂材はガラス転移温度Ｔｇ を越えると軟化するため、光ファイバ１０２が樹脂の内部で移動して該光ファイバ１０２とミラー１０７との間隔が変わり、ホトダイオード１０６の受光面に照射される信号光の光量が変化するので、受信動作が不安定になるという第２の問題を有している。
【００１３】
このように、光ファイバ埋め込み型ホトダイオードは、光ファイバを導波路に用いるため信号光の損失が小さくなると共に、信号光を透過し且つ固着部分に樹脂材を用いているためコストの低減に有効ではあるが、樹脂材を大量に用いているので、該樹脂材が周囲の温度変化及び湿度変化によって影響を受けやすく、長期にわたる信頼性を得がたい。
【００１４】
また、半導体素子と同時に回路基板にリフローはんだ付けを行なう場合には、鉛スズ共晶はんだ材を用いると１８３℃以上の、低融点はんだ材を用いても最低百数十度以上の高温環境下にさらされても破壊されないことが要求されるため、このように多量の樹脂材を用いることは困難を伴う。
【００１５】
また、図１６に示すように、バンプ１０５に汎用的な鉛スズ共晶はんだ材を用いる場合には、低温と高温とを交互に繰り返すうちに、次第にバンプ１０５と電極パターン１０４との界面にクラックが発生して電気的に不通となるという第３の問題を有している。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、簡便な構成を用いながら信号光の変換効率を低下させることなく高信頼性を実現できるようにすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材と、基板に設けられており、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具とを備え、樹脂材は基板及び半導体受光素子と比べて線膨張係数が大きい。
【００１８】
第１の半導体受光装置によると、主面に形成された光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバが樹脂材に覆われるように埋設されており、該光ファイバの側面からの反射信号光を受ける半導体受光素子が設けられた基板には、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具が設けられているため、光ファイバと基板とを固着する樹脂材は基板や半導体等よりも線膨張係数が大きいので、樹脂材が温度変化によって膨張又は収縮が生じたとしても、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動が生じにくくなる。その結果、基板と半導体受光素子とを電気的に接続するバンプに該バンプの基板面方向の応力が加わりにくくなる。
【００１９】
第１の半導体受光装置において、保持具の線膨張係数が基板の線膨張係数とほぼ等しいことが好ましい。
【００２０】
第１の半導体受光装置において、保持具の線膨張係が半導体受光素子の線膨張係数とほぼ等しいことが好ましい。
【００２１】
本発明に係る第２の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、光ファイバ埋め込み用溝部の深さは光ファイバの外径とほぼ等しい。
【００２２】
第２の半導体受光装置によると、主面に形成された光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバが樹脂材に覆われるように埋設されており、該光ファイバの側面からの反射信号光を受ける半導体受光素子が設けられた基板において、光ファイバ埋め込み用溝部の深さが光ファイバの外径とほぼ等しいため、基板と光ファイバとの間に充填される樹脂材の量が少なくて済むので、基板や半導体等よりも線膨張係数が大きい樹脂材が温度変動によって膨張又は収縮したとしても、樹脂材の膨張又は収縮に起因する体積の変化量を最小限に抑えることができる。
【００２３】
第２の半導体受光装置において、半導体受光素子の受光部が、基板の主面と対向する面における信号光伝搬方向の中心部よりも光学部材側に設けられていることが好ましい。
【００２４】
第２の半導体受光装置において、光学部材が、基板における半導体受光素子の下側に設けられていることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る第３の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面（受光面）に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面に複数のバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、複数のバンプは、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の両側に該光ファイバ埋め込み用溝部に沿って一列ずつ互いに平行に設けられている。
【００２６】
第３の半導体受光装置によると、主面に形成された光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバが樹脂材に覆われるように埋設されており、該光ファイバの側面からの反射信号光を受ける半導体受光素子が設けられた基板において、基板の主面と半導体受光素子の受光面とを接続する複数のバンプが、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の両側に該光ファイバ埋め込み用溝部に沿って一列ずつ互いに平行に設けられているため、光ファイバと基板とを固着する樹脂材は基板や半導体等よりも線膨張係数が大きいので、樹脂材が温度変動によって膨張又は収縮が生じることにより、基板の裏面における光ファイバ埋め込み用溝部の底部の中央部下方を軸にして各バンプが互いに離れたり近づいたりしたとしても、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部側方の領域においては、各バンプと光ファイバ埋め込み用溝部との距離がそれぞれ等しくなり、従って、複数のバンプのうちのいずれのバンプも単独で接触不良になることがない。なぜなら、複数のバンプのうちのいずれかが、光ファイバ埋め込み用溝部との距離が最短となるように設けられている場合には、最短距離となるバンプのみが接触し、残りのバンプは接触できなくなるからである。
【００２７】
第３の半導体受光装置において、複数のバンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続された通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、通電バンプと対応するように電極パターンが形成されており、通電バンプは支持バンプよりも光ファイバ埋め込み用溝部との距離が小さいことが好ましい。
【００２８】
第３の半導体受光装置において、複数のバンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続された通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、通電バンプと対応するように電極パターンが形成されており、通電バンプは支持バンプよりも光ファイバ埋め込み用溝部との距離が大きいことが好ましい。
【００２９】
本発明に係る第４の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、光ファイバは光ファイバ埋め込み用溝部に、基板の光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間における半導体受光素子と対向する領域に充填された樹脂材及び基板の光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間における半導体受光素子と対向していない領域に設けられた固着部材によって固着されており、樹脂材はガラス転移温度以上で軟化し且つガラス転移温度以下で硬化する。
【００３０】
第４の半導体受光装置によると、基板の主面に形成された光ファイバ埋め込み用溝部に埋設された光ファイバは、光ファイバ埋め込み用溝部に、半導体受光素子と対向する領域においては信号光を透過する樹脂材を用いて固着され、且つ、半導体受光素子と対向していない領域においては固着部材を用いて基板と固着されているため、周囲温度がガラス転移温度を越えて樹脂材が軟化したとしても、固着部材によって光ファイバにおける半導体受光素子と対向しない領域が固着されているので、光ファイバの位置にずれが生じない。
【００３１】
第４の半導体受光装置において、固着部材がはんだ材又はガラス材からなることが好ましい。
【００３２】
本発明に係る第５の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、バンプと電気的に接続された金からなる電極パターンが形成されており、電極パターンとバンプとの間に金属薄膜が形成されている。
【００３３】
第５の半導体受光装置によると、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、バンプと電気的に接続された金からなる電極パターンが形成されており、電極パターンとバンプとの間に金属薄膜が形成されているため、バンプがスズを含むはんだ材からなる場合であっても、バンプに含まれるスズが基板上の金を含む電極パターン側に拡散しなくなる。
【００３４】
第５の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００３５】
第５の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジウムを含むはんだ材からなることが好ましい。
【００３６】
本発明に係る第６の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、半導体受光素子の受光部側の面には、金からなる電極端子が形成されており、電極端子とバンプとの間に金属薄膜が形成されている。
【００３７】
第６の半導体受光装置によると、半導体受光素子における基板の主面と対向する面には、金からなる電極端子が形成されており、該電極端子とバンプとの間には金属薄膜が形成されているため、バンプがスズを含むはんだ材からなる場合であっても、バンプに含まれるスズが半導体受光素子の金を含む電極端子側に拡散しなくなる。
【００３８】
第６の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００３９】
第６の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジウムを含むはんだ材からなることが好ましい。
【００４０】
本発明に係る第７の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、バンプははんだ材からなる金属薄膜を含む積層膜により構成されている。
【００４１】
第７の半導体受光装置によると、製造時に基板の主面と半導体受光素子の受光部側の面とをバンプを形成して接続する際に、該バンプがはんだ材からなる金属薄膜を含む積層膜により構成されているため、はんだ材が溶けてバンプの周辺部に広がったとしても、はんだ材の量が少ないので、バンプ同士を短絡させることがない。
【００４２】
第７の半導体受光装置において、積層膜が互いに組成が異なるはんだ材が積層されてなることが好ましい。
【００４３】
第７の半導体受光装置において、積層膜が金からなる層を含むことが好ましい。
【００４４】
本発明に係る第１の半導体受光装置の製造方法は、基板の主面に電極パターンを形成する工程と、電極パターンの上にバンプを形成する工程と、基板の主面に該基板の一端側から他端側まで延びるように光ファイバ埋め込み用溝部を形成する工程と、光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバを埋設した後、光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間に、該光ファイバを伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバの屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を充填する工程と、基板に光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具を設ける工程と、基板に、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて基板の主面上方に反射信号光を出射させる光学部材を光ファイバ埋め込み用溝部と交差するように設ける工程と、基板に、受光部に電極端子が形成された半導体受光素子を、受光部に光学部材からの反射信号光が照射されると共に電極端子とバンプとが接触するように固着する工程とを備え、樹脂材は基板及び半導体受光素子と比べて線膨張係数が大きい。
【００４５】
第１の半導体受光装置の製造方法によると、基板に形成された光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具を基板に設けるため、光ファイバと基板とを固着する樹脂材は基板や半導体等よりも線膨張係数が大きいので、樹脂材が温度変化によって膨張又は収縮が生じたとしても、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法に変動が生じにくくなり、その結果、基板と半導体受光素子とを電気的に接続するバンプに該バンプの基板面方向の応力が加わりにくくなる。
【００４６】
本発明に係る第２の半導体受光装置の製造方法は、基板の主面における半導体受光素子載置領域に電極パターンを形成する工程と、基板の主面における電極パターンの上にバンプを形成する工程と、基板の主面に該基板の一端側から他端側まで延びるように光ファイバ埋め込み用溝部を形成する工程と、光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバを埋設した後、基板における半導体受光素子載置領域を除く光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間に基板と光ファイバとを固着する固着部材を設ける工程と、基板における半導体受光素子載置領域の光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間に、該光ファイバを伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバの屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を充填する工程と、基板に、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて基板の主面上方に反射信号光を出射させる光学部材を光ファイバ埋め込み用溝部と交差するように設ける工程と、基板に、受光部に電極端子が形成された半導体受光素子を、受光部に光学部材からの反射信号光が照射されると共に電極端子とバンプとが接触するように固着する工程とを備えている。
【００４７】
第２の半導体受光装置の製造方法によると、基板における半導体受光素子載置領域を除く光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間に基板と光ファイバとを固着する固着部材を設けると共に、基板の半導体受光素子載置領域における光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間に樹脂材を充填するため、周囲温度がガラス転移温度を越えて樹脂材が軟化したとしても、固着部材によって光ファイバにおける半導体受光素子と対向しない領域が固着されているので、光ファイバの位置にずれが生じない。
【００４８】
第２の半導体受光装置の製造方法において、固着部材がはんだ材又はガラス材からなることが好ましい。
【００４９】
本発明に係る双方向光半導体装置は、第１〜第７のいずれか１つの半導体受光装置と、光ファイバにおける半導体受光素子が受ける信号光の伝搬方向側の端部に接続され、信号光を出力する半導体発光素子とを備えている。
【００５０】
本発明に係る第１の光伝送システムは、信号光を送信する半導体発光装置と、信号光を伝達する伝送路と、該伝送路により伝達された信号光を受信する半導体受光装置とを備え、半導体受光装置は、第１〜第７のいずれか１つの光半導体装置からなる。
【００５１】
本発明に係る第２の光伝送システムは、信号光を送信する半導体発光素子と信号光を受信する光半導体受光素子とを有する双方向光半導体装置と、信号光を伝達する光ファイバとを備え、双方向光半導体装置は、本発明の双方向光半導体装置からなる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５３】
図１は本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視図である。図１に示すように、ガラスからなる基板１１の主面には、伝送路としての光ファイバ１２を埋め込む光ファイバ埋め込み用溝部１１ａが形成されており、光ファイバ１２は、該光ファイバ１２と光ファイバ埋め込み用溝部１１ａとの間の隙間にＵＶ硬化樹脂材１３が充填され且つ該光ファイバ１２の上面が覆われて埋め込まれている。ここでは、ＵＶ硬化樹脂材１３に、光ファイバ１２を伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ光ファイバ１２の屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を用いている。
【００５４】
基板１１の主面には、電極パターン１４が形成されており、該電極パターン１４における受光素子のｐ側電極端子及びｎ側電極端子と対応する位置に、金からなる複数のバンプ１５が形成されている。基板１１の主面上には、受光面に形成された金からなるｐ側電極端子及びｎ側電極端子とそれぞれ対応するバンプ１５とが接して電気的に接続されるように、半導体受光素子としてのホトダイオード１６が載置されている。
【００５５】
基板１１の主面とホトダイオード１６の受光面との間にはＵＶ硬化樹脂材１３が充填されており、ＭＢＢ法を用いて接合されている。
【００５６】
また、基板１１には、主面におけるホトダイオード１６の下側の領域において光ファイバ１２を伝搬する信号光を反射させ、反射した信号光をホトダイオード１６の受光部１６ａに照射させる角度で光ファイバ１２と交差する光学部材としてのミラー１７が形成されている。光ファイバ１２の光軸に対して平行方向に受光面を持つホトダイオード１６は、ミラー１７に光ファイバ１２内を伝搬する信号光のすべて又は一部を反射させることにより、高度な位置合わせを要せずに信号光を受信することができる。
【００５７】
さらに、基板１１における光ファイバ１２の光軸方向の両端部には、ＵＶ硬化樹脂材１３よりも線膨張係数が小さい石英ガラスからなり、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの側部側の端部を挟持すると共に、光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの側面上部に嵌合する凸部を有する保持具１８がそれぞれ設けられている。これにより、周囲の温度変動によってＵＶ硬化樹脂材１３が膨張又は収縮したとしても、基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法の変動が抑制される。
【００５８】
ここで、図１に示す本実施形態に係る半導体受光装置と図１４に示す従来の半導体受光装置とを高温環境下に共に放置した後の、各装置の電極の通電状態を比較した結果を図２に示すグラフを用いて説明する。図２において、横軸が周囲温度を表わし、縦軸が導通可能状態にあるサンプルの比率を表わし、白丸印が従来の装置を、黒丸印が本実施形態の装置をそれぞれ表わしている。図２に示すように、周囲温度の温度幅を室温から１８０℃までとして、従来の装置と本実施形態の装置とをそれぞれ１００個ずつ測定すると、周囲温度が１００℃に達した時点で、従来の装置は過半数のモジュールの電極が不通となり、さらに周囲温度が１８０℃に達した時点で全サンプルの導通が不良となった。一方、本実施形態の装置は全サンプルの装置が１８０℃の周囲温度下に放置しても通電状態は良好であった。
【００５９】
以上説明したように、高温環境下においては、基板１１、光ファイバ１２及びホトダイオード１６とを一体に固着するＵＶ硬化樹脂材１３が膨張するため、金からなるバンプ１５の反発力とＵＶ硬化樹脂材１３の収縮力との均衡を保つことで接続されているＭＢＢ法においては、接続不良が発生しやすい。これは、一般に、樹脂材はガラス転移温度Ｔｇ を越えると結合状態が変わり、自らの体積が大きく変化するためである。従って、例えば、鉛スズ共晶はんだ材を用いてバンプ１５とホトダイオード１６とを接続する際に、鉛スズ共晶はんだ材の融点は１８３℃であるため、装置を高温環境下に放置できないと、はんだリフロー工程で組み立てることができない。
【００６０】
しかしながら、本実施形態に係る半導体受光装置は、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの側部側を挟持し且つ該光ファイバ埋め込み用溝部の上部に嵌合する保持具が設けられているため、周囲温度の変化によって光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法の変動が抑制されるので、バンプ１５と電極端子とが外れて導通しなくなるということがない。
【００６１】
以下、前記のように構成された半導体受光装置の製造方法を説明する。
【００６２】
まず、ガラスからなり、例えば方形状の基板１１の主面上のホトダイオード載置領域に導体膜からなる電極パターン１４を形成した後、該電極パターン１４の上にホトダイオード１６の受光面に形成された金からなるｐ側電極端子及びｎ側電極端子と対応するように金からなる複数のバンプ１５を形成する。
【００６３】
次に、基板１１の主面上を一端側から他端側まで長手方向で且つバンプ１５同士の間を延びる光ファイバ埋め込み用溝部１１ａを形成し、続いて、信号光の伝送路である光ファイバ１２を光ファイバ埋め込み用溝部１１ａに埋設した後、光ファイバ埋め込み用溝部１１ａと光ファイバ１２との間に、該光ファイバ１２を伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバ１２の屈折率とほぼ同一の屈折率を持つＵＶ硬化樹脂材１３を充填すると共に光ファイバ１２の上面を覆う。
【００６４】
次に、基板１１における光ファイバ１２の光軸方向側の両端部には、ＵＶ硬化樹脂材１３よりも線膨張係数が小さい石英ガラスからなり、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの側部側の端部を挟持すると共に、光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの側面上部に凸部を有する保持具１８を嵌合し、樹脂接着材又ははんだ材を用いて固着する。
【００６５】
次に、ダイシングマシン等を用いて、基板１１の主面における電極パターン１４に隣接する光軸方向の領域で、且つ、ホトダイオード１６の下側の領域において光ファイバ１２を伝搬する信号光を反射させ、反射した信号光をホトダイオード１６の受光部１６ａに照射させる角度で光ファイバ１２と交差するように光ファイバ分断溝を形成する。続いて、該光ファイバ分断溝に信号光を反射又は回折させるミラー１７を埋め込む。ここで、信号光を単に反射させるだけでよいのであれば、光ファイバ１２の端面に金属膜を蒸着してもよい。
【００６６】
次に、ホトダイオード１６の受光面のｐ側電極端子及びｎ側電極端子と電極パターン１４上の対応するバンプ１５とをそれぞれ接触させた後、ホトダイオード１６の受光面と基板１１の主面との隙間にＵＶ硬化樹脂材１３を充填し、ＵＶ硬化樹脂材１３に紫外線を照射して硬化させることにより、基板１１とホトダイオード１６とを固着する。
【００６７】
このように、本実施形態によると、基板１１、光ファイバ１２及びホトダイオード１６の固着材に樹脂材を用いているため、該樹脂材の線膨張係数が他の部材に比べて非常に大きいために発生する応力は本質的には避けられないが、本装置は、周囲温度が２００℃程度の高温にさらされた場合であっても、樹脂材が軟化し且つ膨張するものの、光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法を保持する保持具１８を設けることにより、該溝部１１ａの幅寸法の変動が抑えられるため、ホトダイオード１６の導通特性が良好に維持される。また、樹脂材は基板１１の主面方向のみならず垂直方向にも膨張するが、垂直方向には樹脂材の収縮力と共にバンプ１５の復元力により電気的な接続が保たれるので問題はない。
【００６８】
従って、比較的簡便な構成である光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置であっても、長期にわたる信頼性を向上させることができる。
【００６９】
なお、本実施形態においては、保持具１８に、基板１１の線膨張係数に近い石英ガラスを用いたが、ホトダイオード１６とほぼ同一の線膨張係数を持つ化合物半導体を用いると、光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法のみならず、ホトダイオード１６の収縮又は膨張に起因する光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法の変動を抑えることができる。
【００７０】
また、光ファイバ１２を伝搬する信号光を反射又は回折させる光学部材にミラー１７を用いたが、誘電体積層膜からなる半透過性のフィルタを用いてもよい。このようにすると、光ファイバ１２における光学部材形成側の端部に光発光素子を接続すれば、双方向光半導体装置を容易に実現できる。
【００７１】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７２】
図３（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸方向の断面構成を示している。図３（ａ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００７３】
前述したように、光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置においては、基板１１に設けた光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバ１２との間、及び基板１１の主面とホトダイオード１６の受光面との間に半導体装置としては大量の樹脂材を用いているため、基板や半導体に比べて線膨張係数が大きい樹脂材の応力により基板が変形し、基板１１に形成されたバンプとホトダイオード１６の受光面に形成された電極端子とが外れて導通不良を起こしやい。
【００７４】
図３（ａ）に示すように、本実施形態においては、ホトダイオード１６における受光部１６ａを、該受光面が形成されている面の信号光伝搬方向の中心部よりもミラー１７側に近づくように設ける構成とする。これにより、ミラー１７の信号光を反射する反射領域とホトダイオード１６の受光部１６ａとを近接させることができる。その結果、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部の深さを光ファイバ１２の直径と同等程度とすることができるため、ＵＶ硬化樹脂材１３の量を減らすことができるので、周囲温度の変動に起因する樹脂材の応力を低減させることができるようになり、バンプ外れを防止できる。
【００７５】
図３（ｂ）は第２の実施形態の一変形例を示し、図３（ｂ）に示すように、ホトダイオード１６の受光部１６ａの形成位置を変更しなくても、ミラー１７を基板１１におけるホトダイオード１６の受光部１６ａの下側で反射するように設ければ、ミラー１７の信号光を反射する反射領域とホトダイオード１６の受光部１６ａとを近接させることができるので、基板１１の主面とホトダイオード１６の受光面との隙間に充填するＵＶ硬化樹脂材１３の量を減らすことができる。
【００７６】
なお、基板１１とＵＶ硬化樹脂材１３の線膨張係数の差に起因する膨張及び熱歪みを最も効率よく吸収するには、基板１１の主面とホトダイオード１６の受光面との間を全面にわたって樹脂材を充填すると共に、ホトダイオード１６の周辺部の樹脂材の表面と基板１１の主面とがなす角度を小さくすればよい。
【００７７】
図３（ｃ）は従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸方向の断面構成を示しており、ホトダイオード１６の受光部１６ａの形成位置が受光面の中央部に形成されているため、光ファイバ埋め込み用溝部の深さ寸法が光ファイバ１２の直径よりも大きいので、ＵＶ硬化樹脂材１３の量が多い。
【００７８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７９】
図４（ａ）〜（ｄ）は第３の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の平面構成を示している。図４（ａ）〜（ｄ）を説明する前に、図５を用いて、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法の変位を説明する。
【００８０】
図５は半導体受光装置における光ファイバの光軸に垂直方向の断面構成を示し、図５において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８１】
石英やガラス材の線膨張係数は１０−６から１０−５のオーダーであるのに対し、一般の樹脂材の線膨張係数は１０−４と非常に大きい。このため、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａは、周囲温度の変動によって、基板１１の主面に対する垂直方向のみならず主面に対して平行な方向にも拡大又は収縮する。図５に示すように、ＵＶ硬化樹脂材１３が膨張する際には、基板１１は、該基板１１の裏面における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの底部の中央部下方を軸にしてたわむ力を受けるため、基板１１の主面に光ファイバ埋め込み用溝部１１ａから異なる距離で形成された複数のバンプ１５のうちの側部側に形成されたバンプ１５がホトダイオード１６と接触できなくなる。また、図示はしていないが、ＵＶ硬化樹脂材１３が収縮する際には、逆に、基板１１の中央部側に形成されたバンプ１５がホトダイオード１６と接触できなくなる。
【００８２】
ここで、バンプ１５には機能別に２種類あり、それは、ホトダイオード１６と基板１１との電気的な接続を得る通電バンプとホトダイオード１６を機械的に支持する支持バンプとである。ここで、周囲の温度変動によってホトダイオード１６と接触できなくなるバンプが通電バンプであるならば、基板１１とホトダイオード１６との電気的な導通が絶たれることになる。
【００８３】
ところで、図４（ａ）に示す本実施形態は、ガラスからなる基板１１の主面には、長手方向に光ファイバ１２が樹脂材を用いて埋め込まれており、基板１１の主面におけるホトダイオード載置領域１６Ａには、装置の外部との電気的接続をとる電極パターン１４、該電極パターン１４の上の通電バンプ１５Ａ及び支持バンプ１５Ｂが形成されている。このバンプ１５Ａ，１５Ｂの配列の特徴として、ｐ側電極端子及びｎ側電極端子用の一対の通電バンプ１５Ａを光ファイバ埋め込み用溝部を挟んで互いに対向する位置に設ける場合には、支持バンプ１５Ｂの位置を光ファイバ埋め込み用溝部の側面に沿って通電バンプ１５Ａと平行となるように設ける。
【００８４】
これにより、基板１１の裏面における光ファイバ埋め込み用溝部の底部の中央部下方を軸にして各バンプ１５Ａ，１５Ｂが互いに離れたり近づいたりしたとしても、基板１１の主面における光ファイバ埋め込み用溝部側方のそれぞれの領域においては、各バンプ１５Ａ，１５Ｂと光ファイバ埋め込み用溝部との各距離がそれぞれ等しいので、複数のバンプ１５Ａ，１５Ｂのうちのいずれのバンプも単独で接触不良になることがない。
【００８５】
また、図４（ａ）において、支持バンプ１５Ｂはいずれか１つでもよく、さらに、一対の通電バンプ１５Ａは互いに対角位置にあってもよい。
【００８６】
図４（ａ）の構成はバンプの個数を３又は４とする最小構成であったが、図４（ｂ）に示すように、基板１１とホトダイオードとをより安定して固着させるために、６個のバンプを設けている。図４（ｂ）においては、通電バンプ１５Ａを光ファイバ１２に対して互いに対向する位置に設けているが、互いに対向させずに光ファイバ１２に対して互いに斜めに位置するように設けてもよく、通電バンプ１５Ａをバンプ列の端部側にそれぞれ設けてもよい。この場合も、各バンプ１５Ａ，１５Ｂが光ファイバ埋め込み用溝部の側面に沿ってそれぞれ一列ずつ平行となるように配置する。但し、光ファイバ埋め込み用溝部に沿って構成される、一方のバンプ列と他方のバンプ列とは、光ファイバ埋め込み用溝部からの距離が必ずしも等距離である必要はない。なぜなら、光ファイバ埋め込み用溝部からの距離が一方のバンプ列で等しければ、該バンプ列がホトダイオード側の電極端子とずれる際に、各バンプの上端部が円弧上の軌跡を描くため、該軌跡の垂直成分（基板１１の主面に垂直な方向）が各バンプで等しくなるので、各バンプの上端部が電極端子と常に同程度に接触できるからである。
【００８７】
また、図４（ｃ）に示すように、光ファイバ１２の一方の端部側に第１の基板１１Ａと隣接させて第２の基板２１が配置されており、該第２の基板２１の上には、光ファイバ１２の一方の端部と光学的に接続された発光素子２２が載置されると共に、電極パターン２３が形成されている。この場合には、発光素子２２とホトダイオードとの互いの信号に電気的な干渉が生じないように、通電バンプ１５Ａを各バンプ列における発光素子２２と反対側の位置に設けるとよい。
【００８８】
さらに、図４（ｄ）に示すように、発光素子用の電極パターン２３とホトダイオード用の電極パターン１４とを、第１の基板１１Ａ及び第２の基板２１の主面における光ファイバ１２に対して互いに異なる側の領域に設けると、通電バンプ１５Ａと接続されるホトダイオード用の配線と、電極パターンと接続され発光素子用の配線とが近接しなくなるので、配線が近接することにより生じる信号同士の電気的な干渉を防止できる。
【００８９】
以下、第３の実施形態に係る変形例について図面を参照しながら説明する。
【００９０】
図６（ａ）は本実施形態の第１変形例に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の平面構成を示している。図６（ａ）において、図３（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。本変形例においては、互いに対向する通電バンプ１５Ａの位置を支持バンプ１５Ｂの位置よりも光ファイバ埋め込み用溝部の側面に近くなるように設けている。
【００９１】
このようにすると、動作環境における周囲温度が比較的高温下である場合には、基板１１と光ファイバ１２とを固着する樹脂材が常に膨張し、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法が製造時よりも大きくなるため、あらかじめ、光ファイバ埋め込み用溝部の側面に近い位置に設けておくと、バンプが所定位置から大きく外れることがなくなるので、確実に導通を得ることができる。さらに、バンプ列が直線状でないため、製造工程におけるホトダイオード１６はボンディング時の圧力に対して十分な強度を得ることができる。
【００９２】
また、図６（ｂ）に示す第２変形例においては、あらかじめ、互いに対向する通電バンプ１５Ａの位置を支持バンプ１５Ｂの位置よりも光ファイバ埋め込み用溝部の側面から遠くなるようにしている。
【００９３】
このようにすると、動作環境における周囲温度が比較的低温下である場合には、基板１１と光ファイバ１２とを固着する樹脂材が常に収縮し、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法が製造時よりも小さくなるため、光ファイバ埋め込み用溝部の側面から遠い位置に設けておくと、バンプが所定位置から大きく外れることがなくなるので、確実に導通を得ることができる。さらに、バンプ列が直線状でないため、製造工程におけるホトダイオード１６はボンディング時の圧力に対して十分な強度を得ることができる。
【００９４】
なお、各バンプ１５Ａ，１５Ｂの形状を円柱状としたが、基板の主面方向の断面形状を長方形や長円形のように、ホトダイオードにおける互いに対向する２辺を点状ではなく線状に支える形状とすれば一対のバンプでも通電用と支持用とを兼ねることができる。
【００９５】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００９６】
図７（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視図である。図７（ａ）及び（ｂ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図７（ａ）に示すように、基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａにおける光軸方向側の両端部には、はんだ材からなる固着部材２５Ａがそれぞれ充填されている。
【００９７】
光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置は、基板１１に設けられた光ファイバ埋め込み用溝部１１ａにＵＶ硬化樹脂材１３を用いて固着されている。樹脂材は、一般にガラス転移温度Ｔｇ 以上となると軟化し、再度冷却してガラス転移温度Ｔｇ 以下となると硬化する性質を持っている。
【００９８】
本実施形態においては、光ファイバ１２に外部から圧力が加えられた状態で周囲温度を上昇させ、ＵＶ硬化樹脂材１３が軟化したとしても、固着部材２５Ａが設けられているため、光ファイバ１２の位置が変動しない。従って、光ファイバ１２内を伝搬してくる信号光をミラー１７で反射させて受光するホトダイオード１６は、光ファイバ１２の位置が変動せずミラー１７と受光面との間隔が変わらないため、受光面に照射される信号光の光量が変わらないので、受信動作に支障を来たすおそれがない。
【００９９】
本実施形態に係る半導体受光装置の製造方法の特徴を説明する。
【０１００】
まず、第１の実施形態と同様に、基板１１の主面のホトダイオード載置領域に導体膜からなる電極パターン１４を形成した後、該電極パターン１４の上にホトダイオード１６の受光面に形成された金からなるｐ側電極端子及びｎ側電極端子と対応するように金からなる複数のバンプ１５を形成する。
【０１０１】
次に、基板１１の主面上を一端側から他端側までバンプ１５同士の間を延びる光ファイバ埋め込み用溝部１１ａを形成し、続いて、信号光の伝送路である光ファイバ１２を光ファイバ埋め込み用溝部１１ａに埋設する。
【０１０２】
次に、基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの両端部付近の内面及び該内面と対向する光ファイバ１２の側面をはんだ材が十分になじむようにメタライズした後、基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの両端部における基板１１と光ファイバ１２との隙間にはんだ材を充填し且つ上面を覆って固着部材２５Ａをそれぞれ形成する。
【０１０３】
次に、基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａにおける固着部材２５Ａに挟まれる領域の基板１１と光ファイバ１２との隙間に、光ファイバ１２を伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバ１２の屈折率とほぼ同一の屈折率を持つＵＶ硬化樹脂材１３を充填すると共にその上面を覆う。
【０１０４】
その後、ホトダイオード１６を基板１１の主面上の所定位置に固着すると共に、ミラー１７を形成する。
【０１０５】
なお、図７（ｂ）に示すように、光ファイバ１２を基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの両端部をはんだ材を用いて固着する代わりに、ガラス材等からなる固着部材２５Ｂを用いて固着してもよい。このようにすると、基板１１と固着部材２５Ｂとの線膨張係数が等しいため、基板１１と固着部材２５Ｂとが同等に膨張又は収縮するので、基板１１の主面に反りが生じなくなる。このため、光ファイバ１２のコア部とホトダイオード１６の受光部との間隔が一定になるので、周囲の温度変動に対する受信の信頼度が一層向上することになる。
【０１０６】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１０７】
図８（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸に対して垂直方向の断面構成を示している。図８（ａ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図８（ａ）に示すように、基板１１の主面には、金からなる電極パターン１４Ａと鉛スズ共晶はんだ材からなるバンプ１５との間に、ニッケル（Ｎｉ）薄膜からなり、膜厚が０．５μｍの金属薄膜としてのメタル層３１が設けられている。また、ホトダイオード１６の受光面には各バンプ１５と対応する位置に、例えばアルミニウムからなる電極端子３２Ａが形成されている。
【０１０８】
図８（ｂ）に、メタル層３１を設けた半導体受光装置と、メタル層３１を設けない半導体受光装置とを、周囲温度が−４０℃から７０℃までの範囲で周期的に昇温と降温とを繰り返す温度サイクル試験を行なった結果を示す。図８（ｂ）において、横軸が試験のサイクル数を表わし、縦軸が全サンプル数に対する導通可能な装置の割合を表わし、白丸印が従来の装置を、黒丸印が本実施形態の装置をそれぞれ表わしている。図８（ｂ）示すように、従来の装置は、サイクル数が５０サイクルを越えると全サンプル数のうちの過半数の装置の電極が不通となり、１００サイクルで全サンプルの導通が不良となった。一方、本実施形態に係る装置は１５０サイクルまで１００％の導通率を得られた。
【０１０９】
前述したように、従来の装置は、高温環境下においてバンプ１５に含まれるスズが電極パターン１４Ａに拡散して、該電極パターン１４Ａに含まれる金と機械的強度の小さい金スズ合金を形成し、形成された金スズ合金に対して周囲温度の変動による熱歪みが生じると、該金スズ合金と金又ははんだ材に含まれる鉛との界面にクラックが形成される。さらに、温度変動のサイクル数の増加に伴ってクラックが成長し、やがては電気的に不通となる。
【０１１０】
しかしながら、本実施形態に係る装置は、金からなる電極パターン１４Ａと、作業性に優れた鉛スズ共晶はんだ材からなるバンプ１５との間にスズの拡散を防ぐメタル層３１を設けているため、鉛スズ共晶はんだ材に起因する導通不良を排除することができる。
【０１１１】
なお、本実施形態においては、メタル層３１にニッケルを用いたが、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）からなる金属薄膜を用いてもよく、さらに、これらの金属薄膜のうちのいずれかを積層してもよく、また合金化してもよい。
【０１１２】
また、メタル層３１の代わりに、スズの組成比率が３０％程度と低い鉛スズ共晶はんだ材を用いてもよい。スズの組成比率が３０％程度の場合は、はんだ材の融点が２７０℃と高くなるため作業中に溶けることもなく、金スズ合金の生成量も微量となるので、長期的な信頼性の向上を図ることができる。
【０１１３】
また、メタル層３１の代わりに、インジウムを主成分とするはんだ材を用いてもよい。このようにすると、鉛スズ共晶はんだ材に含まれるスズが電極パターン１４Ａ側に拡散したとしても、インジウム・スズ合金はその成長速度が遅いため、該インジウム・スズ合金の成長が抑制されるので、その結果、導通不良が生じにくくなる。
【０１１４】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１１５】
図９（ａ）は本発明の第６の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸に対して垂直方向の断面構成を示している。図９（ａ）において、図８（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図９（ａ）に示すように、基板１１の主面には、アルミニウムからなる電極パターン１４Ｂと鉛スズ共晶はんだ材からなるバンプ１５が形成されており、該バンプ１５とホトダイオード１６の受光面に形成された金からなる電極端子３２Ｂとの間には、ニッケル薄膜からなり、膜厚が０．５μｍの金属薄膜としてのメタル層３３が設けられている。
【０１１６】
図９（ｂ）に、メタル層３３を設けた半導体受光装置と、メタル層３３を設けない半導体受光装置とに対して、周囲温度が−４０℃から７０℃までの範囲で周期的に昇温と降温とを繰り返す温度サイクル試験を行なった結果を示す。図９（ｂ）において、横軸が試験のサイクル数を表わし、縦軸が全サンプル数に対する導通可能な装置の割合を表わし、白丸印が従来の装置を、黒丸印が本実施形態の装置をそれぞれ表わしている。図８（ｂ）示すように、受光感度が０．４Ａ／Ｗよりも小さくなったサンプルを不良とすると、従来の装置は、サイクル数が４００サイクルを越えると全サンプル数のうちの過半数が不良となった。一方、本実施に係る装置は５００サイクルまで安定した受光感度を得られた。
【０１１７】
従来の装置は、高温環境下においてバンプ１５に含まれるスズが電極端子３２Ｂに拡散して、接触抵抗の増加及び受光面のマスキングによる受光感度の劣化を引き起こし、さらに、周囲温度の変動による熱歪みが生じると、この劣化が進行して最悪の場合には電気的に不通となる。
【０１１８】
しかしながら、本実施形態に係る装置は、作業性に優れた鉛スズ共晶はんだ材からなるバンプ１５とホトダイオード１６の金からなる電極端子３２Ｂとの間にスズの拡散を防ぐメタル層３３を設けているため、鉛スズ共晶はんだ材に起因する受光感度の劣化及び導通不良を排除することができる。
【０１１９】
なお、本実施形態においては、メタル層３３にニッケルを用いたが、白金、チタン又はクロムからなる金属薄膜を用いてもよく、さらに、これらの金属薄膜のいずれかを積層してもよく、また合金化してもよい。
【０１２０】
また、メタル層３３の代わりに、スズの比率が３０％程度と低い鉛スズ共晶はんだ材を用いてもよい。スズの比率が３０％程度の場合は、はんだ材の融点が２７０℃と高くなるため作業中に溶けることもなく、金スズ合金の生成量も微量となるので、長期的な信頼性の向上を図ることができる。
【０１２１】
また、メタル層３３の代わりに、インジウムを主成分とするはんだ材を用いてもよい。このようにすると、鉛スズ共晶はんだ材に含まれるスズが電極端子３２Ｂ側に拡散したとしても、インジウム・スズ合金はその成長速度が遅いため、該インジウム・スズ合金の成長が抑制されるので、電極端子３２Ｂの劣化を抑えることができる。
【０１２２】
（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１２３】
図１０（ａ）は本発明の第７の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸に対して垂直方向の断面構成を示している。図１０（ａ）において、図９（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図１０（ａ）に示すように、基板１１の主面上に形成された導体膜からなる電極パターン１４の上には、金からなる下部バンプ３５ａと鉛スズ共晶はんだ材からなる上部バンプ３５ｂとから構成されるバンプ３５が形成されており、ホトダイオード１６の受光面に形成された電極端子３２と接続されている。ここでは、基板１１の主面とホトダイオード１６の受光面との間にはＵＶ効果樹脂材が充填されていない製造段階における断面構成を示している。
【０１２４】
このようにすると、バンプ３５におけるはんだ材の量が少なくなるため、バンプ３５とホトダイオード１６の電極端子３２とをはんだ材を用いて固着する固着工程において、図１０（ｂ）に示すように、溶けたはんだ材が電極端子３２同士又は電極パターン１４同士が短絡するおそれがなくなるので、製造時の歩留まりが向上する。
【０１２５】
例えば、図１１（ａ）に示すように、バンプ１５を鉛スズ共晶はんだ材のみから形成すると、固着時に、図１１（ｂ）に示すように溶けたはんだ材が電極端子３２同士又は電極パターン１４同士を短絡させる不具合が生じることにもなる。
【０１２６】
（第８の実施形態）
以下、本発明の第８の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１２７】
図１２は本発明の第８の実施形態に係る双方向光半導体装置における光ファイバの光軸方向の断面構成を示している。図１２に示すように、双方向光半導体装置は、シリコンからなり、段差部を有する第１の基板４１における該段差部の下段側に形成された受光素子部１と、該段差部の上段側に形成された発光素子部２とからなる。
【０１２８】
受光素子部１は、第１の実施形態と同一の構成であって、ガラスからなる第２の基板１１Ｂの主面には、伝送路としての光ファイバ１２を埋め込む光ファイバ埋め込み用溝部が形成されており、光ファイバ１２は、該光ファイバ１２と光ファイバ埋め込み用溝部との間の隙間にＵＶ硬化樹脂材１３が充填されて埋め込まれている。第２の基板１１Ｂの主面上には、受光面に形成されたｐ側電極端子及びｎ側電極端子とそれぞれ対応するバンプとが接して電気的に接続されるようにホトダイオード１６が固着されている。また、第２の基板１１Ｂには、主面におけるホトダイオード１６の下側の領域において光ファイバ１２を伝搬する信号光を反射させ、反射した信号光をホトダイオード１６の受光部１６ａに照射させるように光ファイバ１２と交差するミラー１７が形成されている。ここで、ミラー１７は、発光素子部２からの信号光を遮らないように半透過性としている。さらに、第２の基板１１Ｂにおける光ファイバ１２の光軸方向側の両端部には、ＵＶ硬化樹脂材１３よりも線膨張係数が小さい石英ガラスからなり、第２の基板１１Ｂにおける光ファイバ埋め込み用溝部の側部側の端部を挟持すると共に、光ファイバ埋め込み用溝部の側面上部に嵌合する凸部を有する保持具１８がそれぞれ設けられている。
【０１２９】
発光素子部２は、第１の基板４１の上にはんだ材を用いて固着されると共に、光ファイバ１２におけるミラー１７に対してホトダイオード１６と反対側の端部に、波長が１．３μｍ帯の半導体レーザ素子４２が直接結合されて構成されている。第１の基板４１の段差部には、断面Ｖ字形状の溝が形成されており、光ファイバ１２の端部を載置すれば、部品の加工精度で半導体レーザ素子４２の活性層に位置合わせが行なえる、いわゆる、パッシブアライメントとなるように製造されている。
【０１３０】
このように、受光素子部１には、大量の樹脂材を用いてなる光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置は、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具１８を備えているため、周囲温度が変動しても、第２の基板１１Ｂとホトダイオード１６とを電気的に接続するバンプが導通不良を起こさないため、比較的簡便な構成部材を用いながら長期にわたる信頼性を得ることができる。
【０１３１】
また、発光素子部２は、パッシブアライメントで簡便に製造されており、また、送受信を容易に且つ確実に一体化できるので、高性能な双方向光半導体装置を小型化できる。
【０１３２】
なお、本実施形態においては、１．３μｍ帯における双方向光半導体装置を例に挙げたが、１．５５μｍ帯であっても、また、１．３μｍ帯と１．５５μｍ帯とで送受信を行なう波長多重方式であっても同様の効果を得ることができる。
【０１３３】
また、発光素子部２には、第１の実施形態に係る半導体受光装置を用いたが、これに限らず、第２の実施形態から第７の実施形態及び各変形例に係る半導体受光装置のうちのいずれかであってもよく、さらには、これらを適当に組み合わせてなる半導体受光装置であってもよい。
【０１３４】
（第９の実施形態）
以下、本発明の第９の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１３５】
図１３は本発明の第９の実施形態に係る双方向光伝送システムの構成を示している。図１３に示すように、第１の双方向光半導体装置５１Ａと第２の双方向光半導体装置５１Ｂとが、長さが１０ｋｍのシングルモード光ファイバを用いた伝送路５２により接続されている。
【０１３６】
第１の双方向光半導体装置５１Ａと第２の双方向光半導体装置５１Ｂとには、第８の実施形態形態に示した双方向光半導体装置を用いている。
【０１３７】
このため、一般に光伝送システムに対する光半導体装置のコスト比率は高いが、安価で且つ長期的信頼性が得られる光半導体装置を用いることにより、伝送距離の長い双方向システムをより低コストに実現することができる。
【０１３８】
なお、本実施形態においては、信号光に１．３μｍ帯の波長を用いたが、１．５５μｍ帯の光伝送システムに対しても、さらに、短波長信号光源を用いた場合にも同様の効果を得られる。
【０１３９】
【発明の効果】
本発明の第１の半導体受光装置によると、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具が設けられているため、樹脂材が周囲の温度変動によって膨張又は収縮したとしても、基板と半導体受光素子とを電気的に接続するバンプに該バンプの基板面方向の応力が加わりにくいので、バンプが所定位置から外れてしまうことがなくなり、その結果、導通不良が抑制され、比較的簡便な構成の半導体受光装置であっても、温度変動に対する長期にわたる信頼性が向上する。
【０１４０】
第１の半導体受光装置において、保持具の線膨張係数が基板の線膨張係数とほぼ等しいと、保持具は基板の膨張又は収縮と異なる体積変化を起こさないため、保持具自体が光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法を変動させることがない。
【０１４１】
第１の半導体受光装置において、保持具の線膨張係が半導体受光素子の線膨張係数とほぼ等しいと、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法のみならず、半導体受光素子の収縮又は膨張に起因する光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法の変動を抑えることができる。
【０１４２】
本発明の第２の半導体受光装置によると、光ファイバ埋め込み用溝部の深さが光ファイバの外径とほぼ等しいため、基板と光ファイバとの間に充填される樹脂材の量が少なくて済むので、樹脂材が周囲の温度変動によって膨張又は収縮が生じたとしても、樹脂材の膨張又は収縮に起因する体積の変化量を最小限に抑えることができる。従って、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動が最小限に抑えられるため、バンプの基板面方向の応力が小さくなってバンプが所定位置から外れてしまうことがなくなるので、導通不良が抑制され、比較的簡便な構成の半導体受光装置であっても、長期にわたる信頼性が向上する。
【０１４３】
第２の半導体受光装置において、半導体受光素子の受光部が、基板の主面と対向する面における信号光伝搬方向の中心部よりも光学部材側に設けられていると、光ファイバ埋め込み用溝部の深さが従来に比べて浅くなり、光ファイバの光軸が基板の主面に近くなっても、受光部に光ファイバを伝搬する信号光が確実に照射されるようになる。
【０１４４】
第２の半導体受光装置において、光学部材が、基板における半導体受光素子の下側に設けられていると、光ファイバ埋め込み用溝部の深さが従来に比べて浅くなり、且つ、半導体受光素子の受光部が受光面の中央部に設けられているとしても、基板における半導体受光素子の下側の領域に設けられた光学部材が、半導体受光素子の受光部に対して反射信号光を確実に照射することができる。
【０１４５】
本発明の第３の半導体受光装置によると、複数のバンプが、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の両側に該光ファイバ埋め込み用溝部に沿って一列ずつ互いに平行に設けられているため、樹脂材が周囲の温度変動によって膨張又は収縮が生じることにより基板の裏面における光ファイバ埋め込み用溝部の底部の中央部下方を軸にして各バンプが互いに離れたり近づいたりしたとしても、各バンプと光ファイバ埋め込み用溝部との距離がそれぞれ等しくなるので、複数のバンプのうちのいずれのバンプも単独で接触不良になることがない。従って、温度変動を受けてもバンプが所定位置から外れることによる導通不良が抑制されるので、比較的簡便な構成の半導体受光装置であっても、長期にわたる信頼性が向上する。
【０１４６】
第３の半導体受光装置において、複数のバンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続された通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、半導体受光素子における通電バンプと対応するように電極パターンが形成されており、通電バンプは支持バンプよりも光ファイバ埋め込み用溝部との距離が小さいと、動作環境における周囲温度が比較的高温下である場合には、樹脂材が膨張して光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法が製造時よりも常に大きくなっても、バンプが所定位置から大きく外れることがなくなるので、確実に導通を得ることができると共に、バンプ列が直線状でないため、製造工程における半導体受光素子がボンディング時の圧力に対して十分な強度を得ることができる。
【０１４７】
第３の半導体受光装置において、複数のバンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続された通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、通電バンプと対応するように電極パターンが形成されており、通電バンプは支持バンプよりも光ファイバ埋め込み用溝部との距離が大きいと、動作環境における周囲温度が比較的低温下である場合には、樹脂材が収縮して光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法が製造時よりも常に小さくなっても、バンプが所定位置から大きく外れることがなくなるので、確実に導通を得ることができると共に、バンプ列が直線状でないため、製造工程における半導体受光素子がボンディング時の圧力に対して十分な強度を得ることができる。
【０１４８】
本発明の第４の半導体受光装置によると、光ファイバにおける半導体受光素子と対向していない領域が固着部材を用いて基板と固着されているため、周囲温度がガラス転移温度を越えて樹脂材が軟化したとしても、樹脂材と異なる固着部材によって光ファイバが固着されているので、光ファイバの位置がずれない。従って、温度変動下であっても、光ファイバの位置が変動せず光学部材と受光面との間隔が変わらないため、受光面に照射される信号光の光量が変わらないので、受信動作に支障を来たすおそれがなくなるので、温度変動に対する信頼性を向上させることができる。
【０１４９】
第４の半導体受光装置において、固着部材がはんだ材からなると、光ファイバにおける半導体受光素子と対向していない領域と基板とを確実に固着することができる。
【０１５０】
第４の半導体受光装置において、固着材部がガラスからなると、光ファイバにおける半導体受光素子と対向していない領域と基板とを確実に固着することができると共に、基板にガラスを用いた場合には、線膨張係数が等しくなるため、温度変動による熱歪みが生じないので、長期的な信頼性が向上する。
【０１５１】
本発明の第５の半導体受光装置によると、バンプがスズを含むはんだ材からなる場合であっても、バンプに含まれるスズが基板上の金を含む電極パターン側に拡散しないため、該電極パターンに含まれる金と機械的強度の小さい金スズ合金を生成しなくなるので、温度変動に起因するクラックが発生しなくなる。その結果、導通不良が抑制され、温度変動に対する信頼性を向上させることができる。
【０１５２】
第５の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも１つを含むと、はんだ材に含まれるスズが電極パターン側に拡散することを確実に抑制できる。
【０１５３】
第５の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジウムを含むはんだ材からなると、バンプに含まれるスズとはんだ材に含まれるインジウムとの間で成長速度が遅いインジウム・スズ合金が形成されるため、スズの電極パターン側への拡散を抑制できる。また、金属薄膜を形成する場合に比べて、はんだ材を用いるため作業の効率を犠牲にすることがない。
【０１５４】
本発明の第６の半導体受光装置によると、バンプがスズを含むはんだ材からなる場合であっても、バンプに含まれるスズが半導体受光素子の金を含む電極端子側に拡散しなくなるため、受光感度の劣化及び導通不良が発生しなくなり、温度変動に対する信頼性を向上させることができる。
【０１５５】
第６の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも１つを含むと、はんだ材に含まれるスズが電極パターン側に拡散することを確実に抑制できる。
【０１５６】
第６の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジウムを含むはんだ材からなると、バンプに含まれるスズとはんだ材に含まれるインジウムとの間で成長速度が遅いインジウム・スズ合金が形成されるため、スズの電極端子側への拡散を抑制できる。また、金属薄膜を形成する場合に比べて、はんだ材を用いるため作業の効率を犠牲にすることがない。
【０１５７】
本発明の第７の半導体受光装置によると、バンプがはんだ材からなる金属薄膜を含む多層膜により構成されているため、はんだ材が溶けてバンプの周辺部に広がったとしても、はんだ材の量が少ないので、バンプ同士を短絡させることがなく、装置の製造時の歩留まりを向上させることができる。
【０１５８】
第７の半導体受光装置において、積層膜が互いに組成が異なるはんだ材が積層されてなると、例えば、バンプに作業性が高い鉛スズ共晶はんだ材を用いたとしても、スズの組成を小さくすれば融点が高くなるので、バンプが溶けて電極同士を短絡させることがない。
【０１５９】
第７の半導体受光装置において、積層膜が金からなる層を含むと、導通を図るバンプとして所定の性能を確実に得ることができる。
【０１６０】
本発明の第１の半導体受光装置の製造方法によると、第１の半導体受光装置を確実に得ることができる。
【０１６１】
本発明の第２の半導体受光装置の製造方法によると、第４の半導体受光装置を確実に得ることができる。
【０１６２】
本発明に係る双方向光半導体装置によると、受信部に本発明の第１〜第７のいずれか１つの半導体受光装置を用いているため、比較的簡便な構成で長期にわたる信頼性を得ることができる。
【０１６３】
本発明に係る光伝送システムによると、半導体受光装置に本発明の第１〜第７のいずれか１つの半導体受光装置を用いているため、比較的簡便な構成で長期にわたる信頼性を得ることができる。
【０１６４】
本発明に第２の係る光伝送システムによると、双方向光半導体装置に本発明の双方向光半導体装置を用いているため、比較的簡便な構成で長期にわたる信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す
斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体受光装置と従来の半導体受光装置との導
通率の周囲温度依存性を表わすグラフである。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸方向を表わす構成断面図である。
（ｂ）は本発明の第２の実施形態の一変形例に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸方向を表わす構成断面図である。
（ｃ）は従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸方向を表わす構成断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は第３の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す平面図である。
【図５】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方向を表わす構成断面図である。
【図６】（ａ）は第３の実施形態の第１変形例に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す平面図である。
（ｂ）は第３の実施形態の第２変形例に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す平面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視図である。
【図８】（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方向を表わす構成断面図である。
（ｂ）は温度サイクル試験における本発明の第５の実施形態に係る装置と従来の装置との導通率のサイクル数依存性を表わすグラフである。
【図９】（ａ）は本発明の第６の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方向を表わす構成断面図である。
（ｂ）は温度サイクル試験における本発明の第６の実施形態に係る装置と従来の装置との導通率のサイクル数依存性を表わすグラフである。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第７の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方向を表わす構成断面図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方向を表わす構成断面図である。
【図１２】本発明の第８の実施形態に係る双方向光半導体装置の光軸方向を表わす構成断面図である。
【図１３】本発明の第９の実施形態に係る双方向光伝送システムを示す構成図である。
【図１４】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視図である。
【図１５】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示し、図１４のＩ−Ｉ線における断面図である。
【図１６】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示し、図１４のＩ−Ｉ線における断面図である。
【符号の説明】
１ 受光素子部
２ 発光素子部
１１ 基板
１１Ａ 第１の基板
１１Ｂ 第２の基板
１１ａ 光ファイバ埋め込み用溝部
１２ 光ファイバ
１３ ＵＶ硬化樹脂材
１４ 電極パターン
１４Ａ 電極パターン
１４Ｂ 電極パターン
１５ バンプ
１５Ａ 通電バンプ
１５Ｂ 支持バンプ
１６ ホトダイオード（半導体受光素子）
１６Ａ ホトダイオード載置領域
１７ ミラー（光学部材）
１８ 保持具
２１ 第２の基板
２２ 発光素子
２３ 電極パターン
２５Ａ 固着部材
２５Ｂ 固着部材
３１ メタル層（金属薄膜）
３２ 電極端子
３２Ａ 電極端子
３２Ｂ 電極端子
３３ メタル層（金属薄膜）
３５ バンプ
３５ａ 下部バンプ
３５ｂ 上部バンプ
４１ 第１の基板
４２ 半導体レーザ素子
５１Ａ 第１の双方向光半導体装置
５１Ｂ 第２の双方向光半導体装置
５２ 伝送路
【発明の属する技術分野】
本発明は、簡便な構成で長期的な信頼性の向上を図る半導体受光装置、その製造方法並びに半導体受光装置を用いた双方向光半導体装置及び光伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光加入者系のような双方向光通信システムにおいては、局側と加入者側との双方に光送信機と光受信機とが必要になる。局側からの信号光は伝送路である光ファイバを通って加入者宅の光受信機で受信される共に、加入者側からの信号光も、受信時と同一の光ファイバを通って局側に送信される。通常、光送信機には半導体レーザが、光受信機にはホトディテクタが用いられており、カプラを用いて上り下り信号の合波及び分波が行なわれる。
【０００３】
光通信システムに用いる光モジュールを一般家庭に導入するには、部品点数の削減や小型化による低コスト化が必須となる。そのための主要な構成として以下の３つが報告されている。すなわち、光送信機においては、半導体レーザと光ファイバとを基板の加工精度を高めて直接結合する構成であり、合波及び分波を行なうカプラにおいては、プレーナ光波回路（ＰＬＣ；ｐｌａｎｅｒ ｌｉｇｈｔｗａｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いることにより光導波路素子を小型で且つ大量生産する構成であり、光受信機においては、光ファイバを基板に埋め込み、光ファイバに対して斜めに挿入したミラーに反射させて取り出した信号光をホトディテクタで受光する構成である。なお、光受信機は特願平７−１９８５３８号として出願されている。
【０００４】
さらに、光双方向通信に用いる光モジュールは、光送信機と光受信機とが組み合わされる必要があり、これらを一体化した構成としては以下の２つが報告されている。第１はＰＬＣを用いて製造されたカプラに、光ファイバ、半導体レーザ及びホトダイオードを機械精度で組み立てて結合する構造であり、例えば、オプトロニクス，（１９９６）Ｎｏ．７，ｐ．１３９−１４３にその詳細が報告されている。第２は光ファイバ埋め込み型ホトダイオードの光ファイバに半導体レーザを直接結合する構造であり、例えば、オー・エフ・シー’９７ テクニカルダイジェスト（ＯＦＣ’９７ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ）Ｔｈｌ３にその詳細が報告されている。
【０００５】
しかしながら、第１のＰＬＣを用いる構成によると、プロセス技術を用いてカプラを製造できるため、大量生産に適しているが、光ファイバとＰＬＣとの結合部の損失が大きいという問題を有している。
【０００６】
そこで、第２の光ファイバ埋め込み型ホトダイオードを用いる構成について図面を参照しながら説明する。
【０００７】
図１４は従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視図であり、図１５は図１４のＩ−Ｉ線における断面構成を示している。図１４及び図１５に示すように、ガラスからなる基板１０１の主面には光ファイバ埋め込み用溝部１０１ａが形成されており、この光ファイバ埋め込み用溝部１０１ａには信号光の伝送路としての光ファイバ１０２が、該光ファイバ１０２と光ファイバ埋め込み用溝部１０１ａとの間の隙間にＵＶ硬化樹脂材１０３が充填されて埋め込まれている。
【０００８】
基板１０１の主面には、金からなる電極パターン１０４が形成されており、該電極パターン１０４における受光素子のｐ側電極端子及びｎ側電極端子の形成位置に、金からなる複数のバンプ１０５が形成されている。基板１０１の主面上には、受光面に形成された金からなるｐ側電極端子及びｎ側電極端子とそれぞれ対応するバンプ１０５とが接して電気的に接続されるように、受光素子であるホトダイオード１０６が載置されている。さらに、基板１０１の主面とホトダイオード１０６の受光面との間にはＵＶ硬化樹脂材１０３が充填されており、いわゆるマイクロバンプボンディング（ＭＢＢ）法を用いて接合されている。ここで、ＵＶ硬化樹脂材１０３には、光ファイバ１０２を伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ光ファイバ１０２の屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を用いている。
【０００９】
また、基板１０１には、主面におけるホトダイオード１０６の下側の領域において光ファイバ１０２を伝搬する信号光を反射させ、反射した信号光をホトダイオード１０６の受光部に照射させる角度で光ファイバ１０２と交差するミラー１０７が形成されている。これにより、光ファイバ１０２の光軸と平行方向に受光面を持つホトダイオード１０６が、光ファイバ１０２内を伝搬する信号光をミラー１０７に反射させることよって高度な位置合わせを行なうことなく信号光を受光することができる。
【００１０】
また、この半導体受光装置を用いて双方向通信用の光モジュールを構成するには、光ファイバ１０２におけるミラー１０７に対してホトダイオード１０６と反対側の端部に半導体レーザ素子を直接結合すればよい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置は、ＰＬＣを用いずに光ファイバ同士を接合しているため、信号の損失は小さいが、光ファイバ１０２とホトダイオード１０６との間の隙間をＵＶ硬化樹脂材１０３を用いて充填しているため、一般に樹脂材はガラスや半導体に比べて線膨張係数が大きいので、図１５に示すように、高温時には、バンプ１０５が互いに離れる方向と基板１０１及びホトダイオード１０６が互いに離れる方向とに応力が加わり、一方、低温時には、バンプ１０５が互いに近づく方向と基板１０１及びホトダイオード１０６が互いに近づく方向とに応力が加わる。このため、バンプ１０５の接続不良が生じやすいという第１の問題を有している。
【００１２】
また、一般に樹脂材はガラス転移温度Ｔｇ を越えると軟化するため、光ファイバ１０２が樹脂の内部で移動して該光ファイバ１０２とミラー１０７との間隔が変わり、ホトダイオード１０６の受光面に照射される信号光の光量が変化するので、受信動作が不安定になるという第２の問題を有している。
【００１３】
このように、光ファイバ埋め込み型ホトダイオードは、光ファイバを導波路に用いるため信号光の損失が小さくなると共に、信号光を透過し且つ固着部分に樹脂材を用いているためコストの低減に有効ではあるが、樹脂材を大量に用いているので、該樹脂材が周囲の温度変化及び湿度変化によって影響を受けやすく、長期にわたる信頼性を得がたい。
【００１４】
また、半導体素子と同時に回路基板にリフローはんだ付けを行なう場合には、鉛スズ共晶はんだ材を用いると１８３℃以上の、低融点はんだ材を用いても最低百数十度以上の高温環境下にさらされても破壊されないことが要求されるため、このように多量の樹脂材を用いることは困難を伴う。
【００１５】
また、図１６に示すように、バンプ１０５に汎用的な鉛スズ共晶はんだ材を用いる場合には、低温と高温とを交互に繰り返すうちに、次第にバンプ１０５と電極パターン１０４との界面にクラックが発生して電気的に不通となるという第３の問題を有している。
【００１６】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、簡便な構成を用いながら信号光の変換効率を低下させることなく高信頼性を実現できるようにすることを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材と、基板に設けられており、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具とを備え、樹脂材は基板及び半導体受光素子と比べて線膨張係数が大きい。
【００１８】
第１の半導体受光装置によると、主面に形成された光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバが樹脂材に覆われるように埋設されており、該光ファイバの側面からの反射信号光を受ける半導体受光素子が設けられた基板には、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具が設けられているため、光ファイバと基板とを固着する樹脂材は基板や半導体等よりも線膨張係数が大きいので、樹脂材が温度変化によって膨張又は収縮が生じたとしても、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動が生じにくくなる。その結果、基板と半導体受光素子とを電気的に接続するバンプに該バンプの基板面方向の応力が加わりにくくなる。
【００１９】
第１の半導体受光装置において、保持具の線膨張係数が基板の線膨張係数とほぼ等しいことが好ましい。
【００２０】
第１の半導体受光装置において、保持具の線膨張係が半導体受光素子の線膨張係数とほぼ等しいことが好ましい。
【００２１】
本発明に係る第２の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、光ファイバ埋め込み用溝部の深さは光ファイバの外径とほぼ等しい。
【００２２】
第２の半導体受光装置によると、主面に形成された光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバが樹脂材に覆われるように埋設されており、該光ファイバの側面からの反射信号光を受ける半導体受光素子が設けられた基板において、光ファイバ埋め込み用溝部の深さが光ファイバの外径とほぼ等しいため、基板と光ファイバとの間に充填される樹脂材の量が少なくて済むので、基板や半導体等よりも線膨張係数が大きい樹脂材が温度変動によって膨張又は収縮したとしても、樹脂材の膨張又は収縮に起因する体積の変化量を最小限に抑えることができる。
【００２３】
第２の半導体受光装置において、半導体受光素子の受光部が、基板の主面と対向する面における信号光伝搬方向の中心部よりも光学部材側に設けられていることが好ましい。
【００２４】
第２の半導体受光装置において、光学部材が、基板における半導体受光素子の下側に設けられていることが好ましい。
【００２５】
本発明に係る第３の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面（受光面）に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面に複数のバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、複数のバンプは、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の両側に該光ファイバ埋め込み用溝部に沿って一列ずつ互いに平行に設けられている。
【００２６】
第３の半導体受光装置によると、主面に形成された光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバが樹脂材に覆われるように埋設されており、該光ファイバの側面からの反射信号光を受ける半導体受光素子が設けられた基板において、基板の主面と半導体受光素子の受光面とを接続する複数のバンプが、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の両側に該光ファイバ埋め込み用溝部に沿って一列ずつ互いに平行に設けられているため、光ファイバと基板とを固着する樹脂材は基板や半導体等よりも線膨張係数が大きいので、樹脂材が温度変動によって膨張又は収縮が生じることにより、基板の裏面における光ファイバ埋め込み用溝部の底部の中央部下方を軸にして各バンプが互いに離れたり近づいたりしたとしても、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部側方の領域においては、各バンプと光ファイバ埋め込み用溝部との距離がそれぞれ等しくなり、従って、複数のバンプのうちのいずれのバンプも単独で接触不良になることがない。なぜなら、複数のバンプのうちのいずれかが、光ファイバ埋め込み用溝部との距離が最短となるように設けられている場合には、最短距離となるバンプのみが接触し、残りのバンプは接触できなくなるからである。
【００２７】
第３の半導体受光装置において、複数のバンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続された通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、通電バンプと対応するように電極パターンが形成されており、通電バンプは支持バンプよりも光ファイバ埋め込み用溝部との距離が小さいことが好ましい。
【００２８】
第３の半導体受光装置において、複数のバンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続された通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、通電バンプと対応するように電極パターンが形成されており、通電バンプは支持バンプよりも光ファイバ埋め込み用溝部との距離が大きいことが好ましい。
【００２９】
本発明に係る第４の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、光ファイバは光ファイバ埋め込み用溝部に、基板の光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間における半導体受光素子と対向する領域に充填された樹脂材及び基板の光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間における半導体受光素子と対向していない領域に設けられた固着部材によって固着されており、樹脂材はガラス転移温度以上で軟化し且つガラス転移温度以下で硬化する。
【００３０】
第４の半導体受光装置によると、基板の主面に形成された光ファイバ埋め込み用溝部に埋設された光ファイバは、光ファイバ埋め込み用溝部に、半導体受光素子と対向する領域においては信号光を透過する樹脂材を用いて固着され、且つ、半導体受光素子と対向していない領域においては固着部材を用いて基板と固着されているため、周囲温度がガラス転移温度を越えて樹脂材が軟化したとしても、固着部材によって光ファイバにおける半導体受光素子と対向しない領域が固着されているので、光ファイバの位置にずれが生じない。
【００３１】
第４の半導体受光装置において、固着部材がはんだ材又はガラス材からなることが好ましい。
【００３２】
本発明に係る第５の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、バンプと電気的に接続された金からなる電極パターンが形成されており、電極パターンとバンプとの間に金属薄膜が形成されている。
【００３３】
第５の半導体受光装置によると、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、バンプと電気的に接続された金からなる電極パターンが形成されており、電極パターンとバンプとの間に金属薄膜が形成されているため、バンプがスズを含むはんだ材からなる場合であっても、バンプに含まれるスズが基板上の金を含む電極パターン側に拡散しなくなる。
【００３４】
第５の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００３５】
第５の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジウムを含むはんだ材からなることが好ましい。
【００３６】
本発明に係る第６の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、半導体受光素子の受光部側の面には、金からなる電極端子が形成されており、電極端子とバンプとの間に金属薄膜が形成されている。
【００３７】
第６の半導体受光装置によると、半導体受光素子における基板の主面と対向する面には、金からなる電極端子が形成されており、該電極端子とバンプとの間には金属薄膜が形成されているため、バンプがスズを含むはんだ材からなる場合であっても、バンプに含まれるスズが半導体受光素子の金を含む電極端子側に拡散しなくなる。
【００３８】
第６の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも１つを含むことが好ましい。
【００３９】
第６の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジウムを含むはんだ材からなることが好ましい。
【００４０】
本発明に係る第７の半導体受光装置は、主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が光ファイバと対向するように、基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、基板に光ファイバと交差するように設けられており、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて半導体受光素子の受光部に照射させる光学部材とを備え、バンプははんだ材からなる金属薄膜を含む積層膜により構成されている。
【００４１】
第７の半導体受光装置によると、製造時に基板の主面と半導体受光素子の受光部側の面とをバンプを形成して接続する際に、該バンプがはんだ材からなる金属薄膜を含む積層膜により構成されているため、はんだ材が溶けてバンプの周辺部に広がったとしても、はんだ材の量が少ないので、バンプ同士を短絡させることがない。
【００４２】
第７の半導体受光装置において、積層膜が互いに組成が異なるはんだ材が積層されてなることが好ましい。
【００４３】
第７の半導体受光装置において、積層膜が金からなる層を含むことが好ましい。
【００４４】
本発明に係る第１の半導体受光装置の製造方法は、基板の主面に電極パターンを形成する工程と、電極パターンの上にバンプを形成する工程と、基板の主面に該基板の一端側から他端側まで延びるように光ファイバ埋め込み用溝部を形成する工程と、光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバを埋設した後、光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間に、該光ファイバを伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバの屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を充填する工程と、基板に光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具を設ける工程と、基板に、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて基板の主面上方に反射信号光を出射させる光学部材を光ファイバ埋め込み用溝部と交差するように設ける工程と、基板に、受光部に電極端子が形成された半導体受光素子を、受光部に光学部材からの反射信号光が照射されると共に電極端子とバンプとが接触するように固着する工程とを備え、樹脂材は基板及び半導体受光素子と比べて線膨張係数が大きい。
【００４５】
第１の半導体受光装置の製造方法によると、基板に形成された光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具を基板に設けるため、光ファイバと基板とを固着する樹脂材は基板や半導体等よりも線膨張係数が大きいので、樹脂材が温度変化によって膨張又は収縮が生じたとしても、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法に変動が生じにくくなり、その結果、基板と半導体受光素子とを電気的に接続するバンプに該バンプの基板面方向の応力が加わりにくくなる。
【００４６】
本発明に係る第２の半導体受光装置の製造方法は、基板の主面における半導体受光素子載置領域に電極パターンを形成する工程と、基板の主面における電極パターンの上にバンプを形成する工程と、基板の主面に該基板の一端側から他端側まで延びるように光ファイバ埋め込み用溝部を形成する工程と、光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバを埋設した後、基板における半導体受光素子載置領域を除く光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間に基板と光ファイバとを固着する固着部材を設ける工程と、基板における半導体受光素子載置領域の光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間に、該光ファイバを伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバの屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を充填する工程と、基板に、光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて基板の主面上方に反射信号光を出射させる光学部材を光ファイバ埋め込み用溝部と交差するように設ける工程と、基板に、受光部に電極端子が形成された半導体受光素子を、受光部に光学部材からの反射信号光が照射されると共に電極端子とバンプとが接触するように固着する工程とを備えている。
【００４７】
第２の半導体受光装置の製造方法によると、基板における半導体受光素子載置領域を除く光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間に基板と光ファイバとを固着する固着部材を設けると共に、基板の半導体受光素子載置領域における光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバとの間に樹脂材を充填するため、周囲温度がガラス転移温度を越えて樹脂材が軟化したとしても、固着部材によって光ファイバにおける半導体受光素子と対向しない領域が固着されているので、光ファイバの位置にずれが生じない。
【００４８】
第２の半導体受光装置の製造方法において、固着部材がはんだ材又はガラス材からなることが好ましい。
【００４９】
本発明に係る双方向光半導体装置は、第１〜第７のいずれか１つの半導体受光装置と、光ファイバにおける半導体受光素子が受ける信号光の伝搬方向側の端部に接続され、信号光を出力する半導体発光素子とを備えている。
【００５０】
本発明に係る第１の光伝送システムは、信号光を送信する半導体発光装置と、信号光を伝達する伝送路と、該伝送路により伝達された信号光を受信する半導体受光装置とを備え、半導体受光装置は、第１〜第７のいずれか１つの光半導体装置からなる。
【００５１】
本発明に係る第２の光伝送システムは、信号光を送信する半導体発光素子と信号光を受信する光半導体受光素子とを有する双方向光半導体装置と、信号光を伝達する光ファイバとを備え、双方向光半導体装置は、本発明の双方向光半導体装置からなる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５３】
図１は本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視図である。図１に示すように、ガラスからなる基板１１の主面には、伝送路としての光ファイバ１２を埋め込む光ファイバ埋め込み用溝部１１ａが形成されており、光ファイバ１２は、該光ファイバ１２と光ファイバ埋め込み用溝部１１ａとの間の隙間にＵＶ硬化樹脂材１３が充填され且つ該光ファイバ１２の上面が覆われて埋め込まれている。ここでは、ＵＶ硬化樹脂材１３に、光ファイバ１２を伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ光ファイバ１２の屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を用いている。
【００５４】
基板１１の主面には、電極パターン１４が形成されており、該電極パターン１４における受光素子のｐ側電極端子及びｎ側電極端子と対応する位置に、金からなる複数のバンプ１５が形成されている。基板１１の主面上には、受光面に形成された金からなるｐ側電極端子及びｎ側電極端子とそれぞれ対応するバンプ１５とが接して電気的に接続されるように、半導体受光素子としてのホトダイオード１６が載置されている。
【００５５】
基板１１の主面とホトダイオード１６の受光面との間にはＵＶ硬化樹脂材１３が充填されており、ＭＢＢ法を用いて接合されている。
【００５６】
また、基板１１には、主面におけるホトダイオード１６の下側の領域において光ファイバ１２を伝搬する信号光を反射させ、反射した信号光をホトダイオード１６の受光部１６ａに照射させる角度で光ファイバ１２と交差する光学部材としてのミラー１７が形成されている。光ファイバ１２の光軸に対して平行方向に受光面を持つホトダイオード１６は、ミラー１７に光ファイバ１２内を伝搬する信号光のすべて又は一部を反射させることにより、高度な位置合わせを要せずに信号光を受信することができる。
【００５７】
さらに、基板１１における光ファイバ１２の光軸方向の両端部には、ＵＶ硬化樹脂材１３よりも線膨張係数が小さい石英ガラスからなり、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの側部側の端部を挟持すると共に、光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの側面上部に嵌合する凸部を有する保持具１８がそれぞれ設けられている。これにより、周囲の温度変動によってＵＶ硬化樹脂材１３が膨張又は収縮したとしても、基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法の変動が抑制される。
【００５８】
ここで、図１に示す本実施形態に係る半導体受光装置と図１４に示す従来の半導体受光装置とを高温環境下に共に放置した後の、各装置の電極の通電状態を比較した結果を図２に示すグラフを用いて説明する。図２において、横軸が周囲温度を表わし、縦軸が導通可能状態にあるサンプルの比率を表わし、白丸印が従来の装置を、黒丸印が本実施形態の装置をそれぞれ表わしている。図２に示すように、周囲温度の温度幅を室温から１８０℃までとして、従来の装置と本実施形態の装置とをそれぞれ１００個ずつ測定すると、周囲温度が１００℃に達した時点で、従来の装置は過半数のモジュールの電極が不通となり、さらに周囲温度が１８０℃に達した時点で全サンプルの導通が不良となった。一方、本実施形態の装置は全サンプルの装置が１８０℃の周囲温度下に放置しても通電状態は良好であった。
【００５９】
以上説明したように、高温環境下においては、基板１１、光ファイバ１２及びホトダイオード１６とを一体に固着するＵＶ硬化樹脂材１３が膨張するため、金からなるバンプ１５の反発力とＵＶ硬化樹脂材１３の収縮力との均衡を保つことで接続されているＭＢＢ法においては、接続不良が発生しやすい。これは、一般に、樹脂材はガラス転移温度Ｔｇ を越えると結合状態が変わり、自らの体積が大きく変化するためである。従って、例えば、鉛スズ共晶はんだ材を用いてバンプ１５とホトダイオード１６とを接続する際に、鉛スズ共晶はんだ材の融点は１８３℃であるため、装置を高温環境下に放置できないと、はんだリフロー工程で組み立てることができない。
【００６０】
しかしながら、本実施形態に係る半導体受光装置は、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの側部側を挟持し且つ該光ファイバ埋め込み用溝部の上部に嵌合する保持具が設けられているため、周囲温度の変化によって光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法の変動が抑制されるので、バンプ１５と電極端子とが外れて導通しなくなるということがない。
【００６１】
以下、前記のように構成された半導体受光装置の製造方法を説明する。
【００６２】
まず、ガラスからなり、例えば方形状の基板１１の主面上のホトダイオード載置領域に導体膜からなる電極パターン１４を形成した後、該電極パターン１４の上にホトダイオード１６の受光面に形成された金からなるｐ側電極端子及びｎ側電極端子と対応するように金からなる複数のバンプ１５を形成する。
【００６３】
次に、基板１１の主面上を一端側から他端側まで長手方向で且つバンプ１５同士の間を延びる光ファイバ埋め込み用溝部１１ａを形成し、続いて、信号光の伝送路である光ファイバ１２を光ファイバ埋め込み用溝部１１ａに埋設した後、光ファイバ埋め込み用溝部１１ａと光ファイバ１２との間に、該光ファイバ１２を伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバ１２の屈折率とほぼ同一の屈折率を持つＵＶ硬化樹脂材１３を充填すると共に光ファイバ１２の上面を覆う。
【００６４】
次に、基板１１における光ファイバ１２の光軸方向側の両端部には、ＵＶ硬化樹脂材１３よりも線膨張係数が小さい石英ガラスからなり、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの側部側の端部を挟持すると共に、光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの側面上部に凸部を有する保持具１８を嵌合し、樹脂接着材又ははんだ材を用いて固着する。
【００６５】
次に、ダイシングマシン等を用いて、基板１１の主面における電極パターン１４に隣接する光軸方向の領域で、且つ、ホトダイオード１６の下側の領域において光ファイバ１２を伝搬する信号光を反射させ、反射した信号光をホトダイオード１６の受光部１６ａに照射させる角度で光ファイバ１２と交差するように光ファイバ分断溝を形成する。続いて、該光ファイバ分断溝に信号光を反射又は回折させるミラー１７を埋め込む。ここで、信号光を単に反射させるだけでよいのであれば、光ファイバ１２の端面に金属膜を蒸着してもよい。
【００６６】
次に、ホトダイオード１６の受光面のｐ側電極端子及びｎ側電極端子と電極パターン１４上の対応するバンプ１５とをそれぞれ接触させた後、ホトダイオード１６の受光面と基板１１の主面との隙間にＵＶ硬化樹脂材１３を充填し、ＵＶ硬化樹脂材１３に紫外線を照射して硬化させることにより、基板１１とホトダイオード１６とを固着する。
【００６７】
このように、本実施形態によると、基板１１、光ファイバ１２及びホトダイオード１６の固着材に樹脂材を用いているため、該樹脂材の線膨張係数が他の部材に比べて非常に大きいために発生する応力は本質的には避けられないが、本装置は、周囲温度が２００℃程度の高温にさらされた場合であっても、樹脂材が軟化し且つ膨張するものの、光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法を保持する保持具１８を設けることにより、該溝部１１ａの幅寸法の変動が抑えられるため、ホトダイオード１６の導通特性が良好に維持される。また、樹脂材は基板１１の主面方向のみならず垂直方向にも膨張するが、垂直方向には樹脂材の収縮力と共にバンプ１５の復元力により電気的な接続が保たれるので問題はない。
【００６８】
従って、比較的簡便な構成である光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置であっても、長期にわたる信頼性を向上させることができる。
【００６９】
なお、本実施形態においては、保持具１８に、基板１１の線膨張係数に近い石英ガラスを用いたが、ホトダイオード１６とほぼ同一の線膨張係数を持つ化合物半導体を用いると、光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法のみならず、ホトダイオード１６の収縮又は膨張に起因する光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法の変動を抑えることができる。
【００７０】
また、光ファイバ１２を伝搬する信号光を反射又は回折させる光学部材にミラー１７を用いたが、誘電体積層膜からなる半透過性のフィルタを用いてもよい。このようにすると、光ファイバ１２における光学部材形成側の端部に光発光素子を接続すれば、双方向光半導体装置を容易に実現できる。
【００７１】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７２】
図３（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸方向の断面構成を示している。図３（ａ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００７３】
前述したように、光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置においては、基板１１に設けた光ファイバ埋め込み用溝部と光ファイバ１２との間、及び基板１１の主面とホトダイオード１６の受光面との間に半導体装置としては大量の樹脂材を用いているため、基板や半導体に比べて線膨張係数が大きい樹脂材の応力により基板が変形し、基板１１に形成されたバンプとホトダイオード１６の受光面に形成された電極端子とが外れて導通不良を起こしやい。
【００７４】
図３（ａ）に示すように、本実施形態においては、ホトダイオード１６における受光部１６ａを、該受光面が形成されている面の信号光伝搬方向の中心部よりもミラー１７側に近づくように設ける構成とする。これにより、ミラー１７の信号光を反射する反射領域とホトダイオード１６の受光部１６ａとを近接させることができる。その結果、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部の深さを光ファイバ１２の直径と同等程度とすることができるため、ＵＶ硬化樹脂材１３の量を減らすことができるので、周囲温度の変動に起因する樹脂材の応力を低減させることができるようになり、バンプ外れを防止できる。
【００７５】
図３（ｂ）は第２の実施形態の一変形例を示し、図３（ｂ）に示すように、ホトダイオード１６の受光部１６ａの形成位置を変更しなくても、ミラー１７を基板１１におけるホトダイオード１６の受光部１６ａの下側で反射するように設ければ、ミラー１７の信号光を反射する反射領域とホトダイオード１６の受光部１６ａとを近接させることができるので、基板１１の主面とホトダイオード１６の受光面との隙間に充填するＵＶ硬化樹脂材１３の量を減らすことができる。
【００７６】
なお、基板１１とＵＶ硬化樹脂材１３の線膨張係数の差に起因する膨張及び熱歪みを最も効率よく吸収するには、基板１１の主面とホトダイオード１６の受光面との間を全面にわたって樹脂材を充填すると共に、ホトダイオード１６の周辺部の樹脂材の表面と基板１１の主面とがなす角度を小さくすればよい。
【００７７】
図３（ｃ）は従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸方向の断面構成を示しており、ホトダイオード１６の受光部１６ａの形成位置が受光面の中央部に形成されているため、光ファイバ埋め込み用溝部の深さ寸法が光ファイバ１２の直径よりも大きいので、ＵＶ硬化樹脂材１３の量が多い。
【００７８】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７９】
図４（ａ）〜（ｄ）は第３の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の平面構成を示している。図４（ａ）〜（ｄ）を説明する前に、図５を用いて、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法の変位を説明する。
【００８０】
図５は半導体受光装置における光ファイバの光軸に垂直方向の断面構成を示し、図５において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８１】
石英やガラス材の線膨張係数は１０−６から１０−５のオーダーであるのに対し、一般の樹脂材の線膨張係数は１０−４と非常に大きい。このため、基板１１における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａは、周囲温度の変動によって、基板１１の主面に対する垂直方向のみならず主面に対して平行な方向にも拡大又は収縮する。図５に示すように、ＵＶ硬化樹脂材１３が膨張する際には、基板１１は、該基板１１の裏面における光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの底部の中央部下方を軸にしてたわむ力を受けるため、基板１１の主面に光ファイバ埋め込み用溝部１１ａから異なる距離で形成された複数のバンプ１５のうちの側部側に形成されたバンプ１５がホトダイオード１６と接触できなくなる。また、図示はしていないが、ＵＶ硬化樹脂材１３が収縮する際には、逆に、基板１１の中央部側に形成されたバンプ１５がホトダイオード１６と接触できなくなる。
【００８２】
ここで、バンプ１５には機能別に２種類あり、それは、ホトダイオード１６と基板１１との電気的な接続を得る通電バンプとホトダイオード１６を機械的に支持する支持バンプとである。ここで、周囲の温度変動によってホトダイオード１６と接触できなくなるバンプが通電バンプであるならば、基板１１とホトダイオード１６との電気的な導通が絶たれることになる。
【００８３】
ところで、図４（ａ）に示す本実施形態は、ガラスからなる基板１１の主面には、長手方向に光ファイバ１２が樹脂材を用いて埋め込まれており、基板１１の主面におけるホトダイオード載置領域１６Ａには、装置の外部との電気的接続をとる電極パターン１４、該電極パターン１４の上の通電バンプ１５Ａ及び支持バンプ１５Ｂが形成されている。このバンプ１５Ａ，１５Ｂの配列の特徴として、ｐ側電極端子及びｎ側電極端子用の一対の通電バンプ１５Ａを光ファイバ埋め込み用溝部を挟んで互いに対向する位置に設ける場合には、支持バンプ１５Ｂの位置を光ファイバ埋め込み用溝部の側面に沿って通電バンプ１５Ａと平行となるように設ける。
【００８４】
これにより、基板１１の裏面における光ファイバ埋め込み用溝部の底部の中央部下方を軸にして各バンプ１５Ａ，１５Ｂが互いに離れたり近づいたりしたとしても、基板１１の主面における光ファイバ埋め込み用溝部側方のそれぞれの領域においては、各バンプ１５Ａ，１５Ｂと光ファイバ埋め込み用溝部との各距離がそれぞれ等しいので、複数のバンプ１５Ａ，１５Ｂのうちのいずれのバンプも単独で接触不良になることがない。
【００８５】
また、図４（ａ）において、支持バンプ１５Ｂはいずれか１つでもよく、さらに、一対の通電バンプ１５Ａは互いに対角位置にあってもよい。
【００８６】
図４（ａ）の構成はバンプの個数を３又は４とする最小構成であったが、図４（ｂ）に示すように、基板１１とホトダイオードとをより安定して固着させるために、６個のバンプを設けている。図４（ｂ）においては、通電バンプ１５Ａを光ファイバ１２に対して互いに対向する位置に設けているが、互いに対向させずに光ファイバ１２に対して互いに斜めに位置するように設けてもよく、通電バンプ１５Ａをバンプ列の端部側にそれぞれ設けてもよい。この場合も、各バンプ１５Ａ，１５Ｂが光ファイバ埋め込み用溝部の側面に沿ってそれぞれ一列ずつ平行となるように配置する。但し、光ファイバ埋め込み用溝部に沿って構成される、一方のバンプ列と他方のバンプ列とは、光ファイバ埋め込み用溝部からの距離が必ずしも等距離である必要はない。なぜなら、光ファイバ埋め込み用溝部からの距離が一方のバンプ列で等しければ、該バンプ列がホトダイオード側の電極端子とずれる際に、各バンプの上端部が円弧上の軌跡を描くため、該軌跡の垂直成分（基板１１の主面に垂直な方向）が各バンプで等しくなるので、各バンプの上端部が電極端子と常に同程度に接触できるからである。
【００８７】
また、図４（ｃ）に示すように、光ファイバ１２の一方の端部側に第１の基板１１Ａと隣接させて第２の基板２１が配置されており、該第２の基板２１の上には、光ファイバ１２の一方の端部と光学的に接続された発光素子２２が載置されると共に、電極パターン２３が形成されている。この場合には、発光素子２２とホトダイオードとの互いの信号に電気的な干渉が生じないように、通電バンプ１５Ａを各バンプ列における発光素子２２と反対側の位置に設けるとよい。
【００８８】
さらに、図４（ｄ）に示すように、発光素子用の電極パターン２３とホトダイオード用の電極パターン１４とを、第１の基板１１Ａ及び第２の基板２１の主面における光ファイバ１２に対して互いに異なる側の領域に設けると、通電バンプ１５Ａと接続されるホトダイオード用の配線と、電極パターンと接続され発光素子用の配線とが近接しなくなるので、配線が近接することにより生じる信号同士の電気的な干渉を防止できる。
【００８９】
以下、第３の実施形態に係る変形例について図面を参照しながら説明する。
【００９０】
図６（ａ）は本実施形態の第１変形例に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の平面構成を示している。図６（ａ）において、図３（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。本変形例においては、互いに対向する通電バンプ１５Ａの位置を支持バンプ１５Ｂの位置よりも光ファイバ埋め込み用溝部の側面に近くなるように設けている。
【００９１】
このようにすると、動作環境における周囲温度が比較的高温下である場合には、基板１１と光ファイバ１２とを固着する樹脂材が常に膨張し、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法が製造時よりも大きくなるため、あらかじめ、光ファイバ埋め込み用溝部の側面に近い位置に設けておくと、バンプが所定位置から大きく外れることがなくなるので、確実に導通を得ることができる。さらに、バンプ列が直線状でないため、製造工程におけるホトダイオード１６はボンディング時の圧力に対して十分な強度を得ることができる。
【００９２】
また、図６（ｂ）に示す第２変形例においては、あらかじめ、互いに対向する通電バンプ１５Ａの位置を支持バンプ１５Ｂの位置よりも光ファイバ埋め込み用溝部の側面から遠くなるようにしている。
【００９３】
このようにすると、動作環境における周囲温度が比較的低温下である場合には、基板１１と光ファイバ１２とを固着する樹脂材が常に収縮し、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法が製造時よりも小さくなるため、光ファイバ埋め込み用溝部の側面から遠い位置に設けておくと、バンプが所定位置から大きく外れることがなくなるので、確実に導通を得ることができる。さらに、バンプ列が直線状でないため、製造工程におけるホトダイオード１６はボンディング時の圧力に対して十分な強度を得ることができる。
【００９４】
なお、各バンプ１５Ａ，１５Ｂの形状を円柱状としたが、基板の主面方向の断面形状を長方形や長円形のように、ホトダイオードにおける互いに対向する２辺を点状ではなく線状に支える形状とすれば一対のバンプでも通電用と支持用とを兼ねることができる。
【００９５】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００９６】
図７（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視図である。図７（ａ）及び（ｂ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図７（ａ）に示すように、基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａにおける光軸方向側の両端部には、はんだ材からなる固着部材２５Ａがそれぞれ充填されている。
【００９７】
光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置は、基板１１に設けられた光ファイバ埋め込み用溝部１１ａにＵＶ硬化樹脂材１３を用いて固着されている。樹脂材は、一般にガラス転移温度Ｔｇ 以上となると軟化し、再度冷却してガラス転移温度Ｔｇ 以下となると硬化する性質を持っている。
【００９８】
本実施形態においては、光ファイバ１２に外部から圧力が加えられた状態で周囲温度を上昇させ、ＵＶ硬化樹脂材１３が軟化したとしても、固着部材２５Ａが設けられているため、光ファイバ１２の位置が変動しない。従って、光ファイバ１２内を伝搬してくる信号光をミラー１７で反射させて受光するホトダイオード１６は、光ファイバ１２の位置が変動せずミラー１７と受光面との間隔が変わらないため、受光面に照射される信号光の光量が変わらないので、受信動作に支障を来たすおそれがない。
【００９９】
本実施形態に係る半導体受光装置の製造方法の特徴を説明する。
【０１００】
まず、第１の実施形態と同様に、基板１１の主面のホトダイオード載置領域に導体膜からなる電極パターン１４を形成した後、該電極パターン１４の上にホトダイオード１６の受光面に形成された金からなるｐ側電極端子及びｎ側電極端子と対応するように金からなる複数のバンプ１５を形成する。
【０１０１】
次に、基板１１の主面上を一端側から他端側までバンプ１５同士の間を延びる光ファイバ埋め込み用溝部１１ａを形成し、続いて、信号光の伝送路である光ファイバ１２を光ファイバ埋め込み用溝部１１ａに埋設する。
【０１０２】
次に、基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの両端部付近の内面及び該内面と対向する光ファイバ１２の側面をはんだ材が十分になじむようにメタライズした後、基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの両端部における基板１１と光ファイバ１２との隙間にはんだ材を充填し且つ上面を覆って固着部材２５Ａをそれぞれ形成する。
【０１０３】
次に、基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａにおける固着部材２５Ａに挟まれる領域の基板１１と光ファイバ１２との隙間に、光ファイバ１２を伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバ１２の屈折率とほぼ同一の屈折率を持つＵＶ硬化樹脂材１３を充填すると共にその上面を覆う。
【０１０４】
その後、ホトダイオード１６を基板１１の主面上の所定位置に固着すると共に、ミラー１７を形成する。
【０１０５】
なお、図７（ｂ）に示すように、光ファイバ１２を基板１１の光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの両端部をはんだ材を用いて固着する代わりに、ガラス材等からなる固着部材２５Ｂを用いて固着してもよい。このようにすると、基板１１と固着部材２５Ｂとの線膨張係数が等しいため、基板１１と固着部材２５Ｂとが同等に膨張又は収縮するので、基板１１の主面に反りが生じなくなる。このため、光ファイバ１２のコア部とホトダイオード１６の受光部との間隔が一定になるので、周囲の温度変動に対する受信の信頼度が一層向上することになる。
【０１０６】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１０７】
図８（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸に対して垂直方向の断面構成を示している。図８（ａ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図８（ａ）に示すように、基板１１の主面には、金からなる電極パターン１４Ａと鉛スズ共晶はんだ材からなるバンプ１５との間に、ニッケル（Ｎｉ）薄膜からなり、膜厚が０．５μｍの金属薄膜としてのメタル層３１が設けられている。また、ホトダイオード１６の受光面には各バンプ１５と対応する位置に、例えばアルミニウムからなる電極端子３２Ａが形成されている。
【０１０８】
図８（ｂ）に、メタル層３１を設けた半導体受光装置と、メタル層３１を設けない半導体受光装置とを、周囲温度が−４０℃から７０℃までの範囲で周期的に昇温と降温とを繰り返す温度サイクル試験を行なった結果を示す。図８（ｂ）において、横軸が試験のサイクル数を表わし、縦軸が全サンプル数に対する導通可能な装置の割合を表わし、白丸印が従来の装置を、黒丸印が本実施形態の装置をそれぞれ表わしている。図８（ｂ）示すように、従来の装置は、サイクル数が５０サイクルを越えると全サンプル数のうちの過半数の装置の電極が不通となり、１００サイクルで全サンプルの導通が不良となった。一方、本実施形態に係る装置は１５０サイクルまで１００％の導通率を得られた。
【０１０９】
前述したように、従来の装置は、高温環境下においてバンプ１５に含まれるスズが電極パターン１４Ａに拡散して、該電極パターン１４Ａに含まれる金と機械的強度の小さい金スズ合金を形成し、形成された金スズ合金に対して周囲温度の変動による熱歪みが生じると、該金スズ合金と金又ははんだ材に含まれる鉛との界面にクラックが形成される。さらに、温度変動のサイクル数の増加に伴ってクラックが成長し、やがては電気的に不通となる。
【０１１０】
しかしながら、本実施形態に係る装置は、金からなる電極パターン１４Ａと、作業性に優れた鉛スズ共晶はんだ材からなるバンプ１５との間にスズの拡散を防ぐメタル層３１を設けているため、鉛スズ共晶はんだ材に起因する導通不良を排除することができる。
【０１１１】
なお、本実施形態においては、メタル層３１にニッケルを用いたが、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）又はクロム（Ｃｒ）からなる金属薄膜を用いてもよく、さらに、これらの金属薄膜のうちのいずれかを積層してもよく、また合金化してもよい。
【０１１２】
また、メタル層３１の代わりに、スズの組成比率が３０％程度と低い鉛スズ共晶はんだ材を用いてもよい。スズの組成比率が３０％程度の場合は、はんだ材の融点が２７０℃と高くなるため作業中に溶けることもなく、金スズ合金の生成量も微量となるので、長期的な信頼性の向上を図ることができる。
【０１１３】
また、メタル層３１の代わりに、インジウムを主成分とするはんだ材を用いてもよい。このようにすると、鉛スズ共晶はんだ材に含まれるスズが電極パターン１４Ａ側に拡散したとしても、インジウム・スズ合金はその成長速度が遅いため、該インジウム・スズ合金の成長が抑制されるので、その結果、導通不良が生じにくくなる。
【０１１４】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１１５】
図９（ａ）は本発明の第６の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸に対して垂直方向の断面構成を示している。図９（ａ）において、図８（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図９（ａ）に示すように、基板１１の主面には、アルミニウムからなる電極パターン１４Ｂと鉛スズ共晶はんだ材からなるバンプ１５が形成されており、該バンプ１５とホトダイオード１６の受光面に形成された金からなる電極端子３２Ｂとの間には、ニッケル薄膜からなり、膜厚が０．５μｍの金属薄膜としてのメタル層３３が設けられている。
【０１１６】
図９（ｂ）に、メタル層３３を設けた半導体受光装置と、メタル層３３を設けない半導体受光装置とに対して、周囲温度が−４０℃から７０℃までの範囲で周期的に昇温と降温とを繰り返す温度サイクル試験を行なった結果を示す。図９（ｂ）において、横軸が試験のサイクル数を表わし、縦軸が全サンプル数に対する導通可能な装置の割合を表わし、白丸印が従来の装置を、黒丸印が本実施形態の装置をそれぞれ表わしている。図８（ｂ）示すように、受光感度が０．４Ａ／Ｗよりも小さくなったサンプルを不良とすると、従来の装置は、サイクル数が４００サイクルを越えると全サンプル数のうちの過半数が不良となった。一方、本実施に係る装置は５００サイクルまで安定した受光感度を得られた。
【０１１７】
従来の装置は、高温環境下においてバンプ１５に含まれるスズが電極端子３２Ｂに拡散して、接触抵抗の増加及び受光面のマスキングによる受光感度の劣化を引き起こし、さらに、周囲温度の変動による熱歪みが生じると、この劣化が進行して最悪の場合には電気的に不通となる。
【０１１８】
しかしながら、本実施形態に係る装置は、作業性に優れた鉛スズ共晶はんだ材からなるバンプ１５とホトダイオード１６の金からなる電極端子３２Ｂとの間にスズの拡散を防ぐメタル層３３を設けているため、鉛スズ共晶はんだ材に起因する受光感度の劣化及び導通不良を排除することができる。
【０１１９】
なお、本実施形態においては、メタル層３３にニッケルを用いたが、白金、チタン又はクロムからなる金属薄膜を用いてもよく、さらに、これらの金属薄膜のいずれかを積層してもよく、また合金化してもよい。
【０１２０】
また、メタル層３３の代わりに、スズの比率が３０％程度と低い鉛スズ共晶はんだ材を用いてもよい。スズの比率が３０％程度の場合は、はんだ材の融点が２７０℃と高くなるため作業中に溶けることもなく、金スズ合金の生成量も微量となるので、長期的な信頼性の向上を図ることができる。
【０１２１】
また、メタル層３３の代わりに、インジウムを主成分とするはんだ材を用いてもよい。このようにすると、鉛スズ共晶はんだ材に含まれるスズが電極端子３２Ｂ側に拡散したとしても、インジウム・スズ合金はその成長速度が遅いため、該インジウム・スズ合金の成長が抑制されるので、電極端子３２Ｂの劣化を抑えることができる。
【０１２２】
（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１２３】
図１０（ａ）は本発明の第７の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸に対して垂直方向の断面構成を示している。図１０（ａ）において、図９（ａ）に示す構成部材と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図１０（ａ）に示すように、基板１１の主面上に形成された導体膜からなる電極パターン１４の上には、金からなる下部バンプ３５ａと鉛スズ共晶はんだ材からなる上部バンプ３５ｂとから構成されるバンプ３５が形成されており、ホトダイオード１６の受光面に形成された電極端子３２と接続されている。ここでは、基板１１の主面とホトダイオード１６の受光面との間にはＵＶ効果樹脂材が充填されていない製造段階における断面構成を示している。
【０１２４】
このようにすると、バンプ３５におけるはんだ材の量が少なくなるため、バンプ３５とホトダイオード１６の電極端子３２とをはんだ材を用いて固着する固着工程において、図１０（ｂ）に示すように、溶けたはんだ材が電極端子３２同士又は電極パターン１４同士が短絡するおそれがなくなるので、製造時の歩留まりが向上する。
【０１２５】
例えば、図１１（ａ）に示すように、バンプ１５を鉛スズ共晶はんだ材のみから形成すると、固着時に、図１１（ｂ）に示すように溶けたはんだ材が電極端子３２同士又は電極パターン１４同士を短絡させる不具合が生じることにもなる。
【０１２６】
（第８の実施形態）
以下、本発明の第８の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１２７】
図１２は本発明の第８の実施形態に係る双方向光半導体装置における光ファイバの光軸方向の断面構成を示している。図１２に示すように、双方向光半導体装置は、シリコンからなり、段差部を有する第１の基板４１における該段差部の下段側に形成された受光素子部１と、該段差部の上段側に形成された発光素子部２とからなる。
【０１２８】
受光素子部１は、第１の実施形態と同一の構成であって、ガラスからなる第２の基板１１Ｂの主面には、伝送路としての光ファイバ１２を埋め込む光ファイバ埋め込み用溝部が形成されており、光ファイバ１２は、該光ファイバ１２と光ファイバ埋め込み用溝部との間の隙間にＵＶ硬化樹脂材１３が充填されて埋め込まれている。第２の基板１１Ｂの主面上には、受光面に形成されたｐ側電極端子及びｎ側電極端子とそれぞれ対応するバンプとが接して電気的に接続されるようにホトダイオード１６が固着されている。また、第２の基板１１Ｂには、主面におけるホトダイオード１６の下側の領域において光ファイバ１２を伝搬する信号光を反射させ、反射した信号光をホトダイオード１６の受光部１６ａに照射させるように光ファイバ１２と交差するミラー１７が形成されている。ここで、ミラー１７は、発光素子部２からの信号光を遮らないように半透過性としている。さらに、第２の基板１１Ｂにおける光ファイバ１２の光軸方向側の両端部には、ＵＶ硬化樹脂材１３よりも線膨張係数が小さい石英ガラスからなり、第２の基板１１Ｂにおける光ファイバ埋め込み用溝部の側部側の端部を挟持すると共に、光ファイバ埋め込み用溝部の側面上部に嵌合する凸部を有する保持具１８がそれぞれ設けられている。
【０１２９】
発光素子部２は、第１の基板４１の上にはんだ材を用いて固着されると共に、光ファイバ１２におけるミラー１７に対してホトダイオード１６と反対側の端部に、波長が１．３μｍ帯の半導体レーザ素子４２が直接結合されて構成されている。第１の基板４１の段差部には、断面Ｖ字形状の溝が形成されており、光ファイバ１２の端部を載置すれば、部品の加工精度で半導体レーザ素子４２の活性層に位置合わせが行なえる、いわゆる、パッシブアライメントとなるように製造されている。
【０１３０】
このように、受光素子部１には、大量の樹脂材を用いてなる光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置は、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具１８を備えているため、周囲温度が変動しても、第２の基板１１Ｂとホトダイオード１６とを電気的に接続するバンプが導通不良を起こさないため、比較的簡便な構成部材を用いながら長期にわたる信頼性を得ることができる。
【０１３１】
また、発光素子部２は、パッシブアライメントで簡便に製造されており、また、送受信を容易に且つ確実に一体化できるので、高性能な双方向光半導体装置を小型化できる。
【０１３２】
なお、本実施形態においては、１．３μｍ帯における双方向光半導体装置を例に挙げたが、１．５５μｍ帯であっても、また、１．３μｍ帯と１．５５μｍ帯とで送受信を行なう波長多重方式であっても同様の効果を得ることができる。
【０１３３】
また、発光素子部２には、第１の実施形態に係る半導体受光装置を用いたが、これに限らず、第２の実施形態から第７の実施形態及び各変形例に係る半導体受光装置のうちのいずれかであってもよく、さらには、これらを適当に組み合わせてなる半導体受光装置であってもよい。
【０１３４】
（第９の実施形態）
以下、本発明の第９の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１３５】
図１３は本発明の第９の実施形態に係る双方向光伝送システムの構成を示している。図１３に示すように、第１の双方向光半導体装置５１Ａと第２の双方向光半導体装置５１Ｂとが、長さが１０ｋｍのシングルモード光ファイバを用いた伝送路５２により接続されている。
【０１３６】
第１の双方向光半導体装置５１Ａと第２の双方向光半導体装置５１Ｂとには、第８の実施形態形態に示した双方向光半導体装置を用いている。
【０１３７】
このため、一般に光伝送システムに対する光半導体装置のコスト比率は高いが、安価で且つ長期的信頼性が得られる光半導体装置を用いることにより、伝送距離の長い双方向システムをより低コストに実現することができる。
【０１３８】
なお、本実施形態においては、信号光に１．３μｍ帯の波長を用いたが、１．５５μｍ帯の光伝送システムに対しても、さらに、短波長信号光源を用いた場合にも同様の効果を得られる。
【０１３９】
【発明の効果】
本発明の第１の半導体受光装置によると、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具が設けられているため、樹脂材が周囲の温度変動によって膨張又は収縮したとしても、基板と半導体受光素子とを電気的に接続するバンプに該バンプの基板面方向の応力が加わりにくいので、バンプが所定位置から外れてしまうことがなくなり、その結果、導通不良が抑制され、比較的簡便な構成の半導体受光装置であっても、温度変動に対する長期にわたる信頼性が向上する。
【０１４０】
第１の半導体受光装置において、保持具の線膨張係数が基板の線膨張係数とほぼ等しいと、保持具は基板の膨張又は収縮と異なる体積変化を起こさないため、保持具自体が光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法を変動させることがない。
【０１４１】
第１の半導体受光装置において、保持具の線膨張係が半導体受光素子の線膨張係数とほぼ等しいと、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法のみならず、半導体受光素子の収縮又は膨張に起因する光ファイバ埋め込み用溝部１１ａの幅寸法の変動を抑えることができる。
【０１４２】
本発明の第２の半導体受光装置によると、光ファイバ埋め込み用溝部の深さが光ファイバの外径とほぼ等しいため、基板と光ファイバとの間に充填される樹脂材の量が少なくて済むので、樹脂材が周囲の温度変動によって膨張又は収縮が生じたとしても、樹脂材の膨張又は収縮に起因する体積の変化量を最小限に抑えることができる。従って、光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動が最小限に抑えられるため、バンプの基板面方向の応力が小さくなってバンプが所定位置から外れてしまうことがなくなるので、導通不良が抑制され、比較的簡便な構成の半導体受光装置であっても、長期にわたる信頼性が向上する。
【０１４３】
第２の半導体受光装置において、半導体受光素子の受光部が、基板の主面と対向する面における信号光伝搬方向の中心部よりも光学部材側に設けられていると、光ファイバ埋め込み用溝部の深さが従来に比べて浅くなり、光ファイバの光軸が基板の主面に近くなっても、受光部に光ファイバを伝搬する信号光が確実に照射されるようになる。
【０１４４】
第２の半導体受光装置において、光学部材が、基板における半導体受光素子の下側に設けられていると、光ファイバ埋め込み用溝部の深さが従来に比べて浅くなり、且つ、半導体受光素子の受光部が受光面の中央部に設けられているとしても、基板における半導体受光素子の下側の領域に設けられた光学部材が、半導体受光素子の受光部に対して反射信号光を確実に照射することができる。
【０１４５】
本発明の第３の半導体受光装置によると、複数のバンプが、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の両側に該光ファイバ埋め込み用溝部に沿って一列ずつ互いに平行に設けられているため、樹脂材が周囲の温度変動によって膨張又は収縮が生じることにより基板の裏面における光ファイバ埋め込み用溝部の底部の中央部下方を軸にして各バンプが互いに離れたり近づいたりしたとしても、各バンプと光ファイバ埋め込み用溝部との距離がそれぞれ等しくなるので、複数のバンプのうちのいずれのバンプも単独で接触不良になることがない。従って、温度変動を受けてもバンプが所定位置から外れることによる導通不良が抑制されるので、比較的簡便な構成の半導体受光装置であっても、長期にわたる信頼性が向上する。
【０１４６】
第３の半導体受光装置において、複数のバンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続された通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、半導体受光素子における通電バンプと対応するように電極パターンが形成されており、通電バンプは支持バンプよりも光ファイバ埋め込み用溝部との距離が小さいと、動作環境における周囲温度が比較的高温下である場合には、樹脂材が膨張して光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法が製造時よりも常に大きくなっても、バンプが所定位置から大きく外れることがなくなるので、確実に導通を得ることができると共に、バンプ列が直線状でないため、製造工程における半導体受光素子がボンディング時の圧力に対して十分な強度を得ることができる。
【０１４７】
第３の半導体受光装置において、複数のバンプのうちの一部が、半導体受光素子と電気的に接続された通電バンプであり、複数のバンプのうちの残部が、半導体受光素子を支持する支持バンプであって、基板の主面における光ファイバ埋め込み用溝部の側方の領域には、通電バンプと対応するように電極パターンが形成されており、通電バンプは支持バンプよりも光ファイバ埋め込み用溝部との距離が大きいと、動作環境における周囲温度が比較的低温下である場合には、樹脂材が収縮して光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法が製造時よりも常に小さくなっても、バンプが所定位置から大きく外れることがなくなるので、確実に導通を得ることができると共に、バンプ列が直線状でないため、製造工程における半導体受光素子がボンディング時の圧力に対して十分な強度を得ることができる。
【０１４８】
本発明の第４の半導体受光装置によると、光ファイバにおける半導体受光素子と対向していない領域が固着部材を用いて基板と固着されているため、周囲温度がガラス転移温度を越えて樹脂材が軟化したとしても、樹脂材と異なる固着部材によって光ファイバが固着されているので、光ファイバの位置がずれない。従って、温度変動下であっても、光ファイバの位置が変動せず光学部材と受光面との間隔が変わらないため、受光面に照射される信号光の光量が変わらないので、受信動作に支障を来たすおそれがなくなるので、温度変動に対する信頼性を向上させることができる。
【０１４９】
第４の半導体受光装置において、固着部材がはんだ材からなると、光ファイバにおける半導体受光素子と対向していない領域と基板とを確実に固着することができる。
【０１５０】
第４の半導体受光装置において、固着材部がガラスからなると、光ファイバにおける半導体受光素子と対向していない領域と基板とを確実に固着することができると共に、基板にガラスを用いた場合には、線膨張係数が等しくなるため、温度変動による熱歪みが生じないので、長期的な信頼性が向上する。
【０１５１】
本発明の第５の半導体受光装置によると、バンプがスズを含むはんだ材からなる場合であっても、バンプに含まれるスズが基板上の金を含む電極パターン側に拡散しないため、該電極パターンに含まれる金と機械的強度の小さい金スズ合金を生成しなくなるので、温度変動に起因するクラックが発生しなくなる。その結果、導通不良が抑制され、温度変動に対する信頼性を向上させることができる。
【０１５２】
第５の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも１つを含むと、はんだ材に含まれるスズが電極パターン側に拡散することを確実に抑制できる。
【０１５３】
第５の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジウムを含むはんだ材からなると、バンプに含まれるスズとはんだ材に含まれるインジウムとの間で成長速度が遅いインジウム・スズ合金が形成されるため、スズの電極パターン側への拡散を抑制できる。また、金属薄膜を形成する場合に比べて、はんだ材を用いるため作業の効率を犠牲にすることがない。
【０１５４】
本発明の第６の半導体受光装置によると、バンプがスズを含むはんだ材からなる場合であっても、バンプに含まれるスズが半導体受光素子の金を含む電極端子側に拡散しなくなるため、受光感度の劣化及び導通不良が発生しなくなり、温度変動に対する信頼性を向上させることができる。
【０１５５】
第６の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がニッケル、白金、チタン及びクロムのうちの少なくとも１つを含むと、はんだ材に含まれるスズが電極パターン側に拡散することを確実に抑制できる。
【０１５６】
第６の半導体受光装置において、バンプが鉛とスズとを含むはんだ材からなり、金属薄膜がインジウムを含むはんだ材からなると、バンプに含まれるスズとはんだ材に含まれるインジウムとの間で成長速度が遅いインジウム・スズ合金が形成されるため、スズの電極端子側への拡散を抑制できる。また、金属薄膜を形成する場合に比べて、はんだ材を用いるため作業の効率を犠牲にすることがない。
【０１５７】
本発明の第７の半導体受光装置によると、バンプがはんだ材からなる金属薄膜を含む多層膜により構成されているため、はんだ材が溶けてバンプの周辺部に広がったとしても、はんだ材の量が少ないので、バンプ同士を短絡させることがなく、装置の製造時の歩留まりを向上させることができる。
【０１５８】
第７の半導体受光装置において、積層膜が互いに組成が異なるはんだ材が積層されてなると、例えば、バンプに作業性が高い鉛スズ共晶はんだ材を用いたとしても、スズの組成を小さくすれば融点が高くなるので、バンプが溶けて電極同士を短絡させることがない。
【０１５９】
第７の半導体受光装置において、積層膜が金からなる層を含むと、導通を図るバンプとして所定の性能を確実に得ることができる。
【０１６０】
本発明の第１の半導体受光装置の製造方法によると、第１の半導体受光装置を確実に得ることができる。
【０１６１】
本発明の第２の半導体受光装置の製造方法によると、第４の半導体受光装置を確実に得ることができる。
【０１６２】
本発明に係る双方向光半導体装置によると、受信部に本発明の第１〜第７のいずれか１つの半導体受光装置を用いているため、比較的簡便な構成で長期にわたる信頼性を得ることができる。
【０１６３】
本発明に係る光伝送システムによると、半導体受光装置に本発明の第１〜第７のいずれか１つの半導体受光装置を用いているため、比較的簡便な構成で長期にわたる信頼性を得ることができる。
【０１６４】
本発明に第２の係る光伝送システムによると、双方向光半導体装置に本発明の双方向光半導体装置を用いているため、比較的簡便な構成で長期にわたる信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す
斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体受光装置と従来の半導体受光装置との導
通率の周囲温度依存性を表わすグラフである。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸方向を表わす構成断面図である。
（ｂ）は本発明の第２の実施形態の一変形例に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置における光ファイバの光軸方向を表わす構成断面図である。
（ｃ）は従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸方向を表わす構成断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は第３の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す平面図である。
【図５】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方向を表わす構成断面図である。
【図６】（ａ）は第３の実施形態の第１変形例に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す平面図である。
（ｂ）は第３の実施形態の第２変形例に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す平面図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第４の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視図である。
【図８】（ａ）は本発明の第５の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方向を表わす構成断面図である。
（ｂ）は温度サイクル試験における本発明の第５の実施形態に係る装置と従来の装置との導通率のサイクル数依存性を表わすグラフである。
【図９】（ａ）は本発明の第６の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方向を表わす構成断面図である。
（ｂ）は温度サイクル試験における本発明の第６の実施形態に係る装置と従来の装置との導通率のサイクル数依存性を表わすグラフである。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は本発明の第７の実施形態に係る光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方向を表わす構成断面図である。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置の光軸に対して垂直方向を表わす構成断面図である。
【図１２】本発明の第８の実施形態に係る双方向光半導体装置の光軸方向を表わす構成断面図である。
【図１３】本発明の第９の実施形態に係る双方向光伝送システムを示す構成図である。
【図１４】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示す斜視図である。
【図１５】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示し、図１４のＩ−Ｉ線における断面図である。
【図１６】従来の光ファイバ埋め込み型の半導体受光装置を示し、図１４のＩ−Ｉ線における断面図である。
【符号の説明】
１ 受光素子部
２ 発光素子部
１１ 基板
１１Ａ 第１の基板
１１Ｂ 第２の基板
１１ａ 光ファイバ埋め込み用溝部
１２ 光ファイバ
１３ ＵＶ硬化樹脂材
１４ 電極パターン
１４Ａ 電極パターン
１４Ｂ 電極パターン
１５ バンプ
１５Ａ 通電バンプ
１５Ｂ 支持バンプ
１６ ホトダイオード（半導体受光素子）
１６Ａ ホトダイオード載置領域
１７ ミラー（光学部材）
１８ 保持具
２１ 第２の基板
２２ 発光素子
２３ 電極パターン
２５Ａ 固着部材
２５Ｂ 固着部材
３１ メタル層（金属薄膜）
３２ 電極端子
３２Ａ 電極端子
３２Ｂ 電極端子
３３ メタル層（金属薄膜）
３５ バンプ
３５ａ 下部バンプ
３５ｂ 上部バンプ
４１ 第１の基板
４２ 半導体レーザ素子
５１Ａ 第１の双方向光半導体装置
５１Ｂ 第２の双方向光半導体装置
５２ 伝送路
Claims (7)
- 主面に一端側から他端側まで延びるように形成された光ファイバ埋め込み用溝部を有する基板と、
前記光ファイバ埋め込み用溝部に樹脂材に覆われるように埋設された光ファイバと、
前記基板の主面と対向する面に受光部を有し、該受光部が前記光ファイバと対向するように、前記基板の主面にバンプを介在させて設けられた半導体受光素子と、
前記基板に前記光ファイバと交差するように設けられており、前記光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて前記半導体受光素子の前記受光部に照射させる光学部材と、
前記基板に設けられており、前記光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具とを備え、
前記樹脂材は、前記基板及び半導体受光素子と比べて線膨張係数が大きいことを特徴とする半導体受光装置。 - 前記保持具の線膨張係数は前記基板の線膨張係数とほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の半導体受光装置。
- 前記保持具の線膨張係数は前記半導体受光素子の線膨張係数とほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の半導体受光装置。
- 基板の主面に電極パターンを形成する工程と、
前記電極パターンの上にバンプを形成する工程と、
前記基板の主面に該基板の一端側から他端側まで延びるように光ファイバ埋め込み用溝部を形成する工程と、
前記光ファイバ埋め込み用溝部に光ファイバを埋設した後、前記光ファイバ埋め込み用溝部と前記光ファイバとの間に、該光ファイバを伝搬する信号光の波長に対して透明で且つ該光ファイバの屈折率とほぼ同一の屈折率を持つ樹脂材を充填する工程と、
前記基板に前記光ファイバ埋め込み用溝部の幅寸法の温度による変動を抑制する保持具を設ける工程と、
前記基板に、前記光ファイバを伝搬する信号光を反射又は回折させて前記基板の主面上方に反射信号光を出射させる光学部材を前記光ファイバ埋め込み用溝部と交差するように設ける工程と、
前記基板に、受光部に電極端子が形成された半導体受光素子を、前記受光部に前記光学部材からの反射信号光が照射されると共に前記電極端子と前記バンプとが接触するように固着する工程とを備え、
前記樹脂材は、前記基板及び半導体受光素子と比べて線膨張係数が大きいことを特徴とする半導体受光装置の製造方法。 - 前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体受光装置と、
光ファイバにおける前記半導体受光装置が受ける信号光の伝搬方向側の端部に接続され、信号光を出力する半導体発光素子とを備えていることを特徴とする双方向光半導体装置。 - 信号光を送信する半導体発光装置と、前記信号光を伝達する伝送路と、該伝送路により伝達された信号光を受信する半導体受光装置とを備え、
前記半導体受光装置は、前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の光半導体装置からなることを特徴とする光伝送システム。 - 信号光を送信する半導体発光素子と信号光を受信する光半導体受光素子とを有する双方向光半導体装置と、前記信号光を伝達する光ファイバとを備え、
前記双方向光半導体装置は、前記請求項５に記載の双方向光半導体装置からなることを特徴とする光伝送システム。
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