(57)【要約】【課題】電気−光結合デバイスを提供する。【解決手段】本発明の実施例に従う装置は、第１の半導体基板内に定義された第１のトレンチを含む。第１の半導体基板内の第１のトレンチの第１の端部に第１のリフレクタが定義される。第１のリフレクタは、第１のトレンチの軸に対し角度をなす。第１のトレンチの第２の端部に第１の光ファイバが配置される。光学ソースは、第１のトレンチに隣接して第１の半導体基板に取り付けられる。光学ソースは、第１のリフレクタを介し、第１の光ファイバと光学的に結合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
第１の半導体基板内に定義される第１のトレンチと、
前記第１の半導体基板内の前記第１のトレンチの第１の端部に定義され、該第１のトレンチの軸に対し角度をなす第１のリフレクタと、
前記第１のトレンチ内の第２の端部に配置される第１の光ファイバと、
前記第１のトレンチに隣接して前記第１の半導体に取り付けられ、前記第１のリフレクタを介し、前記第１の光ファイバに光学的に結合される光学ソースと、
を含む装置。
【請求項２】
前記光学ソースは、縦型空洞表面放出レーザを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の半導体基板が取り付けられるプリント回路基板をさらに含み、該プリント回路基板は、前記光学ソースに結合されるコンタクトを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記半導体基板を覆うように取り付けられて前記光学ソースを囲むリッドをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記リッドは、前記第１のトレンチ内に前記第１の光ファイバを固定するよう適合され、前記第１の光ファイバは、前記第１のトレンチとパッシブアラインメントされる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の半導体基板に取り付けられる第２の半導体基板内の回路をさらに含み、該回路は、前記光学ソースと電気的に結合する、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記リッドは、前記第２の半導体基板と、前記光学ソースとを囲むよう適合される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記リッドは、前記第２の半導体基板および前記光学ソースにＥＭＩ（電磁干渉）遮蔽を提供するよう適合される、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の半導体基板に集積される回路をさらに含み。該回路は、前記光学ソースと電気的に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１のリフレクタは、曲率を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１のリフレクタは、実質的に平面である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記光学ソースがそれを通じて前記第１の光ファイバに光学的に結合される導波路をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記光学ソースがそれを通じて前記第１の光ファイバに光学的に結合されるレンズをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１の半導体基板内に定義される第２のトレンチと、
前記第１の半導体基板内で前記第２のトレンチの第１の端部に定義され、前記第２のトレンチの軸に対し角度をなす第２のリフレクタと、
前記第２のトレンチの第２の端部に配置される第２の光ファイバと、
前記第２のトレンチに隣接して前記第１の半導体基板に取り付けられ、前記第２のリフレクタを介し前記第２の光ファイバに光学的に結合される光受信機と、
をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
装置であって、
第１の半導体基板内にエッチングされた第１の溝と、
前記第１の半導体基板内の前記第１の溝の第１の端部に定義され、前記第１の溝に対し角度をなす第１のリフレクタと、
前記第１の溝の第２の端部に配置される第１の光ファイバと、
前記第１の溝に隣接して前記第１の半導体基板に取り付けられ、前記第１のリフレクタを介し、前記第１の光ファイバに光学的に結合される光受信機と、
を含む装置。
【請求項１６】
前記第１の半導体基板が取り付けられるプリント回路基板をさらに含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記半導体基板を覆うように取り付けられて前記光受信機を囲むリッドをさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記リッドは、前記第１の溝内に前記第１の光ファイバを固定するよう適合され、前記第１の光ファイバは、前記第１の溝とパッシブアラインメントされる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記光受信機に電気的に取り付けられる回路をさらに含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の半導体基板内に定義される第２の溝と、
前記第１の半導体基板内で前記第２の溝の第１の端部に定義され、前記第２の溝の軸に対し角度をなす第２のリフレクタと、
前記第２の溝の第２の端部に配置される第２の光ファイバと、
前記第２の溝に隣接して前記第１の半導体基板に取り付けられ、前記第２のリフレクタを介し前記第２の光ファイバに光学的に結合される光学ソースと、
をさらに含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
システムであって、
電気回路設計を含む第１のシステムデバイスと、
前記第１のシステムデバイスから電気信号を受信するよう電気的に結合された第１の結合デバイスであって、
第１の半導体基板内に定義され、該第１の半導体基板内に第１の端部と第２の端部とを
有する第１のトレンチと、
前記第１の半導体基板内の第１のトレンチの第１の端部に定義され、該第１のトレンチ
の軸に対し角度をなす第１のリフレクタと、
第１の端部と第２の端部とを有し、該第１の端部は、前記第１のトレンチの第２の端部
に配置される第１の光ファイバと、
前記第１のトレンチに隣接して前記第１の半導体基板に取り付けられ、前記第１のリ
フレクタを介し前記第１の光ファイバに光学的に結合され、前記第１の電気信号に応答して前記第１の光ファイバの第１の端部を介し第１の光信号を伝送するよう適合される光学ソースと、を含む第１の結合デバイスと、
前記第１の光ファイバに結合され、前記第１の光ファイバの第２の端部から前記第１の信号を受信する第２のシステムデバイスと、
を含むシステム。
【請求項２２】
前記光学ソースは、縦型空洞表面放出レーザである、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第１の結合デバイスは、
前記第１の半導体基板内に定義され、該第１の半導体基板内に第１の端部および第２の端部を有する第２のトレンチと、
前記第１の半導体基板の前記第２のトレンチの前記第１の端部に定義され、該第２のトレンチの軸に対し角度をなす第２のリフレクタと、
第１の端部と第２の端部とを有し、前記第１の端部は、前記第２のトレンチの第２の端部に配置される第２の光ファイバと、
前記第２のトレンチに隣接して前記第１の半導体基板に取り付けられ、前記第２のリフレクタを介し前記第２のファイバに光学的に結合され、前記第２の光ファイバの前記第１の端部から第２の光信号を受信するよう適合される光受信機であって、前記第１のシステムデバイスは、前記第２の光信号に応答して第２の電気信号を受信するよう適合される光受信機と、
をさらに含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第１の半導体基板に取り付けられた第２の半導体基板に含まれ、前記光学ソースと前記光受信機とに結合され、前記光学ソースから前記第１の光信号を伝送するべく前記電気信号を受信するよう結合される回路をさらに含み、前記光受信機は、前記回路から前記第２の電気信号を伝送すべく前記第２の光信号を受信するよう適合される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記半導体基板を覆うように取り付けられて前記光学ソースおよび前記光受信機を囲むリッドをさらに含む請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記リッドは、前記第１のトレンチ内に前記第１の光ファイバを固定し、かつ、前記第２のトレンチ内に前記第２の光ファイバを固定するよう適合される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
方法であって、
第１の電気信号を第１の光信号に変換する段階と、
第１の半導体基板内で定義される第１のトレンチの第１の端部で定義される第１のリフレクタから前記第１の光信号を反射する段階と、
前記第１のリフレクタから反射された前記光信号を前記第１のトレンチの第２の端部に配置された第１の光ファイバへと導く段階と、
を含む方法。
【請求項２８】
前記第１の半導体基板内に定義された第２のトレンチの第２の端部に配置された第２の光ファイバから第２の光信号を受信する段階と、
前記半導体基板内の前記第２のトレンチの第１の端部に定義された第２のリフレクタから前記第２の光信号を反射する段階と、
前記第２のリフレクタから反射された前記第２の光信号を第２の電気信号に変換する段階と、
をさらに含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１の電気信号を前記第１の光信号に変換する段階は、
前記第１の半導体基板に取り付けられる第２の半導体基板に配置された回路により第１の電気信号を受信することと、
前記第１の電気信号に応答し、前記第１のトレンチに隣接して前記第１の半導体基板に取り付けられ、かつ、前記第１の光信号を前記第１のリフレクタに導くよう適合される縦型空洞表面放出レーザを駆動することと、
を含む請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１の半導体基板を覆うように取り付けられたリッドにより前記光学ソースを囲む段階と、
前記第１のトレンチに前記第１の光ファイバをパッシブアラインメントする段階と、
をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね光デバイス、詳しくは、出力カプラに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気装置を短距離間で接続する場合は一般的に銅線による電気相互接続が用いられる。銅線による相互接続は、比較的単純かつ安価で信頼性も高いからである。しかしながら、マイクロプロセッサのクロック周波数が増え続けると、信号減衰、電磁干渉（ＥＭＩ）、および、クロストークなどの要因によりプリント回路基板（ＰＤＢ）における銅線による電気相互接続の周波数制限がきびしくなる。
【０００３】
レーザはよく知られたデバイスで、誘導放出により光を放射し、かつ、赤外線から紫外線に及ぶ周波数スペクトルのコヒーレント光ビームを生じる。レーザの用途は非常に幅広い。光通信またはネットワーク用途では、データまたは他の情報がエンコードされて伝送される光または光ビームを生成するために半導体レーザが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の教示に従う結合デバイスの一実施例の断面図である。
【図２】本発明の教示に従う結合デバイスの他の実施例の断面図である。
【図３】本発明の教示に従う結合デバイスのさらなる他の実施例の断面図である。
【図４】本発明の教示に従う相互接続された複数の結合デバイスの実施例を示す図である。
【図５】本発明の教示に従う、リフレクタを介し光ファイバに光学的に結合された光学ソースの実施例を示す図である。
【図６】本発明の教示に従う、光学ソースと光ファイバとの結合損失の関係の一実施例と、光ファイバと光受信機との結合損失の関係の一実施例とを距離関数として示す図である。
【図７】本発明の教示に従う、様々な位置ずれに対する光学ソースと光ファイバとの結合損失の関係の一実施例を距離関数として示す図である。
【図８】本発明の教示に従う、様々な位置ずれに対する光ファイバと光受信機との結合損失の関係の一実施例を距離関数として示す図である。
【図９】本発明の教示に従う、複数の結合デバイスと複数のシステムデバイスとを利用するシステムの一実施例を示すブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明を添付の図面を参照して例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。
電気−光および／または光−電気カプラを提供する方法および装置が開示される。
本発明の完全なる理解を目的とし、以下に本発明を詳細に説明する。しかしながら、特定の詳細な説明がなくとも本発明を実施できることは、当業者にとって明らかであろう。その他、本発明の開示を不明瞭にしないよう、よく知られた材料または方法については詳しく説明していない。
【０００６】
明細書中の「１つの実施例」または「一実施例」は、実施例に関連して記載された特定の機能、構造、または、特徴が、本発明の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。したがって、明細書中を通じて随所に見られる「一実施例では」という言い回しは、必ずしも同じ実施例を指すものではない。さらに、特定の特徴、構造、または、特性は、１つまたはそれ以上の実施例中で適切なやり方で組み合わせてもよい。
【０００７】
以降述べるように、本発明の実施例は、パターン化されかつエッチングされる半導体基板を含む結合デバイスを提供する。結合デバイスは、縦型空洞表面放出レーザ（ＶＣＳＥＬ）、ＰＩＮフォトダイオード、光ファイバ、集積回路設計、および、シールリッドなどの光デバイスの集積用アセンブリテンプレートを提供するために利用できる。
【０００８】
本発明の教示によれば、本明細書に記載される結合デバイスの実施例の１つの利点としては、半導体基板上にリソグラフィで定義された構造を組み込むことができることである。それによって、光ファイバなどの様々な光学部品のパッシブアラインメントを実現すべく用いられる。
【０００９】
本発明の教示によれば、一実施例において、パッシブアラインメント実装技術により、光学部品のアラインメントのための、厳密で時間がかかり、かつ、非常に高価な閉ループ処理は必要なくなる。また、本発明の教示によれば、インフラおよびスケールメリットの両方を備えることにより、例えばシリコンなどの半導体材料の製造コストを本質的に引き下げながら、光モジュールを組み立てるパッシブアラインメント技術を用いて非常に低価格な光結合アセンブリの実装を可能にする。本発明の実施例に従う結合デバイスのさらなる利点は、他の半導体機能を基板に集積できるということである。
【００１０】
以下の様々な実施例において述べるように、半導体基板は、高周波数で動作する高速マイクロストリップまたはコプラナ伝送ラインに加えてドライバおよび／またはレシーバ集積回路を含み、また、下部のプリント回路基板（ＰＣＢ）に接続するためのスルーホール（バイアホール）を含んでよい。
【００１１】
これらの実施例では、ＰＣＢとコネクタとをサーバブレード、あるいは、ＩＣまたは他の構成要素を含む他のＰＣＢ上で嵌合することによりコネクトライゼーションが生じ得る。
【００１２】
一実施例では、本発明に従う集積回路を備えた結合デバイスは、それ自体がネットワークプロセッサとして利用されるか、または、他の適切な用途に利用されることもできる。
【００１３】
例えば、図１は、本発明の教示に従う、結合デバイス１０１の一実施例の断面図である。本実施例に示すように、結合デバイス１０１は、第１の半導体基板１０３内で定義される第１のトレンチ１０５を含む。第１のリフレクタ１０７は、第１の半導体基板１０３内の第１のトレンチ１０５の第１の端部に定義される。一実施例では、第１のリフレクタ１０７は、第１のトレンチ１０５の軸に対し角度をなす。第１の光ファイバ１０９は、第１のトレンチ１０５の第２の端部に配置される。
【００１４】
一実施例では、第１のトレンチ１０５は、Ｖ字溝あるいはＵ字溝のような、半導体基板１０３内でエッチングされるかまたは定義されるトレンチまたは溝であり、光ファイバ１０９がトレンチ１０５内に配置または収容されるとき、光ファイバ１０９は、トレンチ１０５内でパッシブアラインメントされる。一実施例では、光デバイス１１１は、第１のリフレクタ１０７を介し第１の光ファイバ１０９と光学的に結合するよう、第１のトレンチ１０５に隣接して第１の半導体基板１０３に取り付けられる。一実施例では、光デバイス１１１は、光学ソースであり、リフレクタ１０７を介し、光信号１１３を光ファイバ１０９に出力する。他の実施例では、光デバイス１１１は、光受信機であり、リフレクタ１０７を介し光ファイバ１０９から光信号１１３を受信する。さらに他の実施例では、光ビーム１０９がそれぞれの光ファイバ１０９を介し結合デバイスから伝送されるか、または、結合デバイス１０１により受信されるよう、複数のトレンチ１０５が半導体基板１０３内で定義され、対応する光ファイバ１０９がそれぞれのトレンチ１０５に配置され、また、対応する光デバイス１１１が対応するトレンチ１０５に隣接して配置される。したがって、本発明の教示によれば、光カプラ１０１の実施例は、光デバイス１１１用の実装基板として半導体基板１０３を用いる。
【００１５】
光デバイス１１１が光学ソースである実施例では、光デバイス１１１は、例えばＶＣＳＥＬのようなレーザ、または、他の適切な光学ソースを含む。光デバイス１１１が光受信機である実施例では、光デバイス１１１は、例えば、ＰＩＮフォトダイオードのような光検出器、または、他の適切な光学式検出器を含む。図１の実施例に示すように、半導体基板１０３は、ＰＣＢ１１５に取り付けられる。一実施例では、ＰＣＢは、例えばＦＲ４材料などのガラス繊維エポキシラミネート、または、他の適切な材料でできている。一実施例では、ＰＣＢ１１５は、半導体基板１０３と電気的に結合するコンタクト１１７を含む。一実施例では、コンタクト１１７は、導体１２１およびはんだバンプ１２３、または、他の適切な電気的接続を介し、半導体基板１０３に結合されている。一実施例では、コンタクト１１７は、一実施例において電気信号１１９を送受信するべく結合されたエッジコネクタを提供するようＰＣＢ１１５上に配置される。
【００１６】
一実施例では、結合デバイス１０１は、第１の半導体基板１０３に取り付けられた第２の半導体基板１２７に含まれる回路１２５をさらに含む。図に示すように、回路１２５は、導体１２９およびコンタクト１３１を介し、光デバイス１１１とＰＣＢ１１５との間に電気的に結合されている。、スルーホール（バイアホール）、ワイヤ接合、または、他の適切な導電構造を用いて実装されてよい。一実施例では、回路１２５は、例えば、光デバイス１１１を駆動および／または制御する相補的金属酸化物半導体素子（ＣＭＯＳ）ドライバおよび／または制御回路などのような回路設計を含む。
【００１７】
例えば、光デバイス１１１が光学ソースを含む実施例では、回路１２５は、電気信号１１９を受信し、かつ、電気信号１１９から適切な電力レベルの光信号１１３への電気−光変換を実行する際に光デバイス１１１を援助するよう結合される。その時、光デバイス１１１は、電気信号１１９に応答して光信号１１３を出力する。一実施例では、光信号１１３は、光デバイス１１１のＶＣＳＥＬから、半導体基板１０３内のトレンチ１０５の端部に定義されたリフレクタ１０７に向けられる。光信号１１３は、その後、リフレクタ１０７からトレンチ１０５のもう一方の端部に配置された光ファイバ１０９の中へと導かれる。
【００１８】
光デバイス１１１が光受信機を含む実施例では、光信号１１３は、光ファイバ１０９内へと導かれ、リフレクタ１０７から反射されることによって光デバイス１１１の光受信機に受信されるよう光学的に結合される。回路１２５は、光デバイス１１１に結合され、光信号１１３を電気信号１１９の適切な値に変換するべく光デバイス１１１と共に光−電気変換を実行する手助けをするよう適合される。その時、回路１２７は、光信号１１３に応答し、コンタクト１１７において電気信号１１９を出力する。
【００１９】
図１に示すように、結合デバイス１０１は、一実施例において半導体基板１０３を覆うように取り付けられ、かつ、光デバイス１１１を囲むリッド１３３も含む。一実施例では、リッド１３３は、囲むものを保護する。一実施例では、リッド１３３は、光デバイス１１１に密閉をもたらし、および／または、結合デバイス１０１の効率および性能を高め、かつ、より長くより光強度の小さい非常に高感度のリンクを実現する手助けをする。
【００２０】
図に示すように、一実施例においてリッド１３３は、光ファイバ１０９を第１のトレンチ１０５内に固定する手助けもする。第１のトレンチ１０５内に固定れることにより、光ファイバ１０９は、第１のリフレクタ１０７を介し光信号１１３が光デバイス１１１と正しく位置合せされるよう、パッシブアラインメントされる。
【００２１】
図１の実施例には、結合デバイス１０１が１つの光デバイス１１１、１つのトレンチ１０５、および、１つの光ファイバ１０９を含むよう示されているが、他の実施例では、複数の対応する光デバイス１１１、トレンチ１０５、および、光ファイバ１０９が結合デバイス１０１に含まれていてよい。
例えば、一実施例では、光デバイス１１１の１つは、光送信機であり、他の光デバイス１１１は、光受信機であってよい。各光デバイス１１１は、それぞれのトレンチ１０５に隣接して半導体基板１０３に取り付けられる。それぞれのトレンチは、それぞれのリフレクタ１０７を含み、それに伴いそれぞれの光ファイバは、光信号が正しく位置合せされるようパッシブアラインメントされる。このような実施例において、結合デバイス１０１は、光信号１１３を送受信し、かつ、対応する電気−光および／または光−電気変換を実行するよう適合される。さらに他の実施例では、複数の光デバイス１１１は、光送信機であり、および／または、複数の光デバイス１１１は、光受信機である。
【００２２】
図２は、本発明の教示に従う結合デバイス２０１の他の実施例の断面図である。図２に示された結合デバイス２１０の実施例は、図１に示された結合デバイス１０１の実施例と共通点を有する。例えば、図２に示すように、結合デバイス２０１は、第１の半導体基板２０３内で定義される第１のトレンチ２０５を含む。第１のリフレクタ２０７は、第１の半導体基板２０３の第１のトレンチ２０５内に定義される。第１の光ファイバ２０９は、第１のトレンチ２０５内に配置される。
【００２３】
一実施例では、光ファイバ２０９がトレンチ２０５内に配置されるかまたは収容されるときは、トレンチ２０５内でパッシブアラインメントされる。一実施例では、光デバイス２１１は、第１のリフレクタ２０７を介し第１の光ファイバに光学的に結合されるよう、第１の半導体基板２０３に取り付けられる。一実施例では、光デバイス２１１は、光学ソースであり、リフレクタ２０７を介し、光ファイバ２０９に光信号２１３を出力する。他の実施例では、光デバイス２１１は、光受信機であり、リフレクタ２０７を介し、光ファイバ２０９から光信号２１３を受信する。
【００２４】
一実施例では、半導体基板２０３は、ＰＣＢ２１５に取り付けられる。
一実施例では、ＰＣＢ２１５は、導体２２１およびはんだバンプ２２３を介し半導体基板２０３に電気的に結合されるコンタクト２１７を含む。一実施例では、コンタクト２１７は、一実施例において電気信号２１９を送受信するよう結合されるコネクタを提供する。一実施例では、結合デバイス２０１は、第１の半導体基板２０３に取り付けられる第２の半導体基板２２７内に含まれる回路２２５をさら含む。回路２２５は、導体２２９およびコンタクト２３１を介し光デバイス２１１とＰＣＢ２１５との間に電気的に結合される。一実施例では、回路２５５は、光デバイス２１１を駆動および／または制御する回路設計を含む。
【００２５】
図２に示すように、結合デバイス２０１は、リッド２３３をさらに含む。図２に示す一実施例では、リッド２３３は、半導体基板２０３を実質的に覆うように取り付けられ、第２の半導体基板２２７のみならず光デバイス２１１も囲む。一実施例では、リッド２３３は、囲むものを保護し、かつ、密閉またはＥＭＩ遮蔽をもたらす。図２に示された実施例では、第２の半導体基板２７７は、トレンチ、または、第１の半導体基板２０３内にエッチングまたは形成されている開口内に取り付けられる。そのような実施例では、リッド２３３の全高は、第２の半導体基板２２７を収容するよう低くしてよい。
【００２６】
図３は、本発明の教示に従う、結合デバイス３０１のさらに他の実施例の断面図を示す。図３に示された結合デバイス３０１の実施例は、図１および図２に示されている結合デバイス１０１おとび２０１の実施例との共通点を有する。例えば、図３に示すように、結合デバイス３０１は、第１の半導体基板３０３内に定義される第１のトレンチ３０５を含む。第１のリフレクタ３０７は、第１の半導体基板３０３における第１のトレンチ３０５内に定義される。一実施例では、第１のリフレクタ３０７は、第１のトレンチ３０５に対し角度をなす。第１の光ファイバ３０９は、第１のトレンチ３０５内に配置される。一実施例では、光ファイバ３０９は、トレンチ３０５内に配置されるかまたは収容されるとき、トレンチ３０５内でパッシブアラインメントされる。
【００２７】
一実施例では、光デバイス３１１は、第１のリフレクタ３０７を介し第１の光ファイバ３０９に光学的に結合されるよう、第１の半導体基板３０３に第１のトレンチ３０５に隣接して取り付けられる。一実施例では、光デバイス３１１は、光学ソースであり、リフレクタ２０７を介し光ファイバ３０９に光信号３１３を出力する。他の実施例では、光デバイス３１１は、光受信機であり、リフレクタ３０７を介し光ファイバ３０９から光信号３１３を受信する。
【００２８】
一実施例では、半導体基板３０３は、ＰＣＢ３１５に取り付けられる。一実施例では、ＰＣＢ３１５は、導体３２１およびはんだバンプ３２３を介し半導体基板３０３と電気的に結合されるコンタクト３１７を含む。一実施例では、コンタクト３１７は、一実施例において電気信号３１９を送受信するよう結合されるコネクタを提供する。
【００２９】
一実施例では、結合デバイス３０１は、第１の半導体基板３０３に直接集積される回路３２５をさらに含む。図３実施例に示すように、回路３２５は、導体３２９およびコンタクト３３１を介し、光デバイス２１１とＰＣＢ３１５との間に電気的に結合される。一実施例では、回路３２５は、光デバイス３１１を駆動するかまたは制御する回路設計を含む。
【００３０】
図３に示すように、結合デバイス３０１は、リッド３３３も含む。図３に示す実施例では、リッド３３３は、半導体を覆うように取り付けられ、光デバイス３１１を囲む。一実施例では、リッド３１１は、囲むものを保護し、密閉またはＥＭＩ遮蔽を提供する。
【００３１】
図４は、本発明の教示に従う、相互接続された複数の結合デバイス４０１Ａおよび４０１Ｂの実施例を示す。一実施例では、結合デバイス４０１Ａは、結合デバイス４０１Ｂと実質的に同様である。一実施例では、結合デバイス４０１Ａおよび４０１Ｂは、先に述べた結合デバイス１０１、２０１、および／または、３０１の実施例の少なくとも１つと実質的に同様である。例えば、結合デバイス４０１Ａは、リッドと、図４の実施例に示されるようなＰＣＢ４１５上に取り付けられた半導体基板４３３および４０３とを含む。一実施例では、コンタクト４１７は、カプラ４０１Ａへの電気的接続を提供するようＰＣＢ４１５に含まれる。
【００３２】
図４に示された実施例では、結合デバイス４０１Ａおよび４０１Ｂは、複数の光ファイバ４０９Ａおよび４０９Ｂを介し結合する。一実施例では、光ファイバ４０９Ａおよび４０９Ｂは複数の光信号または光ビームが結合デバイス４０１Ａおよび４０１Ｂ間で送受信できるようにする。一実施例では、光ファイバ４０９Ａおよび４０９Ｂは、結合デバイス４０１Ａと４０１Ｂと間の双方向光結合を提供する。
【００３３】
図５は、本発明の教示に従う、リフレクタを介し光ファイバに光学的に結合される光学ソースの実施例をより詳細に示す。記載された実施例に示すように、トレンチ５０５は、半導体基板５０３内に定義される。一実施例では、実質的に平面のリフレクタ５０７Ａがトレンチ５０５の端部に定義される。他の実施例では、曲率を有するリフレクタ５０７Ｂがトレンチ５０５の端部に定義される。
【００３４】
一実施例では、例えば、メタライゼーション材料および／または他の適切な材料である反射材料がリフレクタ５０７Ａまたは５０７Ｂ上でパターン化されることにより、リフレクタ５０７Ａまたは５０７Ｂの反射率を向上させる。
【００３５】
図示されるように、光ファイバ５０９は、トレンチ５０５内の第２の端部に配置される。一実施例では、光ファイバがトレンチ５０５内に配置されるとき、光デバイス５０９がトレンチ５０５とパッシブアラインメントされるよう、トレンチ５０５は半導体基板５０３内に定義される。一実施例では、光デバイス５１１は、ＶＣＳＥＬなどの光学ソースであり、光信号５１３をリフレクタ５０７Ａまたは５０７Ｂへと導く。その後光信号５１３は、リフレクタ５０７Ａまたは５０７Ｂから光ファイバ５０９へと導かれる。本発明の教示によれば、図５の実施例に示すように、リフレクタ５０７Ａおよび／または５０７Ｂからそれぞれ反射された光信号５１３Ａおよび／または５１３Ｂは、光ファイバ５０９内に導かれる。
【００３６】
図５に示す実施例では、光信号５１３は、トレンチ５０５の自由な空間を通って導かれるように示されている。一実施例では、トレンチ５０５は、１つまたはそれ以上のレンズ５５５、および／または、導波路５５７、および／または、他の適切な光学要素を任意で含むことにより、光デバイス５１１および光ファイバ５０９と光学的に結合してもよい。
【００３７】
本発明の教示によれば、図５では、光デバイス５１１は光学ソースとして示されているが、光デバイス５１１は光受信機でもよく、また、光信号５１３は、リフレクタ５０７Ａまたは５０７Ｂを介し光ファイバ５０９から光デバイス５１１へと導かれてもよい。
【００３８】
本発明の実施例で取り上げられる技術的な問題は、光学ソースと光ファイバとの間の結合損失、および／または、光ファイバと光受信機との間の結合損失を含む。一実施例では、マルチモードファイバ（ＭＭＦ）が光ファイバとして用いられる。本発明の教示によれば、例えば、図６（図６３７）は、光学ソースと光ファイバとの結合損失の関係の一実施例と、光ファイバと光受信機との結合損失の関係の一実施例とを距離関数として示す。特に図６３７のプロット６３９は、本発明の一実施例に従うＭＭＦに対するＶＣＳＥＬの模擬結合損失（ｄＢ）をＶＣＳＥＬからＭＭＦまでのμｍ範囲の光学距離関数として示す。図６３７のプロット６４１は、本発明の一実施例に従うＰＩＮ光検出器に対するＭＭＦの模擬結合損失（ｄＢ）をＭＭＦからＰＩＮ光検出器までのμｍ範囲の光学距離関数として示す。プロット６３９および６４１からわかるように、距離としての結合損失は非常にわずかなもので、１００μｍ未満である。
【００３９】
本発明の実施例で取り上げられる他の技術的な問題は、構成要素間の物理的距離が主な要因である、光学部品の位置ずれに対する許容範囲を含む。本発明の実施例においては、光ビームはすばやく分散するので、密接な平行開口と同様、成分間の距離が短くなるほど結合損失も減少する。光路長は、水平距離および垂直距離である２つの主成分を有する。半導体基板またはダイにより光路が影になることを緩和すべく、本発明の実施例においては、垂直距離は、光ビームのダイバージェンスにより決定される。水平距離は、半導体基板のエッジに関する光学的開口の位置により、また、ダイエッジとファイバ面との間の距離に対するアセンブリ許容度により決定される。４５度結合ミラーおよびダイバージェンス１４度までのＶＣＳＥＬ（一般的に８５０nmのＶＣＳＥＬ）では、光路長は、１５０μｍまでであり、受光路長も同様である。これらの値を用い、ダイとファイバとの配置プロセス、または、ガラスファイバのクリーブ角度のいずれかによる角度および縦の位置ずれに対する光路の感度を計算することができる。分析の結果、１５０μｍでは±２度の傾斜角は、１ｄＢより小さい過剰損失を生ずる。
【００４０】
例えば、本発明の教示に従う、図７および図８は、様々な位置ずれに対する、光学ソースと光ファイバとの結合損失の関係、および、光ファイバと光受信機との結合損失の関係の実施例を距離関数として示す図である。例えば、図７（図７３７）は、例えばマルチモード８５０ｎｍ  ＶＣＳＥＬとＭＭＦ配置の縦の位置ずれに対する感度を示す。特に、プロット７４３は、オフセットゼロでの模擬結合損失を示し、プロット７４５は、オフセット約１０μｍでの模擬結合損失を示し、プロット８４７は、オフセット約２０μｍの模擬結合損失を示す。
【００４１】
図８に示す実施例では、図８３７は、例えば、直径８０μｍのフォトダイオードの位置ずれに対するＭＭＦの感度を示す。特に、プロット８３４は、オフセットゼロでの模擬結合損失を示し、プロット８４５は、オフセット約１０μmでの結合損失を示し、プロット８４７は、オフセット約２０μｍでの結合損失を示す。
【００４２】
図７（図７３７）および図８（図８３７）は、本発明の実施例に従う、距離１５０μｍにおける１０μｍ以下の縦の位置ずれは、１ｄＢより小さい追加の結合損失を生じることを示す。
【００４３】
図９は本発明の教示に従う、複数のシステムデバイスに結合された複数の結合デバイスを用いるシステムの一実施例を示す。特に、システム９４９は、第２のシステムデバイスに結合された第１のシステムデバイス９５１を含む。システムデバイス９５１は、結合デバイス９０１Ａを含み、システムデバイス９５３は、結合デバイス９０１Ｂを含む。一実施例では、結合デバイス９０１Ａおよび結合デバイス９０１Ｂは、先に述べた結合デバイスの少なくと１つと実質に同様である。一実施例では、システムデバイス９５１および９５３は、電子デバイスであり、光ファイバ９０９を介し結合する。
動作中、システムデバイス９５１は、システムデバイス９５３に伝送される電子信号９１９を生成する。そのとき、電子信号９１９は、結合デバイス９０１Ａ内で光信号９１３に変換される。光信号９１３は、光ファイバ９０９を介し結合デバイス９０１Ａから結合デバイス９０１Ｂへと導かれる。その後、光信号９１３は、カプラ９０１Ｂにおいて電気信号９１９へと再変換され、システムデバイス９５３に受信される。本発明の教示によれば、一実施例では、システムデバイス９５１と９５３との間の通信は、一方向性または双方向性である。
【００４４】
以上本願発明の特定の実施例を図示し説明したが、本発明の精神または添付クレームの範囲を逸脱せずに種々の変更改造を加えうることは明らかなところである。本明細書および図面は例示にすぎず、したがって本発明を制限するものでない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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