(57)【要約】【課題】パッケージングされたオプトエレクトロニクスデバイスの大きさ及び／又はコストを低減させることができるパッケージング技術及び構造を提供すること。【解決手段】ミラー(550)その他の光学素子が組み込まれる密閉されたキャビティ(540)を含むオプトエレクトロニクスデバイス(510)のためのパッケージ(500)。このパッケージングは個々のレーザ毎に又はウェハレベルで実施することができる。ウェハレベルでのプロセスは、第１のウェハ(120)内にサブマウントを作製し、第２のウェハ(130)内に反射領域(150)を有するくぼみを作製し、オプトエレクトロニクスデバイス(110)を第１のウェハ(120)上の個々のサブマウントに電気的に接続し、及び第２のウェハ(130)を第１のウェハ(120)に接合して、オプトエレクトロニクスデバイス(110)が第２のウェハ(130)内のくぼみに対応するキャビティ(140)内に密閉される。【選択図】図１
2005094016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面発光型レーザを含むオプトエレクトロニクスデバイス(510)と、
該オプトエレクトロニクスデバイス(510)に電気的に接続される電気トレースを含むサブマウント(520)と、
該サブマウント(520)に取り付けられて、前記オプトエレクトロニクスデバイス(510)を封入するキャビティ(540)を形成し、及び前記光信号のリフレクタとして機能する前記キャビティ(540)の壁の一部を形成する、キャップ(530)と
を備えている構造体。
【請求項２】
前記キャップ(530)が、前記キャビティ(540)の壁を形成するくぼみを有するシリコン基板を含み、前記リフレクタとして機能する壁の一部が、前記シリコン基板の結晶構造の<111>面を含む、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記光信号の経路が前記サブマウント(520)を通過する、請求項１又は請求項２に記載の構造体。
【請求項４】
前記サブマウント(350)が、前記オプトエレクトロニクスデバイス(510)の動作に有用な能動回路(370)を更に含む、請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載の構造体。
【請求項５】
前記サブマウント(520)に対する前記キャップ(530)の接合が前記キャビティ(540)を密封する、請求項１ないし請求項４の何れか一項に記載の構造体。
【請求項６】
オプトエレクトロニクスデバイス(510)をサブマウントウェハ(520)に電気的に接続し、
光学素子(550)を含むキャップ(530)を作製し、
該キャップ(530)を前記サブマウント(520)に接合し、前記オプトエレクトロニクスデバイス(510)が前記サブマウントウェハ(520)と前記キャップ(530)との間のキャビティ(540)内に封入され、該オプトエレクトロニクスデバイス(510)の光信号が前記光学素子(550)上に入射する、
という各ステップを含むプロセス。
【請求項７】
前記キャップを作製する前記ステップが、
キャップウェハ内にくぼみを作成し、該くぼみが前記キャビティ(540)の壁に対応する壁を有しており、
前記くぼみの壁上の反射領域に対応するリフレクタとして前記光学素子(550)を形成する、
という各ステップを含む、請求項６に記載のプロセス。
【請求項８】
前記キャップウェハがシリコンを含み、前記反射領域が該シリコンの結晶構造の<111>面と一致する、請求項７に記載のプロセス。
【請求項９】
複数のオプトエレクトロニクスデバイス(110)を前記サブマウントウェハ(120)の複数のサブマウント領域にそれぞれ電気的に接続し、各オプトエレクトロニクスデバイス(110)が対応する光信号を有しており、
複数のキャップを作製し、各キャップが光学素子(150)を１つずつ含み、
該キャップを前記サブマウントウェハ(120)に接合し、前記オプトエレクトロニクスデバイス(110)が前記サブマウントウェハ(120)と前記各キャップとの間の個々のキャビティ(140)内に封入され、該オプトエレクトロニクスデバイスの各々毎に、前記対応するキャップ内の光学素子(150)が該オプトエレクトロニクスデバイス(110)に対応する光信号を受信するよう配置され、
結果的に得られる構造体を、前記オプトエレクトロニクスデバイスを含む複数の別々のパッケージへと分割する、
という各ステップを更に含む、請求項７ないし請求項９の何れか一項に記載のプロセス。
【請求項１０】
前記キャップが前記キャップウェハ(130)のそれぞれの領域を含み、前記キャップを前記サブマウントウェハ(120)に接合する前記ステップが、前記キャップウェハ(130)を前記サブマウントウェハ(120)に接合するステップを含む、請求項９に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
光トランシーバ用のレーザダイオード等の半導体オプトエレクトロニクスデバイスは、ウェハ処理技術を使用して効率的に作製することができる。一般に、ウェハ処理技術ではウェハ上に多数（例えば数千）のデバイスを同時に形成する。ついでウェハを別々の個別のレーザに切断する。多数のレーザを同時に作製することにより、１レーザ当たりのコストを抑えることができるが、各レーザは一般に、パッケージ化し及び／又はアセンブルして１つのシステムにして、該システムが、レーザを保護し、及びレーザ上のデバイスを使用するための電気的なインタフェース及び光学的なインタフェースの両方を提供するようにしなければならない。
【０００２】
オプトエレクトロニクスデバイスを含むパッケージ又はシステムのアセンブルは、高いコストを要するものとなる場合が多い。これは、多数の光学要素を半導体デバイスと位置合わせしなければならないからである。例えば、光トランシーバレーザの送信側は、光信号をレーザの縁部から放射するファブリ・ペロー・レーザを含む場合がある。しかし、望ましい光信号の経路が、別の方向（例えばパッケージの面に対して垂直な方向）から光が放射されることを必要とする場合がある。反射鏡により光信号を元の方向から所望の方向へと偏向させることができる。更に、光信号を集光し又は変更し、及び光信号と外部の光ファイバとの結合を向上させるために、レンズその他の光学素子が必要となる場合がある。レーザの縁部に対する反射鏡の位置合わせ、反射鏡に対するレンズの位置合わせ、レンズに対する光ファイバの位置合わせは、時間及び費用を要する工程となり得る。
【０００３】
ウェハレベルパッケージング（wafer-level packaging）は、オプトエレクトロニクスデバイスのパッケージングのサイズ及びコストを低減させるための有望な技術である。ウェハレベルパッケージングの場合、従来別々に形成されて取り付けられていた構成要素が、多数のパッケージに対応する１つのウェハ上に作製される。その結果として得られる構造を個別に又は同時に取り付け、後に別々の個別のパッケージへと切断することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パッケージングされたオプトエレクトロニクスデバイスの大きさ及び／又はコストを低減させることができるパッケージング技術及び構造が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、端面発光型(side-emitting)レーザが、２つのウェハ又は基板の間に形成されたキャビティ内に封入される。該基板の一方又は両方は、レーザに接続される受動電気回路又は能動電気回路を含むことが可能である。反射鏡等の光学素子を基板に（例えば基板内に形成されたキャビティの壁に）統合させることも可能である。
【０００６】
本発明の一実施形態によるウェハレベルのパッケージングプロセスは、第１のウェハ上に多数のキャビティと反射鏡を形成し、及び第２のウェハ上に電気的なデバイス接続部及び／又は能動構成要素を形成することを含む。２つのウェハが接合されると、オプトエレクトロニクスデバイスは、デバイス接続部に電気的に接続し、それぞれのキャビティ内に収容される。該接合は、オプトエレクトロニクスデバイスを保護するための密封を形成することができる。該接合されたウェハを含む構造が切断されて、半導体光デバイスを含む別々のパッケージ又はアセンブリが作成される。
【０００７】
本発明の１つの具体的な実施形態は、レーザ、サブマウント、及びキャップを含む、組み込まれた光デバイスを有するアセンブリである。レーザは、光信号を放射するファブリ・ペロー・レーザ等のデバイスである。サブマウントは、レーザ上のデバイスと電気的に接続し、及び外部デバイスに接続するための端子へと導く、電気トレースを含む。サブマウントは更に、増幅器等の能動回路素子を含むことが可能である。キャップがサブマウントに接合されて、レーザを封入するキャビティ（好ましくは密封されたキャビティ）が形成される。キャップが接合される際に、組み込まれる光学素子がレーザからの光信号の経路内に位置し、別個の位置合わせプロセスは必要ない。
【０００８】
レーザが該レーザの縁部から光信号を放射する際に、光学素子は、レーザから（例えばサブマウントを介して）出力経路へと放射された際の初期方向から光信号を反射するよう配置された鏡とすることができる。該鏡は、キャビティの壁の反射部分として形成することができる。
【０００９】
キャップは一般に、くぼみを有するシリコン基板等の基板から形成される。基板の結晶構造を使用して、くぼみ／キャビティの選択された壁の向きを制御することができる。特に、反射性の壁により又は壁の一部の反射コーティングにより形成される鏡に対応する壁は、シリコン基板の結晶構造の<111>平面に沿っていることが可能である。異方性エッチングは、滑らかな表面と所望の配向を有するキャビティ壁を提供することができる。
【００１０】
本発明の別の実施形態は、光デバイスのパッケージング方法である。この方法は一般に、光デバイスをサブマウントに電気的に接続し、光学素子を含むキャップを作製し、該キャップをサブマウントに接合する、という各ステップを含む。これにより、光デバイスがサブマウントとキャップとの間のキャビティ内に封入され、キャップ内の光学素子は、前記光デバイスから該光学素子上に入射した光信号の方向を変える。
【００１１】
キャップは、基板内にくぼみを形成し（例えばエッチングし）、該くぼみの壁上の反射領域に対応する鏡として光学素子を形成することにより作製することができる。シリコン基板の場合には、該反射領域は、シリコンの結晶構造の<111>平面と一致していてもよい。
【００１２】
本発明の更に別の実施形態は、光信号を放射するデバイスを含むレーザのウェハレベルのパッケージングプロセスである。このプロセスは一般に、第１のウェハの複数のサブマウント領域に複数のレーザをそれぞれ電気的に接続し、光学素子を各々が含む複数のキャップを作製し、該複数のキャップを前記第１のウェハに接合する、という各ステップを含む。これにより、レーザが第１のウェハと個々のキャップとの間の各キャビティ内に封入され、各レーザ毎に、対応するキャップ内の光学素子が該レーザからの光信号を受信するよう配置される。キャップを第１のウェハに接合した後、その結果として得られる構造を切断して、各々がレーザを含む個々のパッケージへと分離し、プロセスが完了する。
【００１３】
キャップをウェハに接合することにより実際に第１のウェハが第２のウェハに接合されるように、第２のウェハの個々の領域としてキャップを形成することができる。キャップの作製方法の１つは、基板内にくぼみを作成し（例えばエッチングし）、個々のくぼみの壁上の反射領域に対応する鏡として光学素子を形成する、という各ステップを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
異なる図面で使用する同じ符号は、同様の又は同一の構成要素を示している。
【００１５】
本発明の一態様によれば、オプトエレクトロニクスデバイスを含むパッケージ又はアセンブリは、サブマウントと、半導体光デバイスからの光信号の方向を変える反射鏡等の組み込まれた光学素子を有するキャップとを含む。こうしてオプトエレクトロニクスデバイスからの光信号の方向を変えて、別の光デバイス又は光ファイバに結合するのに都合の良い方向に出力することができる。
【００１６】
これらのパッケージのウェハレベルの作製プロセスでは、多数のキャップを含む第１のウェハを、多数のサブマウントを含む第２のウェハに接合する。オプトエレクトロニクスデバイスは、ウェハの接合により形成された多数のキャビティ内に存在して電気的に接続される。キャビティを密封して、封入されたデバイスを保護することができる。接合されたウェハを含む構造が切断されて別々の個々のパッケージとなる。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態による、ウェハレベルのパッケージングプロセス中に作成される構造100を示している。該構造100は、多数の端面発光型レーザ110を含む。該レーザ110は、従来設計のものとすることが可能であり、当業界で周知の技術を使用して作製することができる。１つの具体的な実施形態では、各レーザ110は、光送信器の送信部で使用するファブリ・ペロー・レーザである。
【００１８】
各レーザ110は、サブマウントウェハ120とキャップウェハ130との間に形成されたキャビティ140のうちの１つの中にある。図１の実施形態では、レーザ110は、サブマウントウェハ120に対して接合され及び電気的に接続される。レーザ110は、従来のダイ接合装置を使用して、糊付けするか他の方法で所望の位置に接合することができる。構造100においては、ワイヤボンディングによりレーザ110上のボンディングパッド115を、ウェハ120上の内部ボンディングパッド122に接続する。
【００１９】
ウェハ120は主に、レーザ110からの光信号の波長（例えば1100nm以上）を透過させるシリコン及び／又は他の材料で作成する。該ウェハ120はまた、レーザ110を外部端子124と接続する結合パッド122及び電気トレース又はバイア（図示せず）等の回路素子も含む。図示の実施形態では、外部端子124はサブマウントウェハ120の上面にあるが、代替的には外部端子は底面に配設することが可能である。更に、トランジスタ、増幅器、又はモニタ／センサ等の能動デバイス（図示せず）をウェハ120に組み込むことが可能である。
【００２０】
キャップウェハ130は、サブマウントウェハ120上のレーザ110に対応する領域内のくぼみ又はキャビティ140と、外部端子124上の領域内の切断チャネル144とを含むように作製される。ウェハ130は、所望の形状のキャビティ140を形成するのに適したシリコン又は任意の都合の良い材料で作成することができる。キャビティ140は、様々な方法で形成することができ、該方法には、成形、及び、鋳造、超音波機械加工、（等方性、異方性、又はプラズマ）エッチングを含むが、これらに限定されるものではない。
【００２１】
レーザ110からの光信号を所望の方向に反射するために必要な位置でリフレクタ150がキャップウェハ130に統合されるように、キャビティ140を含むキャップウェハ130の表面の全部又は一部が、反射性を有し、又は反射材料でコーティングされたものとなる。例示的な実施形態では、反射性の金属を堆積させてリフレクタ150を形成するが、半田でウェハ120,130を接合する際のウィッキング（wicking）を防止するために該金属を所定の領域に限定することができる。リフレクタ150は、単に光信号を所望の方向に反射し又は曲げるための平面状のものとすることが可能であり、代替的には、必要に応じて、ビーム成形を提供するよう非平面状のものとすることが可能である。
【００２２】
例示的な実施形態では、キャップウェハ130はシリコンであり、シリコンの異方性エッチングにより、シリコンの結晶構造の<111>面上に非常に滑らかで平らなファセットを有するキャビティ140が形成される。リフレクタ150は、Ti／Pt／Au金属スタック等の反射性材料でコーティングされたファセットである。レーザ110がウェハ120の面に対して平行に放射した光信号をリフレクタ150がサブマウントウェハ120の表面に対して垂直な方向に反射するように、ウェハ130の表面に対するリフレクタ150の好ましい角度は45°である。9.74°だけ軸から外れて切断したシリコンウェハを使用して、各リフレクタ150毎に45°の角度を得ることができる。しかし、異なる角度で軸上で切断し又は軸から外れて切断したエッチングシリコンもまた、多くの用途に適した角度のリフレクタ150を作成することができる。
【００２３】
随意選択的に、レンズ又はプリズム等の光学素子160を、レーザ110からの光信号の経路に沿ってサブマウントウェハ120に接合し又は統合することができる。図１では、光学素子160は、ウェハ120に組み込まれ、図１に図示されていない光ファイバその他の光デバイスに光信号を一層良好に結合させるために光信号を集光する役割を果たすレンズである。「緩和された位置合わせ許容範囲を有する光ファイバカプラ」と題する米国特許出願第10/210,598号は、光信号を光ファイバに結合することが望ましい場合の、光学素子160に適した二焦点回折レンズを開示している。
【００２４】
サブマウントウェハ120及びキャップウェハ130は、互いに位置合わせして接合される。半田、熱圧縮による接合、接合剤による接合を含む様々なウェハ接合技術を使用してウェハ120,130を接合させることができるが、接合技術はこれらに限定されるものではない。本発明の例示的な実施形態では、金／スズ共晶半田によりウェハ120,130を互いに接合させ、キャビティ140を密封する。キャビティ140の密封は、封入されたレーザ110を環境による損傷から保護するものとなる。
【００２５】
ウェハ120,130を接合させた後、構造100を切断して、キャビティ140内に各々密封されたレーザ110を含む個別のパッケージを作成することができる。特に、切断チャネル144は、外部端子124等の下にある構造を損傷させることなくキャップウェハ130を線136に沿って切断することを可能にする。キャップウェハ130を切断した後、サブマウントウェハ120を線126に沿って、別々の個別のパッケージへと切断することができる。
【００２６】
図２は、フリップチップ構造を使用してレーザ210をサブマウントウェハ220に接合する、本発明の代替的な実施形態による構造200を示している。フリップチップパッケージングでは、レーザ210の結合パッド212は、サブマウントウェハ220上の導電ピラー又はバンプ222に接触するよう配置される。バンプ222は一般に、物理的及び電気的にレーザ210をウェハ220に接合させるようリフローさせることができる半田を含む。またアンダーフィル(underfill)（図示せず）を使用してレーザ210とサブマウントウェハ220との間の機械的な完全性を強化することもできる。レーザ210をウェハ220に接合し電気的に接続する方法を除き、構造200は上記の構造100と実質的に同じである。
【００２７】
図１と図２では、ウェハレベルのパッケージングプロセス中に形成される構造を図示したが、リフレクタがレーザからの光信号の方向をサブマウントを介して変える単一の端面発光型レーザにも同様の技術を使用することができる。
【００２８】
図３Ａは、本発明の例示的な実施形態による光デバイスパッケージのためのサブマウント300の断面図を示している。ウェハレベルのパッケージングプロセスでは、サブマウント300はサブマウントウェハの一部となり、上述のようにサブマウントウェハの接合後にだけ他の同様なサブマウントから分離される。代替的に、単一パッケージを作製する場合には、光デバイスレーザをサブマウント300に接合させる前に、サブマウント300を他の同様のサブマウントから分離させることができる。
【００２９】
サブマウント300は、本出願人による代理人整理番号10030566-1の「光学素子とエレクトロニクスの統合」と題する米国特許出願に説明されたウェハ処理技術等を使用して作製することができる。図示の実施形態では、サブマウント300は、長い波長の光を使用した光信号に対して透過性を有するシリコン基板310を含む。
【００３０】
シリコン基板310上で、レンズ320が、例えば、ポリシリコンの層と酸化物の層とを交互に積み重ね、所望の形状又は特性の回折レンズ又は屈折レンズを作成することにより、形成される。本出願人による代理人整理番号10030769-1の「回折光学素子を作成する方法」と題する米国特許出願は、レンズ320の作製に適した幾つかのプロセスを説明している。
【００３１】
レンズ320を保護し、及びメタライゼーションをパターン形成できる平らな面を提供するために、平らな絶縁層330がシリコン基板310上に形成される。本発明の例示的な実施形態では、絶縁層330は、約10000Åの厚さのTEOS（テトラ・エチル・オルソ・シリケート）層である。
【００３２】
導電トレース340は、例えば10000Å厚さのTiW／AlCu／TiWスタック等の金属層からパターン形成することができる。例示的な実施形態では、金属を層330上に蒸着させることを含むプロセスと望ましくない金属を除去する剥離プロセスとにより、トレース340が形成される。絶縁層332（例えば約10000Å厚さの別のTEOS層）を堆積させて、トレース340を埋め、絶縁する。絶縁層は、開口部338を含むことが可能であり、開口部338は随意選択的にAu（図示せず）でカバーして、ワイヤボンディングを使用して電気的に接続できるようにする。このようにして任意の数の埋め込まれたトレースの層を構成することができる。約4500Å厚さの層の窒化珪素等の比較的硬くて耐薬品性を有する材料のパッシベーション層334を他の絶縁層の上に形成して、その下にある構造を保護することが可能である。キャップを結合し／半田付けするために、金属層360（例えば約5000Å厚さのTi／Pt／Auスタック）をパッシベーション層334上に形成する。
【００３３】
上記のパッケージの中のサブマウントは、受動回路又は能動回路を組み込むことができる。図３Ｂは、能動回路370が内部及び上部に形成された基板310を含むサブマウント350のレイアウトを示している。能動回路370を使用して、サブマウント350に接合されることになる１つ又は２つ以上のレーザからの入力信号又は出力信号を処理することができる。基板310は、標準的なIC加工技術を使用して組み込まれた能動回路370を上部に作製することができる半導体基板である。回路370が作製されると、オプトエレクトロニクスデバイスに接続するための内部パッド又は端子342と、外部に接続するための外部結合パッド又は端子344とが形成され、それらが互いに接続され及び／又は能動回路370に接続される。図３Ｂに示す実施形態では、外部パッド344は、電源、アース、データ信号等のI／O信号のためのものである。
【００３４】
光学素子320は、基板310上で電気トレース又は構成要素のない領域内にあり、光信号の反射経路に適応する。
【００３５】
キャップを接合する半田リング360を能動回路370と外部結合パッド344の間に形成する。外部結合パッド344へアクセスできる大きさの個別のキャップを半田リング360に接合させることができる。代替的に、多数のキャップをキャップウェハ内に作製するウェハレベルのパッケージングプロセスで、キャップウェハをサブマウントウェハに接合する前に、キャップウェハを部分的にエッチングして、外部パッド344に適応させてもよい。
【００３６】
図４Ａは、図３Aのサブマウント300に接合するのに適したキャップ400の斜視図である。キャップ400は、標準のウェハ処理技術を使用して作製することができる。本発明の例示的な実施形態では、シリコン基板410の異方性エッチングにより、シリコン結晶構造の<111>面上に非常に滑らかなファセット430を有するキャビティ420を形成する。少なくともキャビティ420のターゲットファセット430を、反射性のものとし、又は反射性材料（例えばTi／Pt／Au金属スタック）でコーティングする。これにより、キャップ400のファセット430がリフレクタとして機能できる。
【００３７】
図４Ｂは、本発明の代替的な実施形態によるキャップ450の斜視図を示している。キャップ450は、スタンドオフリング462と裏当て板464とを含む２つの層を含む構造460を含む。キャップ450の利点は、２つの層462,464に異なる処理を施し及び／又はそれらを異なる材料から作成することができることにある。特に、スタンドオフリング462は、完全にエッチングし、所望の角度で平らな鏡面430を有するリングを形成したシリコンで作成することができ、裏当て板464はより短い波長の光を透過するガラス等の材料で作成することができる。
【００３８】
サブマウント300とキャップ400又は450を使用して光デバイスパッケージを組み立てるために、従来のダイ接合及びワイヤボンディングプロセス又は代替的にフリップチップパッケージングプロセスを使用して、レーザをサブマウント300上に装着する。サブマウント300上のトレース340への電気的な接続により、レーザに電力を供給し、レーザとの間でデータ信号の搬送ができるようになる。レーザを接合した後にキャップ400又は450をサブマウント300に接合する。これは上述のように単一のパッケージレベルでもウェハレベルでも行うことができる。サブマウント300又はキャップ400上にAuSn（又は他の半田）のパターン形成を行うことにより密封が得られ、ウェハを合わせたときに、半田リフロープロセスにより、封入されたレーザを保護する密封が作成される。
【００３９】
図５は、本発明の一実施形態による光学サブアセンブリ又はパッケージ500を示している。パッケージ500は端面発光型レーザ510を含む。レーザ510は、サブマウント520上に装着されて該サブマウント520と電気的に接続し、キャップ530をサブマウント520に接合したときに密封されるキャビティ540内に密封される。キャビティ540は、底部及び上部の主な表面から9.74°の角度で＜100＞平面を有するシリコンでキャップ530を作成する構成を示している。リフレクタ550の表面をシリコン基板の<111>面に沿って形成し、キャップ530とサブマウント520の主な表面に対して45°の角度になるように、キャップ540をウェットエッチングすることができる。
【００４０】
本発明の一態様によれば、モニタレーザ515もまたサブマウント520上に装着されて該サブマウント520に電気的に接続する。モニタレーザ515は、レーザ510からの光信号の強度を測定する光ダイオードを含む。これにより、レーザ510内のレーザをモニタリングし、出力を一定にすることができる。
【００４１】
ポスト560は、レーザ510が放射しリフレクタ550から反射した後の光信号と位置合わせされる。特に、ポスト560は、サブマウント520上の光ビームが出る位置でエポキシ接着することができる。ポスト560は多くの形態をとることができ、その中には、光透過性材料のシリンダ又は球体等の、中空のシリンダ又は中実の構造体を含むが、これらに限定されるものではない。ポスト560は、パッケージ500内で、コネクタ中の光ファイバをレーザから放射された光に位置合わせするための位置合わせ機構として機能する。
【００４２】
本発明の上記の実施形態により、端面発光型レーザからの光信号の方向を変える反射鏡を有するキャップを提供することができる。しかし、本発明の態様は、VCSEL（面発光型半導体レーザ）等の他のタイプのオプトエレクトロニクスデバイスにも使用できる。
【００４３】
図６は、面発光型レーザ610のための半導体光学サブアセンブリ又はパッケージ600を示している。レーザ610はサブマウント620に装着され該サブマウント620に電気的に接続する。特に、図６は、フリップチップ技術を使用して、レーザ610の電気ボンディングパッド612をサブマウント620上のそれぞれの導電バンプ622に接続する実施形態を示している。代替的に、上記のワイヤボンディングを使用して面発光型レーザをサブマウントに接続することが可能である。
【００４４】
サブマウント620は、外部の電気的な接続のための外部端子624を含むよう処理された基板である。一実施形態では、サブマウント620は、導電バンプ622と外部端子624との間に直接の電気的な接続を提供する、図３Ａに示すトレースを含む。代替的に、サブマウント620は、図３Ｂに示し上述した能動回路を含むことが可能である。
【００４５】
キャップ630を上記の技術のうち任意の技術を使用してサブマウント620に接合し、例示的な実施形態では半田でキャップ630をサブマウント620に接合する。その結果として、レーザ610はキャップ630とサブマウント620との間のキャビティ640内に密封される。キャップ630は、図４Ａに示すように単一の基板から形成することが可能であり、また図４Ｂに示すように多層構造とすることが可能である。しかし、レーザ610は、端面発光型レーザではなく面発光型レーザなので、キャップ630は反射鏡を必要としない。レーザ610は、キャップ630を介して光信号を直接方向づける。図６は、回折レンズ又は屈折レンズである光学素子650をキャップ630内に形成して光信号を集光する実施形態を示している。
【００４６】
光信号がキャップ630から出る位置で、ガラスポスト660をキャップ630上にエポキシ接合する。ガラスポスト660は、レーザ610から放射された光を受光するよう光ファイバその他の光デバイスの位置合わせを行うための位置合わせの手がかりとして働く。
【００４７】
図７は、図５のサブアセンブリ500を含む光学アセンブリ700を示している。サブアセンブリ600を含む光学アセンブリは同様の構成とすることが可能である。アセンブリ700は、パッケージ500のポスト560を含むスリーブ720と、フェルール740中の光ファイバ730とを含む。フェルール740は、従来の光ファイバコネクタ（図示せず）の一部とすることが可能である。スリーブ720は、基本的には、ポスト560とフェルール740とを受容するボアを有する中空のシリンダである。したがって、スリーブ720の一端の内径は、標準的な光ファイバフェルールを受容する大きさとすることができる。かかるフェルールは任意の大きさにすることが可能であるが、一般には直径が1.25mm又は2.5mmである。図７のスリーブ720に示すような均一なボアの場合、ポスト560は、フェルール740の直径と一致する直径を有する。代替的には、スリーブ720のボアの直径を各端で異ならせて、それぞれポスト560とフェルール740とに適応させることが可能である。更に別の実施形態では、スリーブ720とフェルール740の機能は、ポスト560（例えば約1mm以上の直径を有する）を収容する開口部と位置合わせされた光ファイバ（例えば典型的には約125μmの裸(bare)直径を有する）を含む単一の構造内に組み込むことができる。
【００４８】
ポスト560の上面はファイバストップとしての役割を果たし、レーザ510に対するフェルール740の「z」位置、したがって光ファイバ730の「z」位置を制御する。したがってポスト560の長さは、パッケージ500からの光信号を光ファイバ隣接ポスト560の中に効率的に結合するように選択する。特に、ポスト560の長さはサブマウント520の中又は上に形成できる任意の集光素子に依存する。
【００４９】
ポスト560とフェルール740がスリーブ720内で係合することにより、ポスト560と光ファイバ730の「x-y」平面内の位置が決定する。このようにして、光ファイバ730はポスト560に対してx-y平面内で中央に位置し、レーザ510から放射された光を光ファイバ730の中心に入れる。したがって、サブアセンブリ500の作製中に所望の長さを有するポスト560を適切に配置することによって、光信号を効率的に結合するための光ファイバ730の位置合わせが簡単になる。
【００５０】
外部端子パッケージ500又は600は一般に、光送信器又は光トランシーバ等の他の構成要素を含む回路板に接続する。図８は、パッケージの上面の端子が可撓性回路810に接続する、本発明の一実施形態を示す。可撓性回路810は一般に、パッケージ500又は600の外部端子に半田付けできる導電トレースを含む柔軟なテープ又は基板である。可撓性回路810を通じて穴を作成し、パッケージ500又は600のポスト560又は660及びキャップ530又は630等の突出した構造を収容することができる。光送信器又は光トランシーバの他の構成要素830が装着される剛性回路基板820は、可撓性回路810とパッケージ500又は600内のサブマウントとを介してパッケージ内のオプトエレクトロニクスデバイスに電気的に接続する。本発明の代替的な実施形態では、結果としてスリーブ720が光ファイバコネクタに便利な方向になるという条件で、パッケージ500又は600の外部端子を剛性回路基板に直接接続することが可能である。
【００５１】
本発明を特定の実施形態を参照して説明したが、この説明は本発明の用途の例に過ぎず、本発明を限定するものと解釈すべきではない。開示された実施形態の特徴に対する様々な適用及び組み合わせもまた、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】ワイヤボンディングを使用して電気的な接続を行う、本発明の一実施形態による半導体光デバイスのためのウェハレベルパッケージングプロセスの間に形成される構造の一部の断面図である。
【図２】フリップチップ構造を使用して電気的な接続を行う、本発明の一実施形態による半導体光デバイスのためのウェハレベルパッケージングプロセスの間に形成される構造の一部の断面図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による半導体光デバイスアセンブリのサブマウントの断面図である。
【図３Ｂ】サブマウント内に能動回路を含む、本発明の一実施形態によるサブマウントの平面図である。
【図４Ａ】本発明の代替的な実施形態による、半導体光デバイスパッケージのキャップの斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の代替的な実施形態による、半導体光デバイスパッケージのキャップの斜視図である。
【図５】端面発光型レーザ、組み込まれた反射鏡を有するキャップ、光位置合わせポストを含む、本発明の一実施形態による光デバイスパッケージを示す図である。
【図６】面発光型レーザ、組み込まれた光学素子を有するキャップ、光位置合わせポストを含む、本発明の一実施形態による光デバイスパッケージを示す図である。
【図７】スリーブ及び光ファイバコネクタを組み付けた際の図５の光デバイスパッケージを示す図である。
【図８】光学アセンブリが可撓性回路を介して剛性回路基板に接続する本発明の一実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
100  構造
110  端面発光型レーザ
115  ボンディングパッド
120  サブマウントウェハ
122  ボンディングパッド
124  外部端子
130  キャップウェハ
140  キャビティ
150  リフレクタ
160  光学素子
200  構造
210  レーザ
212  結合パッド
220  サブマウントウェハ
222  バンプ
300  サブマウント
310  シリコン基板
320  レンズ
330  絶縁層
332  絶縁層
334  パッシベーション層
338  開口部
340  導電トレース
344  外部結合パッド
350  サブマウント
360  金属層
370  能動回路
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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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