(57)【要約】モノリシック半導体フォトカプラー装置は、半導体材料からなる基板と、光ファイバーを収容し位置合わせするために基板の一方の面に形成された溝とを備える。溝を延長した地点に、この溝と交差する方向に、所定の厚みを有する壁部が、基板の半導体材料で形成される。壁部は、溝側の、概ね溝に垂直である第一面と、第一面と対向する第二面とを有する。半導体材料は好ましくはシリコンを含み、よってｐ−ドープおよびｎ−ドープ領域が壁部のそれぞれ第一および第二面上に生成される。これらｐ−およびｎ−ドープ領域を、中間の半導体領域により分離する。はじめに、ｐ−およびｎ−ドープ領域と接触するように第一および第二電極を基板に取り付ける。ｐ−ドープ領域、中間の半導体領域およびｎ−ドープ領域は、光ファイバーが発する光学的信号を電気信号に変換することが出来るｐ−ｉ−ｎ光検出器を形成する。溝内に配設されると、光ファイバーは光検出器に直接位置合わせされる。本発明はまた、上述のモノリシック半導体フォトカプラー装置の作成方法にも関する。
2004507798.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料からなる基板と、
光ファイバーを収容し、位置合わせするために基板の一方の面に形成された溝と、
溝を延長した地点に、該溝と交差する方向に、半導体材料で形成された、所定の厚さを有し、溝とほぼ垂直な溝側の第一面と、第一面と対向する第二面とを有する壁部と、
壁部のそれぞれ第一および第二面上に半導体材料で生成された、異なる電気的特性を有する第一および第二半導体領域と
を備えるモノリシック半導体フォトカプラー装置。
【請求項２】
第一半導体領域は第一型のドープ領域であり、第二半導体領域は第二型のドープ領域である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
基板の半導体材料はシリコンを含み、
第一型のドープ領域はｐ−ドープ領域であり、
第二型のドープ領域はｎ−ドープ領域であり、
ｐ−およびｎ−ドープ領域は中間の半導体領域により分離されており、
ｐ−ドープ領域、中間の半導体領域およびｎ−ドープ領域は、光ファイバーが発する光学的信号を電気信号に変換することが出来るｐ−ｉ−ｎ光検出器を形成する、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
第一半導体領域と接触するように基板に取り付けられた第一電極と、
第二半導体領域と接触するように基板に取り付けられた第二電極と
をさらに備える請求項１に記載の装置。
【請求項５】
溝が形成される前記基板の一方の面は平面状であり、
壁部は基板の前記平面状である一方の面と同一平面状に位置する上部端面をさらに有し、
第一および第二電極は前記壁部の上部端面と前記基板の平面状である一方の面の両方に取り付けられる、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
溝がＶ字型である、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
Ｖ字型の溝は壁部の両側に伸びており、且つ壁部の対向する第一および第二面は三角形状である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
半導体材料からなる基板からモノリシックフォトカプラー装置を作成する方法であって：
基板の一方の面に、光ファイバーを収容し、位置合わせするための溝を形成することと、
所定の厚さを有し、溝とほぼ垂直な溝側の第一面と、第一面と対向する第二面とを有する壁部を、基板の半導体材料で、溝を延長した地点に、該溝と交差する方向に形成することと、
壁部のそれぞれ第一および第二面上に、異なる電気特性を有する第一および第二半導体領域を半導体材料で生成すること
とを含む方法。
【請求項９】
第一および第二半導体領域を生成することは：
壁部の第一面上に半導体材料をドープすることにより第一型のドープ領域を生成することと、
壁部の第二面上に半導体材料をドープすることにより第二型のドープ領域を生成すること
とを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
基板の半導体材料はシリコンを含み、第一および第二半導体領域を生成することは：
壁部の第一面上に半導体材料をドープすることによりｐ−ドープ領域を生成することと、
壁部の第二面上に半導体材料をドープすることによりｎ−ドープ領域を生成することと、
ｐ−およびｎ−ドープ領域を中間の半導体領域により分離すること
とを含み、ｐ−ドープ領域、中間半導体領域およびｎ−ドープ領域が、光ファイバーが発する光学的信号を電気信号に変換することが出来るｐ−ｉ−ｎ光検出器を形成する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
第一半導体領域と接触するように基板に第一電極を取り付けることと、
第二半導体領域と接触するように基板に第二電極を取り付けること
とをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
１．発明の技術分野
本発明は、光ファイバーとフォトコンポーネントの直接的位置合わせに使用されるモノリシック半導体フォトカプラー装置に関する。
【０００２】
２．先行技術
先行技術としては、光ファイバーを収容し、フォトコンポーネントと位置合わせするためのＶ字型溝が現在使用されており、以下の特許文献にそれら先行例が開示されている：
１９９４年１０月１１日　ＵＳ５３５５３８６　（Ｒｏｔｈｍａｎ他）
１９９５年２月１４日　ＵＳ５３８９１９３　（Ｃｏｕｃｏｕｌａｓ他）
１９９９年９月１日　ＧＢ２３３４７８８Ａ　（Ｏｊｈａ他）
２０００年３月８日　ＥＰ０９８４５３３Ａ２　（Ｙａｍａｕｃｈｉ）
【０００３】
具体的には、ＧＢ２３３４７８８Ａには、基板にエッチングされたＶ字型溝と、基板上に蒸着された平面導波管の芯との位置合わせ方法が開示されている。
【０００４】
ＵＳ５３８９１９３には、単に加熱および加圧により光ファイバーをシリコンＶ字型溝内に接合する方法が開示されている。これにより汚染の原因となる可能性のある接着剤の使用を避けることができる。
【０００５】
最後に、ＵＳ５３５５３８６には、モノリシック一体型レーザー、検出器およびファイバー受容チャネルが開示されている。ファイバー受容チャネルは、ウェハ構造にエッチングされたＶ字型の溝を有する。レーザーおよび検出器は、複合層構造に形成されている。
【０００６】
本発明の目的
したがって、本発明の目的は、光ファイバーをフォトコンポーネントに直接位置合わせするための溝およびフォトコンポーネントが設計された、モノリシック半導体フォトカプラー装置のための単純な構造および製造方法を提供することである。
【０００７】
本発明の要旨
さらに具体的には、本発明により、基板と、溝と、所定の厚さの壁部と、第一および第二半導体領域を備えるモノリシック半導体フォトカプラー装置が提供される。基板は半導体材料からなり、溝は、光ファイバーを収容し、位置合わせするために、基板の一方の面に形成される。壁部は基板と同じ半導体材料からなり、溝を延長した地点に、溝と交差する方向に形成される。またこの壁部は、溝側に、概ね溝と直行する第一面を有し、また第一面と対向する第二面を有する。第一および第二半導体領域は異なる電気的特性を有し、壁部のそれぞれ第一および第二面上に、半導体材料で形成される。
【０００８】
このように、溝に光ファイバーを設置すると、光ファイバーは自動的に第一および第二半導体領域を含むフォトコンポーネントに直接位置合わせされる。
【０００９】
本発明によるモノリシック半導体フォトカプラー装置の好適な実施例では：
−　第一半導体領域は第一型のドープ領域であり、第二半導体領域は第二型のドープ領域である。
−　基板の半導体材料はシリコンを含み、第一型のドープ領域はｐ−ドープ領域であり、第二型のドープ領域はｎ−ドープ領域であり、ｐ−およびｎ−ドープ領域はそれらの中間に存在する半導体領域により分離されていて、ｐ−ドープ領域、中間の半導体領域およびｎ−ドープ領域は、溝内に配設された光ファイバーが発する光学的信号を電気信号に変換することができるｐ−ｉ−ｎ光検出器を形成する。
−　モノリシック半導体フォトカプラー装置は、第一半導体領域と接触するように基板に取り付けられた第一電極と、第二半導体領域と接触するように基板に取り付けられた第二電極とをさらに備える。
−　溝が設けられた基板の面は平面状であって、壁部は、前記基板の平面状の面と同一表面上にある上端面をさらに備え、第一および第二電極は、壁部の上端面と前記基板の平面状の面の両方に取り付けられる。
−　溝はＶ字型で、該Ｖ字型溝は壁部の両側に伸びており、対向する壁部の第一および第二面は三角形状である。
【００１０】
本発明はまた、半導体材料からなる基板からモノリシックフォトカプラー装置を作成する方法に関し、該方法は：
基板の一方の面に、光ファイバーを収容し、位置合わせするための溝を形成することと、
所定の厚さを有し、溝とほぼ垂直な溝側の第一面と、第一面と対向する第二面とを有する壁部を、基板の半導体材料で、溝を延長した地点に、該溝と交差する方向に形成することと、
異なる電気的特性を有する第一および第二半導体領域を、壁部のそれぞれ第一および第二面に半導体材料で生成すること
とを含む。
【００１１】
前期作成方法の好適な実施例によると：
−　半導体材料はシリコンを含む。
−　第一および第二半導体領域の生成は、半導体材料を壁部の第一面上にドープして、第一型のドープ領域、例えばｐ−ドープ領域を生成することと、半導体材料を壁部の第二面上にドープして、第二型のドープ領域、例えばｎ−ドープ領域を生成することと、ｐ−およびｎ−ドープ領域を中間の半導体領域で分離し、ｐ−ドープ領域、中間の半導体領域およびｎ−ドープ領域によって、溝内に配設された光ファイバーが発する光学的信号を電気信号に変換できるｐ−ｉ−ｎ光検出器を形成することとを含む。
−　作成方法は、第一半導体領域と接触するように第一電極を基板に取り付けることと、第二半導体領域と接触するように第二電極を基板に取り付けることとをさらに含む。
【００１２】
本発明の他の目的、利点および特徴は、例示のみを目的とし、添付図を参照する、以下の本発明の好適な実施例の非限定的な説明により明らかにする。
【００１３】
好適な実施例の詳細な説明
本発明によるモノリシック半導体フォトカプラー装置の好適な実施例を以下に説明する。添付図では、モノリシック半導体フォトカプラー装置には一般に参照番号１を付した。また、図１および２において、同一の要素には同一の参照番号を付した。
【００１４】
図１および２に示すように、モノリシック半導体フォトカプラー装置１の好適な実施例は、基板２、溝３、壁部４、第一半導体領域５、第二半導体領域６、第一電極７および第二電極８を主に備える。
【００１５】
基板２は半導体材料からなる。好適な実施例では、半導体材料としてシリコンを使用する。当然のことであるが、ＧａＡｓなど、他の種類の半導体材料の使用も本発明の範囲に含まれる。
【００１６】
基板の概ね平面状である面２１に、単一モードまたは多重モードの光ファイバー９の端部を受ける溝３を形成する。図１および２に示すように、溝３は好適にはＶ字型の断面を有する。当然のことであるが、溝がそれ以外のいかなる形状の断面を有していても、本発明の範囲に含まれる。溝３のＶ字型の断面の特性により、光ファイバー９は、光検出器または後述するほかのフォトコンポーネントと正確に位置合わせされる。
【００１７】
非限定的な実施例として、写真的マスキングおよびエッチングにより、高い精度でＶ字型溝３をシリコン基板２の面２１に形成することができる。もちろん、この溝３を面２１に形成するのに他の方法を用いても、本発明の範囲に含まれる。
【００１８】
これは本発明の一部を形成するものではないが、エポキシなどの接着剤により光ファイバー９の端部を基板２のシリコンに接合することができることに言及する。これは非限定的な例に過ぎず、本発明は光ファイバー９をＶ字型溝３に接合する他の方法の使用も包含する。
【００１９】
壁部４は所定の厚みを有し、溝３を延長した地点に、溝３と交差する方向に、基板２のシリコンから形成される。図１および２に示すように、壁部４は、Ｖ字型溝３と、壁部４を中心にして溝３の反対側に、溝３と同軸のＶ字型溝部３１を設けることにより、形成される。これにより：
溝３の側にあって、Ｖ字型溝３にほぼ垂直な第一三角形状面４１と、
Ｖ字型溝部３１の側にあって、第一三角形状面４１に対向する第二三角形状面４２と、
溝３が形成された基板２のほぼ平面状の面２１と同一面上に位置する、ほぼ平面状の上部端面４３と
を有する壁部４が形成される。
【００２０】
第一および第二半導体領域５，６は異なる電気的特性を有し、壁部４のそれぞれ第一および第二面４１，４２上にシリコン材で形成される。さらに詳細には：
シリコン材を壁部４の第一面４１上にドープし、第一型のドープ領域、例えばｐ−ドープ領域５を生成する。
シリコン材を壁部４の第二面４２上にドープし、第二型のドープ領域、例えばｎ−ドープ領域６を生成する。
ｐ−およびｎ−ドープ領域５および６をそれらの間のシリコン領域４４（図２参照）により分離する。
【００２１】
このようにすることで、ｐ−ドープ領域５、中間のシリコン領域４４およびｎ−ドープ領域６は、溝３内に配設された光ファイバー９が発する光学的信号を電気信号に変換することが出来るｐ−ｉ−ｎ光検出器を形成する。面４１および４２をドープすることにより、光検出器ではなく、他の種類のフォトコンポーネント、例えば、光ファイバー９の中へ発光することで、この光ファイバー９を介して伝播および伝送を行うことができるフォトエミッタ、を生成することもできる。
【００２２】
ｐ−ドープ領域５と接触するように第一電極７を基板２に取り付け、一方ｎ−ドープ領域６と接触するように第二電極８を基板２に取り付ける。当業者に明らかであるように、電極７および８は様々な種類の金属から作成し、マイクロエレクトロニクスの分野で使用される従来の技術により取り付けることが可能である。
【００２３】
図１に示すように、集積回路であってもなくてもよい他の回路（図示しない）との接続のために、壁部４の平面状上部端面４３と基板２の平面状の面２１の両方に、第一および第二電極７，８を取り付ける。
【００２４】
図１および２に明らかなように、光ファイバー９の端部を溝３に搭載すると、この光ファイバー９は、ｐ−ドープ領域５、中間シリコン領域４４およびｎ−ドープ領域６を含む光検出器に自動的に直接位置合わせされる。
【００２５】
当業者に明らかであるように、溝３と壁部４のアセンブリの構造、および単に壁部４の対向し合う面をドープすることによってフォトコンポーネントを形成することにより、モノリシック半導体フォトカプラー装置１に、非常に単純で、製造が容易な構造が得られる。
【００２６】
上述で好適な実施例を用いた本発明の説明を行ったが、請求項に定める本発明の範囲内で、本発明の精神および本質から逸脱することなく、この実施例に自由に変更を加えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるモノリシック半導体フォトカプラー装置の好適な実施例の斜視図である。
【図２】図１のモノリシック半導体フォトカプラー装置の、図１の線２−２における側面断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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