(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ連続的で均一な結晶格子構造を有する基板であって、主表面を有しており、該主表面から内部へと延びる直線的な凹部を画定し、該直線的な凹部が平坦な底部と平坦な側部とを有する、基板と、
前記直線的な凹部に対して所定の位置合わせがなされた状態で前記基板の前記主表面上に取り付けられたフォトニクスデバイスであって、該フォトニクスデバイスから前記基板の前記主表面とほぼ平行に延びる光路を画定し、該光路が前記直線的な凹部を横切って延びる、フォトニクスデバイスと、
前記直線的な凹部の前記平坦な底部と前記平坦な側部とに当接する部分を有する光学要素であって、前記平坦な底部及び前記平坦な側部により前記光路に対して位置合わせされ、前記平坦な底部が該底部と垂直な第１の方向における該光学要素の位置合わせを行い、前記平坦な側部が該側部と垂直な第２の方向における該光学要素の位置合わせを行う、光学要素とを備えており、
前記基板が、前記直線的な凹部内に位置決め表面を更に画定し、該位置決め表面が、前記光学要素と接触し、前記第１の方向及び前記第２の方向と垂直な第３の方向における前記光学要素の位置合わせを行い、
前記基板が結晶シリコンを含み、該基板の前記主表面が＜100＞結晶面であり、前記平坦な底部が＜100＞結晶面であり、前記平坦な側部が＜100＞結晶面であり、前記位置決め表面が＜111＞結晶面である、マイクロフォトニクスモジュール。
【請求項２】
前記光学要素が、前記直線的な凹部の前記平坦な底部及び前記平坦な側部の一方に結合される、請求項１に記載のマイクロフォトニクスモジュール。
【発明の詳細な説明】
１．発明の分野
本発明は、一般に光ファイバ又はフォトニクス(photonics)モジュールに関し、特に高い精度を有すると共に多数の構成要素を単一基板上に集積したマイクロフォトニクスモジュールに関する。
２．関連技術の説明
光通信システムは、旧式の通信システムにおいて見受けられる電流と金属ワイヤの代わりに光と光ファイバを利用して大量の情報を伝送するために広く用いられている。これらの光通信システムは、また、長距離にわたって、旧式の金属ワイヤシステムよりも少ないデータ損失及び低コストで、より多量の情報を伝送することが可能である。このため、フォトニクスパッケージ又はモジュールといった光通信システムの構成要素に対してかなりの開発がなされてきた。
「フォトニクス」とは、一般に、電子的な属性と光学的な属性との両方を有する装置を表すものである。フォトニクスモジュールには、光ファイバを介して情報を伝送する光の送信、受信、又は処理に必要な光学部品が含まれている。フォトニクスモジュールの一部であるフォトニクスデバイスには、電子信号に応じてコヒーレント光を生成するレーザと、光に応じて電子信号を生成する光検出器とが含まれている。これらは、光ファイバに沿って進行する光情報の送信、受信、及び処理に用いられるデバイスである。しかし、これらのフォトニクスデバイスは、フォトニクスモジュールを共に構成する他の部品の助けがなければ効率よく機能することができない。
一般に、フォトニクスモジュールは、光ファイバを介して情報を伝送する光の送信用に端面発光型(edge-emitting)半導体レーザを利用し、同光の受信用に表面検出型(surface-detecting)光検出器を利用する。但し、端面発光型レーザは比較的広い放射角を有するものである。「放射角」とは、端面発光型レーザから放射される光の「円錐」の角度である。このため、送信モジュールは、一般に、レーザ光を集束させるためにレーザと光ファイバとの間に挿入されたレンズを備えており、これにより高効率の光結合が実現される。同様に、光ファイバから出射する光も放射角を有している。このため、光ファイバと受信モジュールにおける表面検出光検出器との間にもレンズが一般に挿入され、これにより高効率の光結合が実現される。このレンズの利用は、設計目標に従ってモジュール毎にフォトニクスモジュールの異なる要素間の距離を変化させることを可能にする、という付加的な利点を有するものである。
フィルタ、アイソレータ、又はミラーといった他の光学要素もまた、送信モジュールにおける端面発光レーザと光ファイバとの間に挿入することが可能である。これらの構成要素は、特定のフォトニクスモジュールの設計及び意図する機能に従って多くの機能を提供することが可能なものである。例えば、レーザと光ファイバとの間には光アイソレータを挿入することが好ましい。該光アイソレータは、光ファイバに向かって一方向に進行中のレーザ光を自由に通過させるが、レーザ光がその光ファイバからレーザに戻るのを阻止する。同様に、受信モジュールにおける光検出器と光ファイバとの間に他の光学要素を挿入することが可能である。
フォトニクスモジュールでは、レーザ、レンズ、光学要素、及び光ファイバは、互いに所定の精確に位置合わせされた状態にあることが好ましい。同様に、受信モジュールにおいても、光ファイバ、レンズ、光学要素、及び光検出器が互いに所定の精確に位置合わせされた状態にあることが好ましい。この精確な位置合わせ状態を実現するために、所定の位置に、各構成要素が正しい位置にあり互いに位置合わせされた状態となるようにそれら構成要素を保持するために３次元(three-dimensional)固定具又はマウントが一般に必要となる。
こうした従来のフォトニクスモジュール又はパッケージの欠点の１つは、固定具が比較的高い精度を必要とするためにその製作コストが高くつくという点である。もう１つの欠点は、固定具を用いてフォトニクスモジュールの構成要素を精確な位置へ組み付ける作業が時間を要するものであるために生産スループットが低下する点である。更に、フォトニクスモジュールの組み立て中に位置合わせ及び調整を行うのにかなりの時間と注意が必要になる。最後に、モジュールは、テスト可能な状態となる前に、その最終的なパッケージ中に完全に組み込まれなければならない。このため、並みのレベルのスキルを有するオペレータによってフォトニクスモジュールを低コストで大量生産するという能力が制限される。またその結果として、使いものにならないモジュールが生産されることにもなる。一般に、これらの要因によって、低コストのフォトニクスモジュールの生産が妨げられる。
レンズ及びフォトニクスデバイスを精確な所定の位置合わせ状態に保つための方法が開発され、これまで経験した問題の多くが解決された。本出願人の「An Improved Micro-Photonics Module」と題する同時係属中の米国特許出願第08/705,867号には、取付部材中に精密に形成された角錐台形(frustopyramidal)の凹部を含む角錐凹部について記載されている。該角錐凹部の目的は、球状レンズを精確に位置決めすることにある。球状レンズは、フォトニクスデバイスと精確に位置合わせされた状態で角錐凹部内に設置される。
しかし、フォトニクスモジュールにおいて、フィルタ、アイソレータ、又はミラーといった光学要素が所望される場合には、該光学要素を、レンズ、フォトニクスデバイス、及び光ファイバに対して精確に位置合わせされた状態に保つために、特別な固定具が必要になる。従って、光学要素を含むフォトニクスモジュールは、特別な固定具を必要とする従来のフォトニクスモジュールと同じ欠点の多くを有するものとなる。
発明の概要
本発明は、単一基板上に光学部品の全てを取り付けることにより、マイクロフォトニクスモジュールに関する上述の問題点を解消させるものである。詳細には、本発明は、能動的な位置合わせを必要とすることなく、フォトニクスデバイス、光学要素、及び球状レンズの精確な位置決め及び位置合わせを実施すると共に、容易かつ低コストで生産することが可能な、光学要素を含む、マイクロフォトニクスモジュールを提供する。これらの利点は、基板上に形成された様々な表面及び凹部によってフォトニクスモジュールの様々な光学部品との受動的な位置合わせを行う本発明によるマイクロフォトニクスモジュールによって達成された。
詳細には、本発明によるマイクロフォトニクスモジュールは、基板、フォトニクスデバイス、及び光学要素を備えている。該基板は、主表面を有しており、該主表面から基板内へと延びる直線的な凹部が形成されている。該直線的な凹部は、平坦な底面と平坦な側面とを有している。フォトニクスデバイスは、直線的な凹部に対して所定の位置合わせ状態で基板の主表面に取り付けられる。フォトニクスデバイスは、フォトニクスデバイスから基板の主表面とほぼ並行に直線的な凹部を横切って延びる光路を画定する。光学要素は、直線的な凹部の平坦な底部及び平坦な側部と当接する部分を有している。該平坦な底部及び平坦な側部は、光学要素を前記光路に対して位置合わせするものとなる。平坦な底部は、該平坦な底部と垂直な第１の方向で光学要素の位置合わせを行い、平坦な側部は、該平坦な側部と垂直な第２の方向で光学要素の位置合わせを行う。
本発明によるマイクロフォトニクスモジュールでは、フォトニクスデバイスは、半導体レーザ又は半導体光検出器とすることが可能であり、光学要素は、光フィルタ、光アイソレータ、ミラー、又はレンズとすることが可能であり、該光学要素は、直線的な凹部の平坦な底部又は平坦な側部に結合させることが可能である。
基板はまた、直線的な凹部内に位置決め(locator)表面を画定することも可能である。該位置決め表面は、光学要素と接触し、第１の方向と第２の方向との両方に対して垂直な第３の方向で光学要素の位置合わせを行う。基板は、更に、結晶シリコンを含み、基板の主表面が＜100＞結晶面であり、位置決め表面が＜111＞結晶面であることが好ましい。
基板は、主表面から基板内へと延びる角錐台形の凹部を含む角錐凹部を画定することも可能である。該角錐凹部は、光路が横切るように配置され、好適には該光路が角錐凹部の対角線に沿って横切るように位置合わせされる。また、基板は、その主表面が＜100＞結晶面であり、角錐凹部の境界が＜111＞結晶面により形成される、結晶シリコンを含むことが好ましい。
本発明によるマイクロフォトニクスデバイスは、更に球状レンズを含むことが可能である。該球状レンズは、角錐凹部内に設置され、角錐凹部内に位置する３つ又は４つ以上の接点で基板と接触する。該接点により、球状レンズは、光路と所定の関係をなすよう位置決めされる。球状レンズは基板に結合させることが可能である。
基板は、更に、その主表面から及び直線的な凹部の平坦な側部から基板内へと延びる切り欠き部を画定することも可能である。該切り欠き部は、光路が横切るように配置される。また、基板は、その主表面が＜100＞結晶面であり、切り欠き部の境界が＜111＞結晶面により形成される、結晶シリコンを含むことが好ましい。
本発明の他の特徴及び利点については、本発明の原理を例示する添付図面に関連して示された下記の詳細な説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
図１は、光路に対する光学要素、球状レンズ、及びフォトニクスデバイスの位置合わせ状態を示す、本発明によるマイクロフォトニクスモジュールの好ましい実施態様を示す斜視図である。
図２は、分かりやすくするために光学要素及び球状レンズを除去した状態で図１の好ましい実施態様を示す斜視図である。
図３は、図１に示すマイクロフォトニクスモジュールを光路に沿って切断して示す断面図である。
図４は、本発明の第２の実施態様のマイクロフォトニクスモジュールを光路に沿って切断して示す断面図である。
図５は、エッチングマスクと基板の結晶構造との位置合わせを示す、基板の一部を詳細に示す平面図である。
図６は、エッチングプロセスを示す図５のライン６−６断面図である。
図７は、形成された直線的な凹部を示す、マスクを除去した状態の図５と同様の平面図である。
図８は、所定位置に光学要素が取り付けられた状態で、本発明によるマイクロフォトニクスモジュールの図１の実施態様において直線的な凹部を画定する基板の一部を詳細に示す側面図である。
図９は、図８に示す直線的な凹部を画定する基板の一部を詳細に示す平面図である。
図１０は、図２に示す本発明によるマイクロフォトニクスモジュールの実施態様を示す平面図である。
図１１は、図１０に示す本発明によるマイクロフォトニクスモジュールの側面図である。
発明の詳細な説明
図示のように、本発明は、単一基板上に組み付けられたマイクロフォトニクスモジュールにおいて実施される。この場合、基板の様々な形状的な特徴が、フォトニクスデバイスにより画定される光路に沿って光学要素及び球状レンズを精確に位置合わせするものとなる。
本発明によるマイクロフォトニクスモジュールは、主表面を有すると共に該主表面から基板内へと延びる角錐凹部及び直線的な凹部を画定する基板を備えている。該直線的な凹部は、平坦な底部と平坦な側部とを有している。直線的な凹部及び角錐凹部は、それぞれ、球状レンズ及び光学要素を頑強に保持し、それらの精確な位置合わせを行う。該基板はまた、主表面及び直線的な凹部の平坦な側部から基板内へと延びる切り欠き部を画定することも可能であり、これにより、光がレンズと光学要素との間を妨げられることなく通過することが可能となる。本発明を具現化した本発明によるマイクロフォトニクスモジュールによれば、当業界で既知であるモジュールと比べて大幅に低いコストで、かつ、遙かに熟練度の劣る労働者により、容易に大量生産を行うことが可能である、という利点が得られる。本発明によるマイクロフォトニクスモジュールでは、基板の形状的な特徴により、極めて精確に、かつ、最小限の労力で、球状レンズ及び光学要素を繰り返し可能に位置合わせすることが可能になる。本発明によるマイクロフォトニクスモジュールは、既知のマイクロフォトニクスモジュールよりも小さいという更なる利点を有している。加えて、それらは、最終的なパッケージに組み込む前に容易にテストすることが可能なものとなる。
下記の詳細な説明及び図面では、同様の構成要素は同様の符号によって識別される。
図１〜３には、本発明の好ましい実施態様によるマイクロフォトニクスモジュール1が示されている。本発明によるマイクロフォトニクスモジュールは、直線的な凹部5が形成された主表面21を有する基板3を備えている。該直線的な凹部5は、平坦な底部9及び平坦な側部11によりその境界が形成されている。直線的な凹部5は、図３に示すように基板3の縁部37まで延びることが可能であり、また、第２の好ましい実施態様を表す図４に示すように第２の側面39により境界が形成されることも可能である。
直線的な凹部5は、基板3に機械的に形成することが可能であるが、好ましい実施態様の場合には、基板3の材料は、半導体集積回路の製作に用いられるようなフォトリソグラフィックマスク及びエッチングプロセスを利用して基板3を形成することを可能にする結晶シリコンである。更に、これにより、基板3に形成される特徴が、寸法的及び位置的に極めて高い精度を有することが可能になる。更に、バッチ処理を利用して単一のシリコンウェーハから多数の基板3を製作することが可能であり、これにより、基板3の製作コストが更に低減される。本発明の好ましい実施態様では、基板3の結晶シリコン材料の結晶面は、該基板3の主表面21が＜100＞結晶面になるように位置合わせされる。本明細書で用いられるように、＜100＞結晶面は、＜100＞結晶面又は＜010＞,＜001＞,
0004632325.tif 000002
を含む等価な結晶面を表している。
図５〜７は基板3を示している。同図には、直線的な凹部5を形成するための１つの考え得るエッチング技術が示されている。基板3の主表面21上に形成されたフォトリソグラフィックマスク45は細長い六角形の開口部41を有している。該マスク45は、その真下の主表面21が水酸化カリウム(KOH)といった異方性エッチング液と接触するのを防止する。細長い六角形の開口部41により、異方性エッチング液が、該開口部41により画定される六角形の真下に位置する主表面の露出部分40に自由に接触することが可能となる。該マスク45は、好適には、細長い六角形の開口部41の短辺43が、＜111＞結晶面25と主表面の＜100＞結晶面との交差部42と位置合わせされるように、主表面21上に配置される。
異方性エッチング液は、マスク45の細長い六角形の開口部41を介して主表面21の露出部分40に塗布されると、基板3のシリコン材料を＜100＞結晶面の方向に迅速にエッチングして直線的な凹部5の平坦な底部9及び平坦な側部11を形成するが、主表面21の＜100＞結晶面に短辺43で交差する＜111＞結晶面25の方向にはシリコンを極めてゆっくりとエッチングすることになる。図７に示すように、エッチング液により露出させられた＜111＞結晶面25の部分は、直線的な凹部5の端部20を形成することになる。＜100＞結晶面に対する異方性エッチングの速度は、所与の条件下で例えば＜111＞結晶面に対するエッチング速度の1000倍になり得る。換言すれば、＜111＞結晶面25は、この種のフォトリソグラフィックエッチングプロセスにおいてエッチング停止部(etchstop)として有効に働くものである。
図６は基板3の断面を示している。エッチング液を塗布すると間もなく小さな直線的な凹部5Aが基板に形成される。この直線的な凹部5Aは、基板3の主表面21と直角をなす平坦な側部11Aと、同主表面21と平行な平坦な底部9Aとを有している。更に、小さな直線的な凹部5Aは、第２の平坦な側部39Aを有している。主表面21が＜100＞結晶面であるため、平坦な底部9A及び平坦な側部11Aもまた＜100＞結晶面である。
エッチングプロセスが進行するにつれて、より大きい直線的な凹部5Bが、平坦な側部11B及び平坦な底部9Bにより形成される。平坦な底部9B及び平坦な側部11Bもまた＜100＞結晶面である。十分な長さの時間にわたってエッチング液が作用すると、平坦な側部11及び平坦な底部9は、最終的に＜111＞結晶面25に達することになる。＜111＞結晶面25に達すると、該＜111＞結晶面25の方向でのエッチングが事実上停止する。直線的な凹部5を形成する場合には、平坦な側部11がフォトニクスモジュール1の設計により必要とされる寸法に達した際に、エッチングプロセスを停止させなければならない。直線的な凹部5が形成された後、基板3の主表面21からマスク45を除去することが可能になる。意図した通りの直線的な凹部が図７に示すように現れることになる。
同図に示すように、次いで、基板3は、ライン「A−A」、「B−B」、及び「C−C」に沿ってスライスすることが可能であり、基板のそのままにしておかれる部分が矢印で示されている。ライン「A−A」、「B−B」、及び「C−C」により示された３つのスライスによって、基板3の不必要な部分が全て除去され、特に端部20が除去される。これにより、基板及び本発明によるマイクロフォトニクスデバイスのサイズが最小限に抑えられる。ライン「A−A」に沿ってスライスすることにより、第２の平坦な側部39が除去される。またライン「B−B」に沿ってスライスする場合には、直線的な凹部内の１つの＜111＞結晶面25の小部分を残すことが好ましい。以下で示すように、直線的な凹部5内で部分的に露出した少なくとも１つの＜111＞結晶面25を残して位置決め表面10を設けることが有益である。代替的には、スライシングの全て又は一部を省略することが可能である。
図１〜３に示すマイクロフォトニクスモジュールの実施態様には、フォトニクスデバイス13も含まれている。フォトニクスデバイス13は、光を電気に変換し又は電気を光に変換するマイクロフォトニクスモジュールの構成要素である。フォトニクスデバイス13は、通常は、電気信号に応じてコヒーレント光を生成する半導体レーザ、又は光に応じて電気信号を生成する半導体光検出器である。本発明によるマイクロフォトニクスモジュールでは、フォトニクスモジュール13は、直線的な凹部5から所定距離をおいて基板3に取り付けられる。基板に対するかかるフォトニクスデバイスの接合及び電気的接続は、当業界で既知のところであり、半田ペースト技法を用いて実施することが可能である。フォトニクスデバイス13は、光路15を画定し、該光路15が基板3の主表面21とほぼ平行に直線的な凹部5を横切るように位置合わせされる。通常は、光路は、平坦な側部11とほぼ垂直な角度で直線的な凹部を横切ることになるが、光学要素17によっては、光路が平坦な側部とほぼ垂直ではない所定の角度をなして直線的な凹部を横切るのが望ましい場合もある。
フォトニクスモジュール1はまた、光学要素17を備えている。該光学要素17は、何らかの態様で光に作用するよう構成された任意のデバイスである。光学要素17の例として、光学フィルタ、光アイソレータ、ミラー、及びレンズが挙げられる。本発明によるマイクロフォトニクスモジュールでは、光学要素17は、直線的な凹部5の平坦な底部9に当接する部分と、直線的な凹部5の平坦な側部11に接する部分とを備えている。直線的な凹部の平坦な底部及び平坦な側部に接する光学要素の部分は、ほぼ平坦であることが好ましい。平坦な底部9と平坦な側部11により、光学要素17がフォトニクスデバイス13と所定の関係で位置合わせされ、通常は、光路15が光学要素17に接触することになる。主表面21に対する光学要素17の精確な位置は、平坦な底部9の位置により調整される。従って、平坦な底部9は、平坦な底部9と垂直な第１の方向で光学要素17の位置を調整するものとなる。同様に、フォトニクスデバイス13からの光学要素17の精確な距離は、平坦な側部11により調整される。したがって、平坦な側部11は、平坦な側部11と垂直な第２の方向で光学要素17の位置を調整するものとなる。第3の方向(即ち第１及び第２の両方向と垂直な方向)で光学要素17の位置決めを行うために高い精度が必要とされる場合には、この第３の次元における位置合わせは、位置決め表面10を用いて達成することが可能であり、該位置決め表面10もまた基板3により画定されるものである。該位置決め表面10は、基板3のうち直線的な凹部5内へと突出する部分である。好ましい実施態様では、該位置決め表面10は、上述のフォトリソグラフィックエッチングプロセスによって直線的な凹部内へと突出したままにされた＜111＞結晶面25の一部である。この位置決め表面10を図８及び図９に一層詳細に示す。
光学要素17が平坦な側部11及び平坦な底部9に接するだけでなく位置決め表面10にも接するように直線的な凹部5内に光学要素17を位置合わせすることにより、第１、第２、及び第３の方向で光学要素17を精確に位置決めすることが可能になる。光学要素17は、その位置合わせが行われると、直線的な凹部5の平坦な底部9又は平坦な側部11に結合されて所定位置に永久的に保持される。更に、光学要素17を交換する必要が生じた場合には、平坦な側部11、平坦な底部9、及び位置決め表面10に接するように交換用の光学要素を直線的な凹部5内に単に配置することにより、マイクロフォトニクスモジュール1における精確な同一位置に最低限のスキルで交換用光学要素を取り付けることが可能である。
図１〜４に示すように、基板3は、該基板の主表面21から該基板内へと延びる角錐凹部19もまた画定する。本開示において、用語「角錐凹部」は、純粋な角錐凹部又は図示のような角錐台形凹部を含むことが可能なものである。角錐凹部19は、光路15が横切るように配置される。更に、角錐凹部19は、光路15が該角錐凹部19の対角線27に沿って該角錐凹部19を横切るように位置合わせされるのが好ましい。角錐凹部19はまた、直線的な凹部5とフォトニクスデバイス13との間に配置されるのが好ましい。
直線的な凹部5と同様、角錐凹部19は、基板3に機械的に形成することが可能である。しかし、好ましい実施態様では、角錐凹部19は、図５及び図６に示す直線的な凹部5の形成に関して上述したものとほぼ同じ態様でフォトリソグラフィックエッチングプロセスを用いて形成される。しかし、角錐凹部19の場合には、適正寸法の直線的な凹部5が形成された際にエッチングプロセスを停止させるのではなく、＜111＞結晶面25が部分的に露出するまでエッチングプロセスが続行される。角錐凹部は、主表面21とほぼ平行な平坦な表面22で先端が切断された角錐台形凹部であることが好ましい。これは、角錐凹部19が所望の深さに達した際にエッチングプロセスを停止させることによって達成される。代替的には、上述のように＜111＞結晶面がエッチング停止部として有効に働くため、エッチングプロセスは、それが停止するまで続行させることが可能であり、このエッチングプロセスのために精確なタイミングをとる必要はない。加えて、角錐凹部19の形状を画定するために基板3をスライスする必要もない。角錐凹部19のサイズ及び位置は、マスク45における細長い六角形の開口部41と同様の第２の細長い六角形の開口部のサイズ及び位置によって精確に画定される。
結晶シリコンの場合、＜111＞結晶面は、ほぼ54.7度の角度で＜100＞結晶面と交差する。従って、基板3の主表面21が＜100＞結晶面上にある場合には、角錐凹部19は、54.7度の角度で主表面21から基板3内へと延びる。基板3の主表面21が＜100＞結晶面に沿って広がっていなければ、＜111＞結晶面が主表面21と交差する角度は、54.7度に＜100＞結晶面と主表面21の平面との間の角度を加えた値になる。
角錐凹部19の＜111＞結晶面25によって角錐凹部19の内部が精確に画定され、これにより、ミクロン範囲内、更にはサブミクロン範囲内の精度で角錐凹部19が精密に形成されることになる。
図１に示すように、マイクロフォトニクスモジュール1は、球状レンズ29も備えている。該球状レンズ29は、角錐凹部19内に３つ又は４つ以上の点で基板3に接触する。これらの接点を図１０に示す。球状レンズ29が角錐凹部19内に載置されると、該角錐凹部19によって球状レンズ29の３次元位置が確定される。該位置は、標準的なフォトリソグラフィックプロセスに基づいて角錐凹部19が形成される場合と同じ精度を有するものとなる。従って、角錐凹部19内の接触点31によって、フォトニクスデバイス13及び光学要素17とが所定の関係をなすように球状レンズ29が位置決めされる。球状レンズ29は、角錐凹部内で基板3と接触した後に基板に結合させて、フォトニクスデバイス13との所定の関係を永久的に保持することが可能である。球状レンズは、角錐凹部内の平坦な表面22に結合させるのが好ましい。
角錐凹部19の開口部は、ほぼ正方形であることが好ましい。開口縁部49は、角錐凹部19と基板3の主表面21との交差部に配置される。該開口縁部49は、＜111＞結晶面25と主表面21の＜100＞結晶表面との交差部42にも対応する。角錐凹部19の開口部のサイズは、球状レンズ29のサイズよりも大きいことが好ましい。従って、球状レンズは、角錐凹部19内に納められた際に、該角錐凹部内に配置された接点31で基板3と接触し、角錐凹部19の開口縁部49又は平坦な表面22とは接触しない。周知のように平面は縁部よりも堅牢である。縁部は、もろくて形成が困難なものである。縁部が適正に形成されておらず又は削り取られている場合には、球状レンズとの接点が移動する可能性がある。これは、球状レンズの位置を所定位置からシフトさせるものとなり得る。更に、角錐開口部が精確な正方形でない限り、縁部による接点は、一般に球状の物体を拘束することはできない。これらの問題点は、球状レンズ29が角錐凹部内の接触点31で基板3と接触すれば解消する。
代替的に、角錐凹部19のサイズを、球状レンズ29が角錐凹部19内に納められた際に該球状レンズ29が該角錐凹部19の開口縁部49に接触するようなものとすることが可能である。
また、図１〜３に示すように、基板3は、更に、主表面21及び直線的な凹部5の平坦な側部11から基板3内へと延びる切り欠き部33を画定することが好ましい場合がある。該切り欠き部は、光路15が横切るよう配置すべきである。切り欠き部33により、光が妨害なしに球状レンズ29と光学要素17との間を通過することが可能となる。上述の直線的な凹部及び角錐凹部の場合と同様、切り欠き部は、機械的に形成することも可能であるが、半導体集積回路の製作で広く用いられているように基板3にフォトリソグラフィマスク及びエッチングを施すことが可能となるよう該基板3を結晶シリコンで製作するのが好ましい。これにより、切り欠き部33のサイズ及び位置を高い精度で基板3において画定することが可能になる。更に、バッチプロセスを利用して単一のシリコンウェハから多数の基板3を製作することが可能であり、これにより基板3の製作コストが更に低減する。
図１０及び図１１に示すように、本発明によるマイクロフォトニクスモジュールの好ましい実施態様では、切り欠き部33は、平坦な側部11と主表面21との交差部51に位置合わせされた対角線50を有する角錐凹部の半分の形状をとる。上述のように、本開示では、用語「角錐凹部」は、純粋な角錐凹部又は図示のような角錐台形凹部を含むことが可能なものである。代替的には、切り欠き部は、直線的な凹部5と同様の直線的な凹部という形をとることも可能である。切り欠き部33はまた、光路15の中心に配置される。これにより、＜111＞結晶面25が切り欠き部33の境界を形成することが可能になる。切り欠き部33は、更に、平坦な表面26によってその境界を形成することが可能である。従って、切り欠き部33は、角錐凹部19の形成に関して上述したものと同一のフォトリソグラフィックエッチングプロセスを利用して形成することが可能である。代替的には、切り欠き部は、直線的な凹部を形成するための上述のプロセス、又は、直線的な凹部5を形成するためのプロセスと角錐凹部を形成するためのプロセスとの組み合わせを利用して、形成することが可能である。更に、同じマスク45を利用して、切り欠き部、角錐凹部、及び、直線的な凹部5を同時に位置決めすることも可能である。
代替的には、基板3に直線的な凹部5を形成する前に、上述のものと同じフォトリソグラフィックエッチングプロセスを利用して、第１の角錐凹部19及び該第１の角錐凹部19と同様の第２の角錐凹部を基板3に形成することが可能である。次いで、マスク45が主表面21上に配置され、これにより、主表面の露出部分40に任意に形成されることになる直線的な凹部5の平坦な側部11が第2の角錐凹部の対角線と位置合わせされる。直線的な凹部が形成されると、フォトリソグラフィックエッチングプロセスによって、第２の角錐凹部の半分を画定する基板の一部が除去され、該第２の角錐凹部のもう半分はそのまま残される。この第２の角錐凹部の半分によって切り欠き部33が画定され、該第２の角錐凹部の対角線によって対角線50が画定される。
マイクロフォトニクスモジュール1に単一の基板3を用いることにより、半導体業界で周知のフォトリソグラフィックマスキング及びエッチング技法を利用した大量生産という利点が得られる。基板3は、高い精確度で製作することが可能であり、またバッチ処理を利用して単一のシリコンウェハから多数の基板3を製作することが可能であり、これにより製造コストが更に低減する。加えて、直線的な凹部5及び位置決め表面10により、光路15に対して光学要素17を迅速に低コストで精確に位置合わせすることが可能になる。同様に、角錐凹部19により、球状レンズ29の堅牢な取り付けが可能になると同時に、該球状レンズを光路19に沿って極めて高い精度で受動的に位置合わせすることが可能になる。また、本発明によれば、最終的なパッケージングの前に、完成したフォトニクスモジュールとしてテストすることが可能になる、という付加的な利点が提供される。
本発明のいくつかの特定の実施態様について説明及び図示してきたが、本発明は、かかる説明され図示された部分の特定の形態又は構成に制限されるべきものではない。本発明は請求の範囲によってのみ制限される。
【図１】
0004632325.tif 000003
【図２】
0004632325.tif 000004
【図３】
0004632325.tif 000005
【図４】
0004632325.tif 000006
【図５】
0004632325.tif 000007
【図６】
0004632325.tif 000008
【図７】
0004632325.tif 000009
【図８】
0004632325.tif 000010
【図９】
0004632325.tif 000011
【図１０】
0004632325.tif 000012
【図１１】
0004632325.tif 000013