(57)【要約】  本発明の実施形態は光学アセンブリに関し、光学アセンブリは、光学的放射のビームを生成するように構成された光エミッタと、前記光エミッタを保持するキャップユニットと、結合器を含むフォトニックチップと、前記キャップユニットと前記フォトニックチップとの間に配置される中間チップと、を含み、前記キャップユニットは、底部及び側壁を有する凹部を含み、前記光エミッタは前記凹部の底部に取り付けられ、前記側壁の一区画は、前記底部に対して傾斜されるとともに、前記光学的放射のビームを前記結合器の方に反射するように構成されたミラー区画を形成し、前記中間チップは、前記キャップユニットに対向する前記中間チップの面のレンズ区画に形成されるレンズを含み、該レンズは、反射された光ビームを前記結合器の方に集束させるように構成されている。
2021521484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的放射のビームを生成するように構成された光エミッタと、
前記光エミッタを保持するキャップユニットと、
結合器を含むフォトニックチップと、
前記キャップユニットと前記フォトニックチップとの間に配置される中間チップと、
を含む光学アセンブリであって、
前記キャップユニットは、底部及び側壁を有する凹部を含み、
前記光エミッタは前記凹部の底部に取り付けられ、
前記側壁の一区画は、前記底部に対して傾斜するとともに、前記光学的放射のビームを前記結合器の方に反射するように構成されたミラー区画を形成し、
前記中間チップは、前記キャップユニットに対向する前記中間チップの面のレンズ区画に形成されるレンズを含み、該レンズは、反射された光ビームを前記結合器の方に集束するように構成されている、光学アセンブリ。
【請求項２】
前記レンズは第１の軸と、該第1の軸に垂直な第２の軸とを含み、
前記レンズの前記第１の軸に沿った曲率半径は、前記第２の軸に沿った曲率半径と異なる、請求項１に記載の光学アセンブリ。
【請求項３】
前記光エミッタの発光方向は前記第１の軸の方向に対応し、
前記第１軸に沿った曲率半径は、前記第２の軸に沿った曲率半径よりも２％〜１５％大きい、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項４】
前記中間チップと前記フォトニックチップとの間に配置されるインターポーザチップをさらに含み、
前記インターポーザチップは、前記中間チップに対向する前面と、前記フォトニックチップに対向する背面とを有し、
前記背面は、前記レンズと前記結合器との間のビーム経路内に位置する孔を含む、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項５】
前記孔は、前記インターポーザチップの前面から背面に延びる貫通孔である、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項６】
前記孔内に回転子が配置される、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項７】
前記孔内に回転子と、前記光学的放射の波長に対するλ／２波長板とが配置される、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項８】
前記孔内に偏光子と、回転子と、前記光学的放射の波長に対するλ／２波長板とが配置される、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項９】
前記インターポーザチップと前記中間チップとは埋め込み酸化物層により互いに接合され、
前記孔は、前記インターポーザチップの背面から、前記インターポーザチップを通り、前記埋め込み酸化物層を通って前記中間チップに延びる、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項１０】
前記インターポーザチップ、前記中間チップ及び前記埋め込み酸化物層はＳＯＩチップにより形成されている、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項１１】
前記キャップユニットは、シリコン上部層、埋め込み酸化膜及び下部層を有するＳＯＩチップを含み、
前記凹部は、前記シリコン上部層の外面から前記埋め込み酸化物層に又は前記埋め込み酸化物層を通って前記下部層に延び、
前記凹部の底部は、前記埋め込み酸化物層の一区画又は前記下部層の一区画により形成されている、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項１２】
前記キャップユニットは、前記凹部が形成される前面を有する半導体基板を含み、
前記レンズが形成される前記中間チップの面は、前記キャップユニットの前面が接合される少なくとも１つの接合区画を含む、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項１３】
前記半導体基板は（１１０）配向基板であり、前記前面は（１１０）面により形成され、
前記ミラー区画は（１１１）面である、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項１４】
前記光エミッタの第１の電気接点は前記キャップユニットの導電層に接続され、前記キャップユニットの導電層は、前記凹部の底部から前記キャップユニットの第１の接合区画に延び、前記キャップユニットの第１の接合区画は前記凹部の外側に位置するとともに、前記中間チップの第１の接合区画に接合され、
前記光エミッタの第２の電気接点は前記中間チップの第２の接合区画に直接接合される、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項１５】
前記キャップユニットの導電層は、前記光エミッタが位置する部分の接触領域が、該接触領域の外側よりも厚い、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項１６】
前記キャップユニットの導電層は、前記接触領域において２つ以上の副層で構成される、及び／又は
導電性パッドが前記光エミッタと前記導電層との間に位置する、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項１７】
前記導電層は、前記ミラー区画上に反射コーティングを形成する、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項１８】
前記導電層は、前記凹部の底部と前記キャップユニットの第１の接合区画との間に電気接続区画を形成する、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項１９】
前記中間チップは第１の導電層、第２の導電層及び絶縁層を含み、
前記絶縁層は前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に配置されて、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを互いに絶縁する、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項２０】
前記中間チップの絶縁層は、前記レンズのための反射防止層を形成する、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項２１】
前記キャップユニットの背面にヒートスプレッダが取り付けられ、該背面は、前記凹部が形成される前記前面の反対側である、先行する請求項のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【請求項２２】
光学アセンブリを製造する方法であって、
キャップユニットを製造し、該キャップユニットの上に光エミッタを取り付けるステップであって、該光エミッタは光学的放射のビームを生成するように構成され、該キャップユニットを形成することは、底部及び側壁を有する凹部をエッチングすることと、前記光エミッタを該凹部の底部に取り付けることとを含む、ステップと、
結合器を含むフォトニックチップを形成するステップと、
レンズを含む中間チップを形成し、該中間チップを前記キャップユニットと前記フォトニックチップとの間に配置するステップと、
を含み、
前記側壁の一区画は、前記底部に対して傾斜するとともに、前記光学的放射のビームを前記結合器の方に反射するように構成されたミラー区画を形成し、
前記レンズは、前記キャップユニットに対向する前記中間チップの面のレンズ区画に形成され、前記レンズは、反射された光ビームを前記結合器の方に集束するように構成されている、方法。
【請求項２３】
前記キャップユニットを製造するステップは、導電層を堆積することをさらに含み、
前記導電層は、前記凹部の底部から前記凹部の外側に位置する前記キャップユニットの第１の接合区画に延びて電気接続区画を形成し、
前記導電層は、前記ミラー区画上に反射コーティングをさらに形成する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記導電層の厚さは、前記光エミッタが位置する部分の接触領域において、該接触領域の外側よりも大きい、先行する請求項２２乃至２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記キャップユニットを製造するステップは、前記光エミッタを前記凹部の底部に取り付ける前に、前記凹部の底部にはんだを堆積することをさらに含む、先行する請求項２２乃至２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
前記キャップユニットを製造するステップは、前記凹部の底部と前記ミラー区画との間にはんだ止めを設けることをさらに含む、先行する請求項２２乃至２５のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記キャップユニットを製造するステップは、前記ミラー区画を完全に取り囲むはんだストップを設けることをさらに含む、先行する請求項２２乃至２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記凹部は、前記光エミッタの厚さよりも深い、先行する請求項２２乃至２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記キャップユニットは、（１１０）シリコン上部層、埋め込み酸化物層及び下部層を有するＳＯＩチップを含み、
前記凹部は、前記シリコン上部層の外面から前記埋め込み酸化物層まで又は前記埋め込み酸化物層を通って前記下部層まで異方性エッチングされ、
前記凹部の底部は、前記埋め込み酸化物層の一区画又は前記下部層の一区画により形成され、
前記ミラー区画は、エッチングされた前記凹部の（１１１）面により提供される、先行する請求項２２乃至２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
前記中間チップを形成することは、前記中間チップの一方側に前記レンズをエッチングすることを含む、先行する請求項２２乃至２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
前記中間チップを形成することは、前記中間チップの他方側に反射防止膜を堆積することを含む、先行する請求項２２乃至３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
前記中間チップを形成することは、前記レンズ上に反射防止膜を堆積することを含む、先行する請求項２２乃至３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
前記中間チップを製造するステップは、第１の導電層、絶縁層及び第２の導電層を堆積することを含み、該絶縁層は、該第１の導電層と該第２の導電層との間に配置されて該第１の導電層と該第２の導電層とを互いに絶縁する、先行する請求項２２乃至３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
前記中間チップの絶縁層は、前記レンズ上に反射防止層を形成する、先行する請求項２２乃至３３のいずれかに記載の方法。
【請求項３５】
前記凹部の側壁又は少なくとも前記ミラー区画は、ＫＯＨ又はＴＭＡＨを用いてエッチングされる、先行する請求項２２乃至３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
インターポーザチップを製造し、該インターポーザチップを前記中間チップと前記フォトニックチップとの間に配置するステップをさらに含む、先行する請求項２２乃至３５のいずれかに記載の方法。
【請求項３７】
前記インターポーザチップの背面に孔をエッチングするステップと、
前記レンズと前記結合器との間のビーム経路内に前記孔を位置決めするステップと、
をさらに含む、先行する請求項２２乃至３６のいずれかに記載の方法。
【請求項３８】
前記孔をエッチングするステップは、前記インターポーザチップの前面から背面に延びる貫通孔をエッチングすることを含む、先行する請求項２２乃至３７のいずれかに記載の方法。
【請求項３９】
前記凹部をエッチングするステップは、前記中間チップの所定の位置に前記シリコンキャップを取り付けるのを容易にする位置合わせマークをエッチングすることを含む、先行する請求項２２乃至３８のいずれかに記載の方法。
【請求項４０】
前記インターポーザチップは、シリコン基板、埋め込み酸化物層及び上部シリコン層を有するＳＯＩ材料を含み、
前記孔をエッチングするステップは、前記背面から前記埋め込み酸化物層に延びる止まり孔をエッチングすることを含む、先行する請求項２２乃至３９のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
インターポーザチップに孔をエッチングするステップと、
前記インターポーザチップと前記中間チップとを接合するステップと、
をさらに含む、先行する請求項２２乃至４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
前記インターポーザチップと前記中間チップとを接合した後に、前記中間チップに前記レンズが形成される、先行する請求項２２乃至４１のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
中間酸化物層を介してインターポーザチップと前記中間チップとを接合し、サンドイッチを形成するステップと、
前記中間酸化物層をエッチング停止層として用いて、前記インターポーザチップに貫通孔をエッチングするステップと、
前記孔のエッチング停止層を取り除いて深い孔を形成するステップであって、該深い孔の底部は前記中間チップにより形成される、ステップと、
をさらに含む、先行する請求項２２乃至４２のいずれかに記載の方法。
【請求項４４】
前記インターポーザチップは、シリコン基板、埋め込み酸化物層及び上部シリコン層を有するＳＯＩ材料を含み、
前記孔をエッチングするステップは、前記背面から前記埋め込み酸化物層に延びる止まり孔をエッチングすることを含む、先行する請求項１乃至２１のいずれかに記載の光学アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学アセンブリ及び光学アセンブリを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学アセンブリは、例えば特許文献１に開示されている。この光学アセンブリは、フォトニクス有効化（photonically  enabled）ＣＭＯＳチップへの直接結合をサポートする。このアセンブリはレーザー、マイクロレンズ、回転ミラー、往復偏光回転子及び／又は非往復偏光回転子及び光学ベンチを含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８１６８９３９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、確実に製造することができる光学アセンブリを提供することである。より具体的には、本発明の目的は、光学アセンブリの構成要素間のビーム経路の光学調整に関する小さな公差を実現することである。
【０００５】
本発明のさらなる目的は、光学アセンブリの構成要素間の光学調整に関して公差が小さい光学アセンブリを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態は光学アセンブリに関し、当該光学アセンブリは、光学的放射のビームを生成するように構成された光エミッタと、前記光エミッタを保持するキャップユニットと、結合器を含むフォトニックチップと、前記キャップユニットと前記フォトニックチップとの間に配置される中間チップと、を含み、前記キャップユニットは、底部及び側壁を有する凹部を含み、前記光エミッタは前記凹部の底部に取り付けられ、前記側壁の一区画は、前記底部に対して傾斜するとともに、前記光学的放射のビームを前記結合器の方に反射するように構成されたミラー区画を形成し、前記中間チップは、前記キャップユニットに対向する前記中間チップの面のレンズ区画に形成されるレンズを含み、該レンズは、反射された光ビームを前記結合器の方に集束するように構成されている。
【０００７】
光エミッタは端面発光レーザーであることが好ましい。
【０００８】
前記レンズは第１の軸と、該第1の軸に垂直な第２の軸とを含み得る。
【０００９】
前記レンズの前記第１の軸に沿った曲率半径は、前記第２の軸に沿った曲率半径と異なることが好ましい。
【００１０】
前記光エミッタの発光方向は前記第１の軸の方向に対応することが好ましい。
【００１１】
前記第１軸に沿った曲率半径は、前記第２の軸に沿った曲率半径よりも２％〜１５％大きいことが好ましい。
【００１２】
好ましい実施形態によれば、インターポーザチップが中間チップとフォトニックチップとの間に配置される。
【００１３】
インターポーザチップは、前記中間チップに対向する前面と、前記フォトニックチップに対向する背面とを有し得る。前記背面は、前記レンズと前記結合器との間のビーム経路内に位置する孔を含むことが好ましい。
【００１４】
前記孔は、前記インターポーザチップの前面から背面に延びる貫通孔であり得る。
【００１５】
前記孔内に回転子が配置されることが好ましい。
【００１６】
あるいは又はそれに加えて、前記孔内に前記光学的放射の波長に対するλ／２波長板が配置され得る。
【００１７】
あるいは又はそれに加えて、前記孔内に偏光子が配置され得る。
【００１８】
前記インターポーザチップと前記中間チップとは埋め込み酸化物層により互いに接合されることが好ましい。
【００１９】
前記孔は、前記インターポーザチップの背面から、前記インターポーザチップを通り、前記埋め込み酸化物層を通って前記中間チップに延びることが好ましい。
【００２０】
前記インターポーザチップ、前記中間チップ及び前記埋め込み酸化物層はＳＯＩチップにより形成されているか又は構成され得る。
【００２１】
さらに、前記キャップユニットは、シリコン上部層、埋め込み酸化膜及び下部層を有するＳＯＩチップを含むことが好ましい。
【００２２】
前記凹部は、前記シリコン上部層の外面から前記埋め込み酸化物層に又は前記埋め込み酸化物層を通って前記下部層に延びることが好ましい。前記凹部の底部は、前記埋め込み酸化物層の一区画又は前記下部層の一区画により形成されていることが好ましい。
【００２３】
前記キャップユニットは、前記凹部が形成される前面を有する半導体基板を含むことが好ましい。前記レンズが形成される前記中間チップの面は、前記キャップユニットの前面が接合される少なくとも１つの接合区画を含むことが好ましい。
【００２４】
（前記キャップユニットの）前記半導体基板は（１１０）配向基板であり、前記前面は（１１０）面により形成されていることが好ましい。
【００２５】
前記ミラー区画は（１１１）面であることが好ましい。
【００２６】
さらに好ましい実施形態によれば、前記光エミッタの第１の電気接点は前記キャップユニットの導電層に接続されている。
【００２７】
前記キャップユニットの導電層は、前記凹部の底部から前記キャップユニットの第１の接合区画に延びていることが好ましい。
【００２８】
前記キャップユニットの第１の接合区画は前記凹部の外側に位置するとともに、前記中間チップの第１の接合区画に接合されていることが好ましい。
【００２９】
前記光エミッタの第２の電気接点は前記中間チップの第２の接合区画に直接接合されていることが好ましい。
【００３０】
前記キャップユニットの導電層は、前記光エミッタが位置する部分の接触領域が、該接触領域の外側よりも厚いことが好ましい。
【００３１】
前記キャップユニットの導電層は、前記接触領域において２つ以上の副層で構成されることが好ましい。
【００３２】
あるいは又はそれに加えて、導電性パッドが前記光エミッタと前記導電層との間に位置し得る。
【００３３】
前記導電層は、前記ミラー区画上に反射コーティングを形成することが好ましい。
【００３４】
前記導電層は、前記凹部の底部と前記キャップユニットの第１の接合区画との間に電気接続区画を形成することが好ましい。
【００３５】
前記中間チップは第１の導電層、第２の導電層及び絶縁層を含むことが好ましい。
【００３６】
前記絶縁層は前記第１の導電層と前記第２の導電層との間に配置されて、前記第１の導電層と前記第２の導電層とを互いに絶縁することが好ましい。
【００３７】
前記中間チップの絶縁層は、前記レンズのための反射防止層を形成することが好ましい。
【００３８】
前記キャップユニットの背面にヒートスプレッダが取り付けられ、該背面は、前記凹部が形成される前記前面の反対側であることが好ましい。
【００３９】
本発明のさらなる実施形態は光学アセンブリを製造する方法に関する。当該方法は、
キャップユニットを製造し、該キャップユニットの上に光エミッタを取り付けるステップであって、該光エミッタは光学的放射のビームを生成するように構成され、該キャップユニットを形成することは、底部及び側壁を有する凹部をエッチングすることと、前記光エミッタを該凹部の底部に取り付けることとを含む、ステップと、
結合器を含むフォトニックチップを形成するステップと、
レンズを含む中間チップを形成し、該中間チップを前記キャップユニットと前記フォトニックチップとの間に配置するステップと、
を含み、
前記側壁の一区画は、前記底部に対して傾斜するとともに、前記光学的放射のビームを前記結合器の方に反射するように構成されたミラー区画を形成し、
前記レンズは、前記キャップユニットに対向する前記中間チップの面のレンズ区画に形成され、前記レンズは、反射された光ビームを前記結合器の方に集束するように構成されている。
【００４０】
前記キャップユニットを製造するステップは、導電層を堆積することをさらに含むことが好ましく、
前記導電層は、前記凹部の底部から前記凹部の外側に位置する前記キャップユニットの第１の接合区画に延びて電気接続区画を形成し、
前記導電層は、前記ミラー区画上に反射コーティングをさらに形成する。
【００４１】
前記導電層の厚さは、前記光エミッタが位置する部分の接触領域において、該接触領域の外側よりも大きいことが好ましい。
【００４２】
前記キャップユニットを製造するステップは、前記光エミッタを前記凹部の底部に取り付ける前に、前記凹部の底部にはんだを堆積することをさらに含み得る。
【００４３】
前記キャップユニットを製造するステップは、前記凹部の底部と前記ミラー区画との間にはんだ止めを設けることをさらに含み得る。
【００４４】
前記キャップユニットを製造するステップは、前記ミラー区画を完全に取り囲むはんだストップを設けることをさらに含み得る。
【００４５】
前記凹部は、前記光エミッタの厚さよりも深いことが好ましい。
【００４６】
前記キャップユニットは、（１１０）シリコン上部層、埋め込み酸化物層及び下部層を有するＳＯＩチップを含むことが好ましい。
【００４７】
前記凹部は、前記シリコン上部層の外面から前記埋め込み酸化物層まで又は前記埋め込み酸化物層を通って前記下部層まで異方性エッチングされることが好ましい。
【００４８】
前記凹部の底部は、前記埋め込み酸化物層の一区画又は前記下部層の一区画により形成されることが好ましい。
【００４９】
前記ミラー区画は、エッチングされた前記凹部の（１１１）面により提供されることが好ましい。
【００５０】
前記中間チップを形成することは、前記中間チップの一方側に前記レンズをエッチングすることを含むことが好ましい。
【００５１】
前記中間チップを形成することは、前記中間チップの他方側に反射防止膜を堆積することを含み得る。
【００５２】
前記中間チップを形成することは、前記レンズ上に反射防止膜を堆積することを含むことが好ましい。
【００５３】
前記中間チップを製造するステップは、第１の導電層、絶縁層及び第２の導電層を堆積することを含み、該絶縁層は、該第１の導電層と該第２の導電層との間に配置されて該第１の導電層と該第２の導電層とを互いに絶縁することが好ましい。
【００５４】
前記中間チップの絶縁層は、前記レンズ上に反射防止層を形成することが好ましい。
【００５５】
前記凹部の側壁又は少なくとも前記ミラー区画は、ＫＯＨ又はＴＭＡＨを用いてエッチングされることが好ましい。
【００５６】
前記方法は、インターポーザチップを製造し、該インターポーザチップを前記中間チップと前記フォトニックチップとの間に配置するステップをさらに含み得る。
【００５７】
好ましい実施形態によれば、前記方法は、前記インターポーザチップの背面に孔をエッチングするステップと、前記レンズと前記結合器との間のビーム経路内に前記孔を位置決めするステップと、をさらに含み得る。
【００５８】
前記孔をエッチングするステップは、前記インターポーザチップの前面から背面に延びる貫通孔をエッチングすることを含み得る。
【００５９】
前記凹部をエッチングするステップは、前記中間チップの所定の位置に前記シリコンキャップを取り付けるのを容易にする位置合わせマークをエッチングすることを含み得る。
【００６０】
さらに好ましい実施形態によれば、前記インターポーザチップは、シリコン基板、埋め込み酸化物層及び上部シリコン層を有するＳＯＩ材料を含み得る。前記孔をエッチングするステップは、前記背面から前記埋め込み酸化物層に延びる止まり孔をエッチングすることを含み得る。
【００６１】
さらに好ましい実施形態によれば、前記方法は、インターポーザチップに孔をエッチングするステップと、前記インターポーザチップと前記中間チップとを接合するステップと、をさらに含み得る。
【００６２】
前記レンズは、前記インターポーザチップと前記中間チップとを接合した後に又は接合する前に、前記中間チップに形成され得る。
【００６３】
さらに好ましい実施形態によれば、前記方法は、中間酸化物層を介してインターポーザチップと前記中間チップとを接合し、サンドイッチを形成するステップと、前記中間酸化物層をエッチング停止層として用いて、前記インターポーザチップに貫通孔をエッチングするステップと、前記孔のエッチング停止層を取り除いて深い孔を形成するステップであって、該深い孔の底部は前記中間チップにより形成される、ステップと、を含み得る。
【００６４】
前記インターポーザチップ及び前記中間チップのそれぞれの厚さは約５００μｍであり得る。
【００６５】
前記凹部の深さは約１２０μｍであり得る。
【００６６】
前記ビームが前記結合器に落ちる角度は約１９．５°であることが好ましい。
【００６７】
上記の方法ステップはチップスケール又はウェハスケールで行われ得る。後者の場合、複数のチップが同時に処理され、全体の製造プロセスの後段階で互いに分離される。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
本発明の上記の及び他の利点が得られる方法が容易に理解できるようにするために、上記で簡単に説明した本発明のより詳細な説明を特定の実施形態を参照することにより提供する。これらの特定の実施形態は添付の図面に示す。これらの図面は本発明の典型的な実施形態のみを示すものであり、それゆえ本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではないことが分かる。添付の図面を用いて、本発明をさらに具体的に且つ詳細に記載及び説明する。
【図１】図１は、本発明に係る光学アセンブリの例示の実施形態を示す。
【図２】図２は、本発明に係る光学アセンブリの例示の実施形態を示す。
【図３】図３は、本発明に係る光学アセンブリの例示の実施形態を示す。
【図４】図４は、本発明に係る光学アセンブリの例示の実施形態を示す。
【図５】図５は、本発明に係る光学アセンブリの例示の実施形態を示す。
【図６】図６は、図１〜図５及び図１２の例示の実施形態の一部を示す。
【図７】図８は、図１〜図５及び図１２の例示の実施形態の一部を示す。
【図８】図８は、図１〜図５及び図１２の例示の実施形態の一部を示す。
【図９】図９は、レンズの例示の実施形態を示す。
【図１０】図１０は、レンズの例示の実施形態を示す。
【図１１】図１１は、レンズの例示の実施形態を示す。
【図１２】図１２は、本発明に係る光学アセンブリの例示の実施形態を示す。
【図１３】図１３は、本発明に係る方法ステップの例示の実施形態を示す。
【図１４】図１４は、本発明に係る方法ステップの例示の実施形態を示す。
【図１５】図１５は、本発明に係る方法ステップの例示の実施形態を示す。
【図１６】図１６は、本発明に係る方法ステップの例示の実施形態を示す。
【図１７】図１７は、光学アセンブリのキャップユニットにおける凹部及びマーカーの例示の実施形態である。
【図１８】図１８は、光学アセンブリのキャップユニットにおける凹部及びマーカーの例示の実施形態である。
【図１９】図１９は、光学アセンブリのキャップユニットにおける凹部及びマーカーの例示の実施形態である。
【図２０】図２０は、光学アセンブリのキャップユニットにおける凹部及びマーカーの例示の実施形態である。
【図２１】図２１は、光学アセンブリのキャップユニットにおける凹部及びマーカーの例示の実施形態である。
【図２２】図２２は、本発明に係る光学アセンブリの例示の実施形態を示す。
【図２３】図２３は、外部磁化回転子の例示の実施形態である。
【図２４】図２４は、本発明に係る方法ステップのさらなる例示の実施形態を示す。
【図２５】図２５は、本発明に係る方法ステップのさらなる例示の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
本発明の好ましい実施形態は、図面を参照することによって最も良く理解されるであろう。本発明は、本明細書の図面において概して記載及び示すように、広範囲に変化し得ることが容易に分かるであろう。したがって、以下の本発明の例示の実施形態のより詳細な説明は、図示するように、請求項に記載の発明の範囲を制限することを意図したものではなく、本発明の現在の好ましい実施形態を表しているに過ぎない。
【００７０】
図１は、本発明に係る光学アセンブリ１０の第１の例示の実施形態を示す。光学アセンブリ１０は、光学的放射のビームＢを生成可能な光エミッタ２０を含む。ビームＢは光エミッタ２０を離れるときに、図１の空間座標ｘに平行に方向付けられる。キャップユニット３０は光エミッタ２０を保持する。
【００７１】
光学アセンブリ１０は、フォトニックチップ４０、中間チップ５０及びインターポーザチップ６０をさらに含む。中間チップ５０はキャップユニット３０とフォトニックチップ４０との間に配置される。インターポーザチップ６０は中間チップ５０とフォトニックチップ４０との間に配置される。
【００７２】
キャップユニット３０は、底部７１及び側壁７２を有する凹部７０を含む。光エミッタ２０は凹部７０の底部７１に取り付けられる。側壁７２の一区画は底部７１に対して傾斜されるとともに、光学的放射のビームＢをフォトニックチップ４０の結合器４１の方に反射するように構成されたミラー区画８０を形成する。結合器は、図１の空間座標ｘに延び、それゆえビームＢがミラー区画８０によって反射される前までのビームＢの方向と同じ方向に延びる導波路４２に接続されている。
【００７３】
キャップユニット３０は、凹部７０がエッチングされる（１１０）配向半導体基板を含むことが好ましい。凹部７０が異方性エッチングによって形成される場合、ミラー区画８０は（１１１）配向面により形成される。（１１０）配向半導体基板において、（１１１）配向ミラー区画８０は、図１の空間座標ｚに対して５４．７５°の角度を有し、図１の空間座標ｘに対して３５．２５°の角度を有する。
【００７４】
ミラー区画８０と結合器４１との間の結合の効率を改善するために、中間チップ５０はレンズ５１を含み得る。レンズ５１は、キャップユニット３０と対向する中間チップの面のレンズ区画に形成される。レンズ５１は、反射された光ビームＢを結合器４１の方に集束するように構成されている。
【００７５】
インターポーザチップ６０は、中間チップ５０に対向する前面と、フォトニックチップ４０に対向する背面とを有する。背面には孔９０が形成されている。孔９０は、レンズ５１と結合器４１との間のビーム経路に位置する。
【００７６】
孔９０は、インターポーザチップ６０の前面から背面に延びる貫通孔であってもよい。孔９０は、図１に示すように空であってもよい。
【００７７】
キャップユニット３０の前面は中間チップ５０の外面、すなわち、レンズ５１が形成される面に接合されていてもよい。接合区画は、図１において参照符号ＶＩで示され、図６を参照してさらに詳細に説明する。
【００７８】
図１は、光エミッタ２０の第１の電気接点２１がキャップユニット３０の導電層３１に接続されていることをさらに示す。導電層３１は凹部７０の底部７１から接合区画ＶＩまで延びる。第１の電気接点２１及び導電層３１の一部を図１において参照符号ＶＩＩで示し、図７を参照してさらに詳細に説明する。
【００７９】
図１は、キャップユニット３０の導電層３１が側壁７２を覆ってミラー区画８０を形成し得ることをさらに示す。導電層３１の一部を図1において参照符号ＶＩＩＩで示し、図８を参照してさらに詳細に説明する。
【００８０】
図１の実施形態の利点は、一体型レンズと組み合わせた垂直サンドイッチ構造が、低い製造コストで高い結合効率を提供することである。
【００８１】
図２は、本発明に係る光学アセンブリ１０の第２の例示の実施形態を示す。この実施形態では、回転子１１０がインターポーザチップ６０の孔９０内に配置される。回転子１１０は、光学的放射の偏光を４５°回転させ、光エミッタ２０への放射のフィードバックを低減し得ることが好ましい。
【００８２】
図３は、本発明に係る光学アセンブリ１０の第３の例示の実施形態を示す。この実施形態では、回転子１１０及びλ／２波長板１１１がインターポーザチップ６０の孔９０内に配置される。回転子１１０は、光学的放射の偏光を４５°回転させることが好ましい。回転子１１０及びλ/２波長板１１１は、光エミッタ２０への放射のフィードバックを低減し得る。
【００８３】
図４は、本発明に係る光学アセンブリ１０の第４の例示の実施形態を示す。この実施形態では、回転子１１０、偏光子１１２及びλ/２波長板１１１がインターポーザチップ６０の孔９０内に配置される。回転子１１０は光学的放射の偏光を４５°回転させることが好ましい。回転子１１０、偏光子１１２及びλ/２波長板１１１は、光エミッタ２０への放射のフィードバックを低減し得る。
【００８４】
図２、図３及び図４の実施形態では、回転子１１０は自己磁化されたものであるか又は外部磁化されたもの（self-magnetized  or  externally  magnetized）のいずれかであり得る。図２３に示すように、回転子１１０はマイクロパッケージ１１０ａの内部に位置していてもよく、１つ以上の外部磁石１１０ｂをマイクロパッケージ１１０ａの外に配置してもよい。後者の場合では、２つの外部磁石１１０ｂが、互いに反対のマイクロパッケージ１１０ａの外側壁に接着されることが好ましい。
【００８５】
図５は、本発明に係る光学アセンブリ１０のさらなる例示の実施形態を示す。この実施形態では、中間チップ５０及びインターポーザチップ６０は、中間酸化物層１２０によって互いに接合されている。したがって、インターポーザチップ６０、中間チップ５０及び中間酸化物層１２０は、単一の前処理ＳＯＩチップ（サンドイッチ）により形成できる。孔９０は、前処理ＳＯＩチップにエッチングされる止まり孔（blind  hole）であってもよい。
【００８６】
孔９０は、インターポーザチップ６０の背面からインターポーザチップ６０を通り、中間酸化物層１２０を通って中間チップ５０まで延びていてもよい。孔９０は少なくとも部分的に、図２に示す回転子１１０が、図３に示す回転子１１０及びλ/２波長板１１１が又は図４に示す回転子１１０、偏光子１１２及びλ/２波長板１１１が配置され得る。
【００８７】
図６は、図１の接合区画ＶＩをより詳細に示す。図６の実施形態では、中間チップ５０は、第１の導電層５０１、第２の導電層５０２、絶縁層５０３及びシリコン基板５０４を含む。絶縁層５０３は第１の導電層５０１と第２の導電層５０２との間に配置され、第１の導電層５０１と第２の導電層５０２とを互いに絶縁する。中間チップ５０の絶縁層５０３は、レンズ５１の上部に反射防止層を形成してもよい。
【００８８】
第１の導電層５０１は、はんだ１５０を介してキャップユニット３０の導電層３１に接合されるため、光エミッタ２０の第１の電気接点２１と電気的に接続される。
【００８９】
第２の導電層５０２は、光エミッタ２０の第２の電気接点２２と電気的に接続されていてもよい（図１参照）。
【００９０】
図7は、図１の区画ＶＩＩをより詳細に示す。導電層３１は、光エミッタ２０の第１の電気接点２１に接続されている。
【００９１】
光エミッタ２０のためのプラットフォームを提供するために、キャップユニット３０の導電層３１は、光エミッタ２０が位置する部分の接触領域が、その接触領域の外側より厚くてもよい。この目的のために、キャップユニット３０の導電層３１は、図示のように接触領域において２つ以上の副層３１ａ、３１ｂで構成され得る。加えて又は代替的に、光エミッタ２０と導電層３１との間に導電性パッドが配置されてもよい。
【００９２】
図８は、図１の部分ＶＩＩＩをより詳細に示す。製造中のはんだ止めは、はんだ１５０がミラー区画８０と光エミッタ２０の第１の電気接点２１との間の間隙１６０に充填されるのを防ぐ。導電層３１はミラー区画８０に反射コーティングを形成する。
【００９３】
図１のレンズ５１の例示の実施形態を図９、図１０及び図１１にさらに詳細に示す。
【００９４】
図９はレンズ５１の上面図を示す。レンズ５１は、空間座標ｘと平行な第１の軸Ａ１と、第１の軸Ａ１に垂直であり且つ空間座標ｙに平行な第２の軸Ａ２とを含む。第１の軸の方向は光エミッタ２０の発光方向に対応する。
【００９５】
図１０及び図１１において、レンズ５１の高さＨを空間座標ｘ及びｙのぞれぞれの上に示す。第１の軸Ａ１に沿ったレンズ５１の曲率半径Ｒ１は、第２の軸Ａ２に沿った曲率半径Ｒ２と異なる。第１の軸Ａ１に沿った曲率半径Ｒ１は、第２の軸Ａ２に沿った曲率半径Ｒ２よりも５％〜１５％大きいことが好ましい。
【００９６】
以下のパラメータは有利であると考えられる。
２５０μｍ≦Ｒ２≦３１０μｍ
２５０μｍ≦Ｒ１≦３３０μｍ
１．０２≦Ａ１／Ａ２≦１．１５
図１２は、本発明に係る光学アセンブリ１０のさらなる例示の実施形態を示す。この実施形態では、ヒートスプレッダ１８０がキャップユニット３０の背面に取り付けられている。背面は、凹部７０が形成される前側と反対側に位置する。
【００９７】
図１３は、光学アセンブリ１０のパーツの製造を可能にするプロセスフローの例示の実施形態を示す。図１３に係る方法は、孔９０をエッチングする前に中間ウェハ（レンズウェハともいう）とインターポーザウェハとが接合されるウェハスケールプロセス（wafer  scale  process）に関する。図１３に係る方法は、
−中間酸化物層１２０により（将来の中間チップ５０のための）中間ウェハと(将来のインターポーザチップ６０のための)インターポーザウェハとを接合するステップ（ステップ１００１）と、
−中間ウェハに孔９０をエッチングするステップ（ステップ１００２）と、
−中間ウェハの背面に反射防止膜を設けるステップ（ステップ１００３）と、
−中間ウェハの外面にレンズ５１をエッチングするステップ（ステップ１００４）と、
−中間ウェハの外面に（光エミッタ２０のｎ接点のための）第２の導電層５０２を堆積するステップ（ステップ１００５）と、
−第２の導電層５０２の上に絶縁層５０３を堆積するステップ（ステップ１００６）と、
−絶縁層５０３の上に(光エミッタ20のｐ接点のための)第１の導電層５０１を堆積するステップ（ステップ１００７）と、
−第１の導電層５０１の上にはんだ１５０を堆積するステップ（ステップ１００８）と、
−キャップウェハをマスキングするステップ（ステップ２００１）と、
−キャップウェハに凹部７０をエッチングするステップ（ステップ２００２）と、
−導電層３１を堆積するステップ（ステップ２００３）と、
−光エミッタ２０のためのプラットフォームを提供するステップ（ステップ２００４）と、
−ミラー区画８０に隣接してはんだ止めを堆積するステップ（ステップ２００５）と、
−はんだ１５０を堆積するステップ（ステップ２００６）と、
−凹部７０に光エミッタ２０（例えばレーザ）を取り付け、光エミッタ２０を保持するキャップユニット３０を形成するステップ（ステップ２００７）と、
−中間ウェハにキャップウェハを取り付けるステップ（ステップ２００８）と、
−マイクロパッケージのために得られた複合材料を分離するステップ（ステップ２００９）と、
−任意で、回転子１１０を取り付けるステップ（ステップ２０１０）と、
を含む。
【００９８】
図１４は、光学アセンブリ１０のパーツの製造を可能にするプロセスフローの別の例示の実施形態を示す。図１４に係る方法は、孔９０をエッチングする前に中間ウェハ（レンズウェハともいう）とインターポーザウェハとが接合されるチップスケールプロセス（chip  scale  process）に関する。図１４に係る方法は、
−中間酸化物層１２０により（将来の中間チップ５０のための）中間ウェハと(将来のインターポーザチップ６０のための)インターポーザウェハとを接合するステップ（ステップ１００１）と、
−中間ウェハに孔９０をエッチングするステップ（ステップ１００２）と、
−中間ウェハの背面に反射防止膜を設けるステップ（ステップ１００３）と、
−中間ウェハの外面にレンズ５１をエッチングするステップ（ステップ１００４）と、
−中間ウェハの外面に（光エミッタ２０のｎ接点のための）第２の導電層５０２を堆積するステップ（ステップ１００５)と、
−第２の導電層５０２の上に絶縁層５０３を堆積するステップ（ステップ１００６）と、
−絶縁層５０３の上に（光エミッタ２０のｐ接点のため）第１の導電層５０１を堆積するステップ（ステップ１００７)と、
−第１の導電層５０１の上にはんだ１５０を堆積するステップ（ステップ１００８）と、
−中間ウェハを分離して別個のベースユニットを形成するステップ（ステップ１００９）と、
−キャップウェハのマスキングするステップ（ステップ２００１）と、
−キャップウェハに凹部７０をエッチングするステップ（ステップ２００２）と、
−導電層３１の堆積するステップ（ステップ２００３）と、
−光エミッタ２０のためのプラットフォームを提供するステップ（ステップ２００４）と、
−ミラー区画８０に隣接してはんだ止めを堆積するステップ（ステップ２００５）と、
−はんだ１５０を堆積するステップ（ステップ２００６）と、
−光エミッタ２０（例えばレーザ）を凹部７０に取り付け、光エミッタ２０を保持するキャップユニット３０を形成するステップ（ステップ２００７）と、
−別個のキャップユニット３０を形成するために、得られたキャップウェハを分離するステップ（ステップ３０００）と、
−ステップ３０００のキャップユニット３０をステップ１００９のベースユニットに取り付けるステップ（ステップ３００１）と、
−任意で、回転子１１０を取り付けるステップ（ステップ２０１０）と、
を含む。
【００９９】
図１５は、光学アセンブリ１０のパーツを製造するウェハスケールプロセスの別の例示の実施形態を示す。図１５に係る方法は、図１３のウェハスケールプロセスに概ね対応する。図１３とは対照的に、ステップ１００２がステップ１００１の前に行われる。すなわち、孔９０をエッチングした後で中間ウェハとインターポーザウェハとが接合される。
【０１００】
図１６は、光学アセンブリ１０のパーツを製造するチップスケールプロセスの別の例示の実施形態を示す。図１６に係る方法は、図１４のチップスケールプロセスに概ね対応する。図１４とは対照的に、ステップ１００２がステップ１００１の前に行われる。すなわち、孔９０をエッチングした後で中間ウェハとインターポーザウェハとが接合される。
【０１０１】
図１３及び図１５を参照して上述したウェハスケール製造は、本発明に係る光学アセンブリをコスト効率良く大量生産することを可能にする。
【０１０２】
図１７は、（１１０）材料からなるシリコンキャップウェハ２００の例示の実施形態を示す。凹部７０は、エッチストップ層なしで異方的にエッチングされる。ミラー区画８０は、（１１１）平面により形成される。
【０１０３】
図１８は、シリコン上部層２０１、酸化物層２０２及び下部層２０３を有する、ＳＯＩ材料で構成されるシリコンキャップウェハ２００の例示の実施形態を示す。少なくともシリコン上部層２０１は（１１０）材料で構成される。凹部７０は異方的にエッチングされる。酸化物層２０２は、エッチング停止層として機能する。ここでも、ミラー区画８０は（１１１）平面により形成される。
【０１０４】
図１９及び２０は、はんだ止め１６１を適用した後の凹部７０を示す。図１９では、はんだ止め１６１は、凹部７０の底部とミラー区画８０との間に配置されている。図２０では、はんだ止め１６１はミラー区画８０を取り囲む。
【０１０５】
図２１は、シリコンキャップウェハ２００の（１１０）面にエッチングされたマーカー２１０の例示の実施形態を示す。マーカー２１０は、（１１１）配向面によって区切られている。マーカー２１０は、インターポーザチップ６０に対するキャップユニット３０の取り付けを容易にする。マーカー２１０は凹部７０に隣接して位置することが好ましい。
【０１０６】
図２２は、本発明に係る光学アセンブリ１０のさらなる例示の実施形態を示す。この実施形態では、レンズ５１全体が中間チップ５０の外面の凹部５１ａに埋め込まれている。レンズ５１は、凹部５１ａの底部によって形成されるとともに、第２の導電層５０２の平面の下方に位置する。
【０１０７】
図１〜図２２を参照して上述した光学アセンブリの例示の実施形態の利点は、垂直サンドイッチ構造がフォトニックチップ４０から光エミッタ２０を熱的に分離することである。したがって、フォトニックチップ４０への光エミッタ２０の熱インパクトは非常に小さい。熱インパクトは、図１２を参照して説明したようにヒートスプレッダ１８０によってさらに低減され得る。
【０１０８】
図２４は、光学アセンブリ１０のパーツを製造するための部分的にチップスケールで部分的にウェハスケールのプロセスの例示の実施形態を示す。図２４に係る方法は、図１３のウェハスケールプロセスに概ね対応する。図１３とは対照的に、キャップウェハにレンズを取り付けるステップ２００８ａを行う前に、レンズを分離するステップ１００９ａが導入される。すなわち、レーザーマイクロパッケージが分離される前に、レンズが分離され、キャップウェハにはんだ付けされる。
【０１０９】
図２５は、光学アセンブリ１０のパーツを製造するための部分的にチップスケールで且つ部分的にウェハスケールのプロセスの例示の実施形態を示す。図２５に係る方法は、図１３のウェハスケールプロセスに概ね対応する。図１３とは対照的に、キャップをレンズウェハに取り付けるステップ２００８ｂを行う前にキャップ分離ステップ３０００ａが導入される。すなわち、レーザーマイクロパッケージが分離される前に、キャップが分離され、レンズウェハにはんだ付けされる。
【０１１０】
本願で開示した本発明の実施形態の様々な実施形態及び態様は、本明細書で具体的に記載した順序及び文脈だけでなく、任意の順序及びそれらの任意の組み合わせを含めて理解すべきである。文脈上必要な場合、単数形で用いたすべての用語は複数含むとみなすべきであり、その逆もまた同じである。文脈上必要な場合、「及び」という語と共に列挙される全ての選択肢は「又は」及びその反対並びに任意の組み合わせを含むものとみなすべきである。
【０１１１】
図面及び明細書において、本発明の複数の実施形態を開示してきた。出願人は、各実施形態の各特徴は、それぞれの実施形態を変更し、追加の実施形態を作成するために、任意の他の実施形態と組み合わされるか又は任意の他の実施形態に追加され得るということを強調したい。これらの追加の実施形態は本開示の一部を形成するため、出願人は、手続の後の段階でこれらの追加の実施形態に関するさらなる特許クレームを出願する場合がある。
【０１１２】
さらに、出願人は、以下の従属クレームのそれぞれの特徴は、（現在のクレームの構造に関係なく）現在のいずれかの独立クレーム及び現在のいずれかの（１つ以上の）従属クレームと組み合わせられ得ることを強調したい。したがって、出願人は、手続の後の段階で、さらなる特許クレームを他のクレームの組み合わせに向ける場合がある。
【符号の説明】
【０１１３】
１０  光学アセンブリ
２０  光エミッタ
２１  第１の電気接点
２２  第２の電気接点
３０  キャップユニット
３１  導電層
３１ａ  副層
３１ｂ  副層
４０  フォトニックチップ
４１  結合器
４２  導波路
５０  中間チップ
５１  レンズ
５１a     凹部
６０  インターポーザチップ
７０  凹部
７１  底部
７２  側壁
８０  ミラー区画
９０  孔
１１０  回転子
１１０ａ  マイクロパッケージ
１１０ｂ  外部磁石
１１１  λ/２波長板
１１２  偏光子
１２０  中間酸化物層
１５０  はんだ
１６０  間隙
１６１  はんだ止め
１８０  ヒートスプレッダ
２００  シリコンキャップウェハ
２０１  シリコン上部層
２０２  酸化物層
２０３  下部層
２１０  マーカー
５０１  第１の導電層
５０２  第２の導電層
５０３  絶縁層
５０４  基板
Ａ１  第１の軸
Ａ２  第２の軸
Ｒ１  半径
Ｒ２  半径
Ｂ  光学的放射のビーム
ｘ  空間座標
ｙ  空間座標
ｚ  空間座標
【図１】
2021521484.tif 000003
【図２】
2021521484.tif 000004
【図３】
2021521484.tif 000005
【図４】
2021521484.tif 000006
【図５】
2021521484.tif 000007
【図６】
2021521484.tif 000008
【図７】
2021521484.tif 000009
【図８】
2021521484.tif 000010
【図９】
2021521484.tif 000011
【図１０】
2021521484.tif 000012
【図１１】
2021521484.tif 000013
【図１２】
2021521484.tif 000014
【図１３】
2021521484.tif 000015
【図１４】
2021521484.tif 000016
【図１５】
2021521484.tif 000017
【図１６】
2021521484.tif 000018
【図１７】
2021521484.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2021521484.tif 000021
【図２０】
2021521484.tif 000022
【図２１】
2021521484.tif 000023
【図２２】
2021521484.tif 000024
【図２３】
2021521484.tif 000025
【図２４】
2021521484.tif 000026
【図２５】
2021521484.tif 000027
【国際調査報告】
2021521484.tif 000028
2021521484.tif 000029
2021521484.tif 000030
2021521484.tif 000031
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