(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面を有する基板と、
前記基板の前記表面に設けられたほぼ角錐形または角錐台形の第１の空洞と、
前記第１の空洞の開口部を二分し、前記開口部の対角線と垂直な線上に整列した光学軸を備え、前記第１の空洞から所定の距離をあけて前記基板に取り付けられたフォトニクス素子と、
光ビームを遮ることなく、前記フォトニクス素子と所定の関係をなすように、前記第１の空洞の側壁によって収容された球面レンズとを備えた光学素子。
【請求項２】
前記第１の空洞の側壁が、前記基板の結晶面により画定されていることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記基板が結晶シリコン材料から造られ、前記第１の空洞が、主として前記基板の結晶面に沿って前記空洞の側壁を有することを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記基板が＜１００＞表面を備え、かつ、前記第１の空洞の側壁が＜１１１＞結晶面であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
【請求項５】
前記フォトニックス素子が、半導体レーザ及び半導体光検出器の一方であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１の空洞と互いに重なり合う、角錐形または角錐台形の第２の空洞をさらに備え、前記第２の空洞が、前記線に沿って前記フォトニクス素子から離れた前記第１の空洞の角に切り欠きを形成することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光学素子。
【請求項７】
前記第１の空洞が、前記線に沿って前記フォトニクス素子から離れた前記第１の空洞の角にＶ字形状の切り欠きを有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の光学素子。
【請求項８】
前記第１の空洞が、さらに、前記線に沿って前記フォトニクス素子に隣接した切頭角を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバまたはフォトニクス・モジュールに関し、とりわけ、光ビームを遮らないように、コストを最小限に抑えて高精度で製造される改良形フォトニクス・モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムは、歪みの少ない、低コストによる、極めて多量の情報の長距離伝送において広く利用されている。このため、フォトニクス・パッケージまたはモジュールといった光通信システムの部品が、かなり開発されてきた。フォトニクスは、一般に、電子属性と光学属性の両方を共有する素子を表している。これらの素子は、電子信号に応答してコヒーレントな光を発生するレーザ素子、及び、光に応答して、電子信号を発生する光検出器とすることが可能である。
【０００３】
一般に、フォトニクス・モジュールは、縁発光半導体レーザ及び表面検出光検出器を利用している（図１Ａ及び図１Ｂ参照）。図１Ａから明らかなように、縁発光レーザ１１は、放射角度が比較的広いので、送信モジュール１０は、一般に、光学結合の効率を高めるため、レーザ１１と光ファイバ１３の間に挿入されたレンズ１２を備えている。図１Ｂから明らかなように、結合効率を高めるため、光ファイバ１３と受信モジュール１４の光検出器１５の間にも、レンズ１７が挿入されている。これによって、異なる素子間の結合効率及び距離を設計目的に応じて変更することが可能になる。
【０００４】
送信モジュール１０を製造する場合、レーザ１１、レンズ１２、及び、光ファイバ１３は、互いに正確に所定の整列状態になければならない。同様に、受信モジュール１４を製造する場合、光ファイバ１３、レンズ１７、及び、光検出器１５（特にその活性領域１６）は、互いに正確に所定の整列状態になければならない。これを実現するため、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、部品を所定位置に互いに整列した状態で保持するのに、一般に、３次元固定具及び／または取り付け具が必要になる。
【０００５】
図２Ａは、図１Ａの送信モジュール１０のパッケージに関する側断面図である。図２Ｂは、受信モジュール１４のパッケージに関する側断面図である。図２Ａから明らかなように、固定具１８ａは、レンズ１２を所定の位置に、かつ、やはり固定具１８ａに取り付けられるレーザ１１と所定の整列状態で保持するために用いられる。この固定具１８ａは、さらに、光ファイバ１３を所定位置に保持するもう１つの固定具１８ｂに結合され、これによって、モジュール１０が形成される。レーザ１１、レンズ１２、及び、光ファイバ１３の整列は、固定具１８ａ及び１８ｂによって実現する。図２Ｂの場合、固定具１９ａが、レンズ１７を保持し、光検出器１５と整列させるために利用され、固定具１９ｂが、光ファイバ１３を保持するために利用される。次に、光ファイバ１３とレンズ１７とが整列するように、固定具１９ｂと固定具１９ａが結合される。
【０００６】
こうしたフォトニクス・モジュールまたはパッケージの欠点の１つは、比較的高い精度を必要とするため、固定具の製造が高くつくということである。もう１つの欠点は、固定具を用いて、フォトニクス・モジュールの部品を正確な位置に組立てるのに時間がかかるので、スループットが低くなるということである。さらに、フォトニクス・モジュールの組立時における整列及び調整には、かなりの時間と注意も必要になる可能性がある。これは、並みの技能レベルを備えたオペレータによるフォトニクス・モジュールの大量生産を妨げ、同時に、必要な整列基準の維持を妨げることになる。これらの要素は、一般に、フォトニクス・モジュールのコスト削減を制限する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、高い精度のマイクロフォトニクス・モジュールを廉価に製造する方法を開示することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、マイクロフォトニクス・モジュールを高い精度で製造することが可能になる。
【０００９】
本発明によれば、マイクロフォトニクス・モジュールが頑健な機械特性を備えるようにすることが可能になる。
【００１０】
本発明によれば、マイクロフォトニクス・モジュールを最小限のコストで製造することが可能になる。
【００１１】
本発明によれば、また、フォトニクス素子（例えば、レーザまたは光検出器）とレンズの間において光ビームを遮ることがないようにして、改良形マイクロフォトニクス・モジュールが得られる。
【００１２】
以下では、光学素子の製造方法について述べることにする。該方法には、基板に傾斜した側壁を備えた空洞を形成するステップが含まれている。フォトニクス素子が、空洞から所定の距離をあけ、フォトニクス素子の光学軸と空洞の対角線とが整列するようにして、基板に取り付けられる。球面レンズが、光ビームを遮ることなく、フォトニクス素子と所定の関係をなすように、空洞の側壁に接触した状態で収容される。
【００１３】
また、基板、及び、基板に形成された空洞を含む光学素子についても述べることにする。空洞は、傾斜した側壁を備えている。フォトニクス素子は、空洞から所定の距離をあけ、その光学軸と空洞の対角線とが整列するようにして、基板に取り付けられる。球面レンズは、光ビームを遮ることなく、フォトニクス素子と所定の関係をなすように、空洞の側壁に接触した状態で収容される。
【００１４】
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した、添付の図面に関連して記述される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図３は、フォトニクス素子２３と球面レンズ２５（図４に示す）を取り付けるためのフォトニクス・モジュール２０の取り付け部材２１を示す透視図である。図４は、フォトニクス素子２３及び球面レンズ２５が取り付けられた、取り付け部材２１の平面図である。図５は、図４の光学軸４１に沿った、取り付け部材２１、フォトニクス素子２３、及び、球面レンズ２５の側断面図である。
【００１６】
本発明の実施例の１つによれば、フォトニクス素子２３及び球面レンズ２５は、２つの部品２３と２５の間において光ビームを遮ることなく、その光学軸が取り付け部材２１の上部表面に近接するようにして、取り付け部材２１に取り付けられる。これは、（１）取り付け部材２１に精密形成された、ほぼ角錐形の空洞２２（図３〜図５）に球面レンズ２５を収容し、（２）フォトニクス素子２３の光学軸と角錐形空洞２２の対角線とが整列するように、フォトニクス素子２３を取り付け部材２１に取り付けることによって実施される。さらに、球面レンズ２５の出力側に光ビームの逃げを設けるため、角錐形空洞２２の対角線に沿った、フォトニクス素子２３から遠隔の角錐形空洞２２の角に、（Ｖ字）切り欠きが形成される。
【００１７】
取り付け部材２１に精密形成された角錐形空洞２２によれば、比較的低コストで、フォトニクス素子２３と球面レンズ２５の間における高度の整列精度及び光学結合効率も得られる。これは、精密形成された角錐形空洞２２によって、能動整列を必要とせずに、フォトニクス素子２３に対する軸方向と横方向の両方において正確な位置につくように、球面レンズ２５の取り付けを行うことが可能になるためである。次に、フォトニクス・モジュール２０と光ファイバ（不図示）を光学的に結合して、通信システムを形成する際に、光ファイバについてのみ能動的に整列がとられる。能動整列は、整列させるために調整が必要か否かを示す何らかの帰還を伴う、部品の整列を意味している。
【００１８】
さらに、球面レンズ２５は、角錐形空洞２２内に収容されている時には、角錐形空洞２２の傾斜する側壁に接触しているので、フォトニクス・モジュール２０は、頑健な機械特性を備えている。さらに、角錐形空洞２２によって、球面レンズ２５に対する追加固定を必要とせずに、球面レンズ２５を取り付け部材２１に２次元で固定することが可能になる。さらに、１つの取り付け具（すなわち、取り付け部材２１）だけしか用いずに、球面レンズ２５とフォトニクス素子２３の両方の取り付けまたは固定が行われる。球面形状レンズは角錐形空洞によって簡単に捕らえられるので、取り付け部材２１によって、最小限の組立時間で球面レンズ２５を正確に取り付けることが可能になる。
【００１９】
図３〜図５を参照すると、取り付け部材２１がシリコンで造られている。取り付け部材２１のサイズは、フォトニクス素子２３及び球面レンズ２５のサイズによって決まる。フォトニクス素子２３は、長さ３００ミクロン〜１ミリメートルとすることが可能であり、球面レンズ２５は、３００ミクロン〜３ミリメートルの範囲とすることが可能であるので、取り付け部材２１のサイズは、わずか約６００ミクロン×６００ミクロンとすることも可能である。一般に、サイズが小さくなるほど、関連する総コストは低下する。
【００２０】
取り付け部材２１にシリコンを用いることによって、取り付け部材２１に対して、半導体集積回路の製造に広く用いられているフォトリソグラフィック・マスキング及びエッチング・プロセスを適用することが可能になる。これによって、取り付け部材２１の処理をかなり正確に行うことが可能になる。さらに、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取り付け部材２１を製造することができるので、取り付け部材２１の製造コストが低減される。
【００２１】
実施例の１つでは、取り付け部材２１は、両方とも、＜１００＞結晶面である対向表面（例えば、上部表面２１ａと下部表面）を備えるシリコンから造られている。以下では、このタイプのシリコンを＜１００＞シリコンと呼ぶことにする。もう１つの実施例では、取り付け部材２１の上部表面及び下部表面が＜１００＞平面上になく、所定の角度（例えば、α）で＜１００＞平面と交差しない。シリコンの代わりに、他の結晶半導体材料を用いて、取り付け部材２１を形成することも可能である。
【００２２】
フォトリソグラフィック・マスキング・プロセスを利用して、＜１００＞シリコン取り付け部材２１に角錐形空洞２２の開口部３０を形成する場合、開口部３０の形状及び位置が、かなりの精度で正確に決まる。取り付け部材２１は、＜１００＞シリコンで造られるので、取り付け部材２１の開口部３０に異方性エッチングを施して、角錐形空洞２２を形成することが可能である。異方性エッチングの速度は、例えば、条件によっては１０００対１にすることが可能である。これは、シリコン取り付け部材２１に対する垂直方向のエッチング速度が、シリコン取り付け部材２１の＜１１１＞結晶面に向かうエッチング速度より１０００倍速いということを表している。換言すれば、＜１１１＞結晶面が、エッチング・ストップの働きをする。異方性エッチングによって、角錐形空洞２２のエッチングを施された側壁（例えば、側壁３２及び３３）が、取り付け部材２１の＜１１１＞結晶面上に位置することになる。既知のように、＜１１１＞結晶面は、取り付け部材２１の＜１００＞結晶面と約５４．７゜の角度で交差する。従って、取り付け部材２１の上部表面と下部表面が＜１００＞結晶面上に位置する場合、空洞２２の側壁は、取り付け部材２１の下部表面と５４．７゜の角度で交差する。取り付け部材２１の上部表面と下部表面が＜１００＞結晶面と角度αで交差する場合、空洞２２の各側壁は、取り付け部材２１の上部表面及び下部表面と５４．７゜±αの角度で交差する。
【００２３】
角錐形空洞２２の＜１１１＞結晶面の側壁によって、角錐形空洞２２の内部が正確に形成されるので、角錐形空洞２２は、ミクロン領域、それどころか、サブミクロン領域内の精度で、精密形成されることになる。球面レンズ２５が、角錐形空洞２２内に収容されると、球面レンズ２５の３次元位置が、角錐形空洞と同じく標準的なフォトリソグラフィック・プロセスに基づく精度で決定される。
【００２４】
実施例の１つでは、水酸化カリウム（ＫＯＨ）エッチング液を用いて、異方性エッチングが実施される。代わりに、他のタイプのエッチング液を用いて、角錐形空洞のエッチングを行うことも可能である。
【００２５】
角錐形空洞２２の開口部３０は、ほぼ正方形である。開口部の縁（例えば、開口部縁３５）は、側壁と取り付け部材２１の上部表面２１ａの交差部分で形成される。さらに、側壁縁（例えば、側壁縁３６）は、やはり、２つの隣接する側壁の交差部分に形成される。
【００２６】
一実施例では、角錐形空洞２２の開口部３０のサイズは、図４に示すように、球面レンズ２５が角錐形空洞２２内に収容された時、角錐形空洞２２の開口部縁ではなく、側壁と接触するように、球面レンズ２５よりも大きいことが望ましい。この場合、角錐形空洞２２の傾斜した側壁によって、球面レンズ２５のための頑健な接点（すなわち、接点５０〜５３）が得られる。既知のように、平面は、縁よりも頑健である。縁は脆く、形成が困難である。縁が適正に形成されていないか、あるいは、欠けている場合、球面レンズとの接点が移動する可能性がある。このため、球面レンズの位置が所定の位置からずれる可能性がある。さらに、縁接点では、一般に、球面形状の物体を拘束することはできない。これらの問題は、平面を利用して、接点を形成すれば解消される。さらに、角錐形空洞２２の傾斜した側壁によって、球面レンズ２５が正確に接点に位置決めされる。代わりに、角錐形空洞２２に対して、球面レンズ２５が、角錐形空洞２２に収容されると、角錐形空洞２２の開口部縁に接触するようなサイズを付与することもある。
【００２７】
角錐形空洞２２が取り付け部材２１に形成された後、フォトニクス素子２３は、取り付け部材２１に取り付けられる。フォトニクス素子２３は、取り付け部材２１の上部表面２１ａに配置された金属パッド２４に取り付けられる。金属パッド２４を介して取り付け部材２１に直接フォトニクス素子２３を取り付けることによって、フォトニクス素子２３の光学軸４１は、取り付け部材２１の上部表面２１ａに近接する。このため、フォトニクス素子２３の光学軸４１は上部表面２１ａからの高さが比較的低くなる。
【００２８】
一実施例では、光学軸４１は、取り付け部材２１の上部表面２１ａから約９０ミクロンである。代わりに、光学軸４１の取り付け部材の高さが、２１の上部表面２１ａから９０ミクロンを超えるか、または、９０ミクロン未満になるようにすることも可能である。
【００２９】
フォトリソグラフィック・プロセス（すなわち、マスキング及びマスクを介した金属被着）を利用して、取り付け部材２１の上部表面２１ａにおける所定の領域に、金属パッド２４が形成される。これによって、取り付け部材２１の上部表面２１ａにおける所定の位置に金属パッド２４が形成される。金属パッド２４によって、フォトニクス素子２３のための電気接点が得られる。
【００３０】
光学軸４１の高さは、フォトニクス素子２３と球面レンズ２５の間のビーム逃げに影響する。光学軸４１の高さが比較的低ければ、２つの部品２３及び２５間にビーム逃げがなくなる可能性がある。もちろん、光学軸４１の高さを上げて、この問題を解決しようとすることは可能である。しかし、このために他の多くの問題が生じる可能性がある。
【００３１】
フォトニクス素子２３の光学軸４１の高さが比較的低い場合に、フォトニクス素子２３と球面レンズ２５の間にビーム逃げを設けるため、フォトニクス素子２３は、図４に示すように、フォトニクス素子２３の前部ファセット２３ａが角錐形空洞２２の角（すなわち、角４５）に向き合うように取り付け部材２１に配置される。角錐形空洞２２の開口部３０の対角線の一方は、フォトニクス素子２３の光学軸４１と整列する、すなわち、光学軸４１と同一線上に位置するが、開口部３０のもう一方の対角線は、光学軸４１に対してほぼ垂直になる（図４参照）。このため、フォトニクス素子２３と球面レンズ２５の間の光ビーム経路４３は、取り付け部材２１の上部表面２１ａの下の角錐形空洞２２内に延び、ビームが取り付け部材２１によって遮られることはない。換言すれば、光ビーム経路４３のための光ビーム・チャネルが、角４５に形成される（図４及び図５参照）。このため、光ビームは、ビーム遮断を被ることなく、フォトニクス素子２３から球面レンズ２５に達することが（あるいは、その逆が）可能になるので、光学結合の効率が高くなる。
【００３２】
しかし、留意しておくべきは、開口部３０が、角でなく、フォトニクス素子２３の前部ファセット２３ａに向かい合った辺を備えている場合には、光ビーム・チャネルは形成されず、ビームの遮断が生じる可能性があるということである。図１１Ａ及び図１１Ｂには、こうした事例が示されている。図１１Ａ及び図１１Ｂから明らかなように、取り付け部材１３１の角錐形空洞１３５は、やはり、取り付け部材１３１に取り付けられたフォトニクス素子１３２に向かい合った辺を備えている。光ビームの発散のため、球面レンズ１３３とフォトニクス素子１３２の間の光ビーム経路１３６が、取り付け部材１３１の上部表面の下方に延びており、部分的に光ビームが遮断される。シリコン基板は、光に対し不透明であるので、取り付け部材１３１は、取り付け部材１３１に入射する光を遮断する。同様に、角錐形空洞１３５に収容されるた球面レンズ１３３の反対側でも、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、光ビームの遮断が起こる。
【００３３】
しかし、図３〜図５から明らかなように、その光学軸４１と角錐形空洞２２の対角線とが整列するように、フォトニクス素子２３を配置することによって、取り付け部材２１の上部表面２１ａからの光学軸４１の高さが、比較的低い場合であっても、フォトニクス素子２３と球面レンズ２５の間に光ビーム・チャネルが形成される。図３〜図５から明らかなように、光ビーム経路４３は、取り付け部材２１の上部表面２１ａの下方に延びるが、角錐形空洞２２によって設けられる開放スペースを通るので、取り付け部材２１に当たらない。
【００３４】
球面レンズ２５にたいして角錐形空洞２２の他の側部にビーム逃げを設けるため、角錐形空洞２２の角４５の反対側の角にＶ字形切り欠き３１が形成される（図３及び図４参照）。取り付け部材２１が、その角に沿ってウェーハから分離される時、切り欠き３１が形成される。取り付け部材２１がシリコン・ウェーハで造られる場合、角が除去され、切り欠きが形成されるように、ウェーハを切断またはへき開することが可能である。Ｖ字形切り欠き３１を形成する目的は、図４及び図５に示すように、光学軸４１に沿って妨げるもののない、遮断されずにすむ光ビーム経路４０を形成することにある。代わりに、他のメカニズムを利用して、ビーム逃げを設けることも可能である。例えば、角錐形空洞２２に隣接して別の空洞を形成し、図１２〜図１４に示すように、２つの空洞が互いに重なり合って、Ｖ字形切り欠きが形成されるようにすることも可能である。図１２は、平面図であり、図１３は、側断面図である。図１４には、ＫＯＨエッチング液で、フォトリソグラフィック・パターンにエッチングを施すことにより、もう一方の空洞に重なって、切り欠き３１を生じることになる空洞を形成する実施例の１つが示されている。
【００３５】
図１２〜図１４から明らかなように、角錐形空洞２０４が、角錐形空洞２０３に重なって、切り欠き２０６を形成する。空洞２０４の形状は、空洞２０３の形状とほぼ同じである。重なり合う角錐形空洞は、独立した「三角形のような」フォトリソグラフィック開始パターンから形成される。ＫＯＨエッチングが進むにつれて、開始パターンが、アンダーカットされて、重なり始めるが、この重なり合う程度は、開始パターンの形状及びエッチングの長さによって制御することが可能である。ある実施例では、空洞２０４のサイズは、空洞２０３のサイズよりわずかに小さめである。代わりに、空洞２０４のサイズを空洞２０３のサイズより大きくしたり、あるいは、小さくすることも可能である。
【００３６】
図１３から明らかなように、切り欠き２０６によって、ビーム経路２１２のビーム逃げが得られる。図１４から明らかなように、最初に、異方性エッチングによって、取り付け部材２０１に空洞２０４が形成され、次に、空洞２０４に向かって異方性エッチングを施すことによって、空洞２０３が形成され、２つの空洞２０３、２０４が重なり合うことによって、切り欠き２０６が形成される。代わりに、最初に、空洞２０３を形成して、切り欠き２０６を形成することも可能である。次に、空洞２０３に重なるように、空洞２０４が形成される。
【００３７】
図４にもどり、フォトニクス素子２３は、角錐形空洞２２から所定の距離をあけ、開口部３０の中心３０ａがフォトニクス素子２３の焦点にくるように位置決めされる。換言すれば、フォトニクス素子２３の前部ファセット２３ａと角錐形空洞２２との距離は、球面レンズ２５からフォトニクス素子２３に、または、フォトニクス素子２３から球面レンズ２５に、光学的に光を結合することができるように設定される。開口部３０の４つの縁は、フォトニクス素子２３の前部ファセット２３ａに対して平行でもなく、垂直でもない。それどころか、各縁は、フォトニクス素子２３の前部ファセット２３ａに対して約４５゜の角度をなしている。代替案として、角度が４５゜を超えるか、４５゜未満になるようにすることも可能である。
【００３８】
一実施例では、所定の距離は、球面レンズ２５の最も近接した表面からフォトニクス素子２３の前部ファセット２３ａまでが、フォトニクス素子２３の前部ファセット２３ａから６０ミクロン以内になるように設定される。この距離は、多くの用途、とりわけ、光が平行化されることになる用途に当てはまる。別の実施例では、この距離は１０ミクロン以内にすることができる。代替案として、この距離をもっと短くしたり、もっと長くすることも可能である。
【００３９】
一実施例では、フォトニクス素子２３は、半導体レーザである。もう１つの実施例の場合、フォトニクス素子２３は、端面発光半導体レーザである。もう１つの実施例の場合、フォトニクス素子２３は、光検出器である。この場合、光検出器は、面検出光検出器または端面検出光検出器とすることが可能である。
【００４０】
一実施例では、金属パッド２４は、金またはアルミニウム層である。代替実施例の場合、他の導電性材料を用いて、金属パッド２４を形成することも可能である。
【００４１】
フォトニクス素子２３は、既知の手段によって金属パッド２４に固定される。例えば、フォトニクス素子２３は、ハンダ・ボンディングによって金属パッド２４に接合される。代替案として、導電性エポキシを利用して、フォトニクス素子２３を金属パッド２４に接合することも可能である。さらに、最初に、フォトニクス素子２３を金属パッド２４にハンダ・ボンディングすることも可能である。その後、フォトニクス素子２３と金属パッド２４との間の空隙を導電性エポキシによって充填することが可能である。既知のテクスチャー冷間熔接技術を利用して、フォトニクス素子２３と金属パッド２４を接合することも可能である。
【００４２】
球面レンズ２５は、角錐形空洞２２に収容された後、角錐形空洞２２に接合される。実施例の１つでは、グルーを用いて、球面レンズ２５が角錐形空洞２２に接合される。代わりに、他のタイプの接着剤を利用して、球面レンズ２５を空洞２２に接合することも可能である。例えば、エポキシを利用することができる。
【００４３】
実施例の１つでは、球面レンズ２５の屈折率は約１．５である。他の実施例では、球面レンズ２５の屈折率は１．５を超える可能性がある。例えば、球面レンズ２５の屈折率は２．０とすることができる。
【００４４】
一実施例の場合、角錐形空洞２２は、ほぼ四角錐形である（図３及び図４に示す）。代替案として、角錐形空洞２２は、他の形状にすることも可能である。例えば、角錐形空洞２２は、四角錐台とすることも可能である（図６に示すように）。図６には、角錐台形空洞２２ａを備えた取り付け部材２１が示されている。図６から明らかなように、フラットな底部表面３２ａによって、角錐形空洞２２の全ての側壁（例えば、側壁３２ａ及び３３ａ）が接続されている。球面レンズ２５が空洞２２ａ内に収容されている時、底部表面３２ａは、球面レンズ２５とは接触しない。この場合、角錐形空洞２２の側壁は、三角形の側壁ではない。代わりに、これらの側壁は、台形であり、平坦な底部表面３２ａによって接続されている。
【００４５】
さらに、図３〜図５に示す角錐形空洞２２の開口部３０は、他の形状にすることも可能である。例えば、開口部３０は、角錐形空洞２２の１つ以上の角を切断した正方形の開口部にすることが可能である。
【００４６】
さらに、空洞２２の形状は、角錐形である必要がない場合もある。例えば、空洞２２は、図１５に示すように、ビーム逃げを設けるため、円形または楕円形開口部が１対の対角線傾斜溝に結合された、円錐形にすることが可能である。図１５は、円形開口部３０２、及び、円形開口部３０２に結合された１対の対角線傾斜溝３０３及び３０４を備えた円錐形空洞３０１を含む、取り付け部材３００の平面図である。
【００４７】
図７及び図８には、本発明のもう１つの実施例に基づいて、フォトニクス素子２３と球面レンズ２５を取り付けるための取り付け部材７１に形成された、別のタイプの角錐形空洞７２が示されている。図７は、取り付け部材７１の平面図であり、図８は、フォトニクス素子２３の光学軸８１に沿った側断面図である。図４〜図５及び図７〜図８から明らかなように、角錐形空洞７２は、角７５と平坦な底面７３を備える点を除けば、角錐形空洞２２と同じである。この形状は、焦点距離がレンズ・角間の距離より短い場合に有利である。代わりに、角錐形空洞７２は、切頭角７５しか備えることができない。切頭角７５によって、角錐形空洞２２の場合よりも球面レンズ２５に近接してフォトニクス素子２３を配置することが可能になる。角錐形空洞２２及び７２によって得られるフォトニクス素子２３と球面レンズ２５間の距離が異なるのは、球面レンズ２５が備える可能性のある異なる屈折率及びサイズを利用した、異なる設計目的に適応するためである。
【００４８】
図３〜図８に、フォトニクス・モジュール２０の部品の全てが示されているわけではないという点に留意されたい。これは、フォトニクス・モジュール２０の部分をより明確に示すことができるようにするためである。例えば、図３には、光ファイバに光学的に結合された球面レンズ２５が示されていない。
【００４９】
図９及び図１０には、本発明の実施例の１つに基づき、＜１００＞結晶基板９０にエッチングを施して、角錐形空洞９１を形成するプロセスが示されている。図９は、半導体基板９０の平面図であり、図１０は、図９のライン１０−１０に沿った断面図である。図９及び図１０から分かるように、半導体基板９０の＜１００＞上部表面が、角錐形空洞９１のエッチングに備えて、感光層１００（図１０に示す）のほぼ三角形の開口部９２ａによって露光される。三角形の開口部９２ａは、フォトリソグラフィ法によって、基板９０の＜１００＞結晶軸１２０に沿って感光層１００上に形成される。三角形開口部９２ａの２つの縁９３及び９４は、基板９０の２つの＜１１１＞結晶面上に位置する。代わりに、ほぼ三角形の開口部９２ａが、角の切頭により、四辺形に見えるようにすることも可能である。
【００５０】
次に、例えば、ＫＯＨエッチング液を利用し、開口部９２ａを介して、基板９０に異方性エッチングが施される。異方性エッチングの速度は、例えば、１０００対１とすることが可能であり、この結果、三角形の開口部９２ａの斜辺に平行な、感光層１００の下を水平方向に延びる垂直壁部（例えば、図１０の壁部１１２〜１１２ｂ）が生じることになる。垂直壁部に食い込むエッチング速度は、垂直方向のエッチング速度とほぼ同じである。エッチングは、最終的には、垂直壁部１１２が消失すると、空洞９１内で自己停止する。この時点で、角錐形空洞９１は、その４つの側壁の全てが、＜１１１＞結晶面によって形成された、正方形の開口部９２を備えている。異方性エッチングが、エッチング・プロセスの初期段階で停止すると、垂直壁部１１２（図１０に示す）によって形成された切頭角を備える角錐形空洞９１が形成される。さらに、角錐形空洞９１にエッチングを施すことによって、平坦な底部表面１１１を備えることが可能である。図１０には、異方性エッチングの異なる段階が示されている。
【００５１】
図９及び図１０から明らかなように、角錐形空洞９１は、エッチング条件によって、図３〜図５の角錐形空洞２２の形状、図６の角錐形空洞２２ａの形状、あるいは、図７及び図８の角錐形空洞７２の形状を備えることができる。角錐形空洞９１は、完全にエッチングが行われると、図３〜図５の角錐形空洞２２の形状になる。完全にエッチングが済む前に、エッチングをを中止すると、角錐形空洞９１は、図７及び図８の角錐形空洞７２の形状を呈する可能性がある。
【００５２】
上記明細書では、特定の実施例に関連して本発明の説明を行ってきた。しかし、当該技術の熟練者には明らかなように、本発明のより一般的な精神及び範囲を逸脱することなく、さまざまな修正及び変更を加えることが可能である。従って、明細書及び図面は、制限ではなく、例示を意味するものとみなすべきである。以下に本発明の実施態様を例示する。
【００５３】
（実施態様１）：
（Ａ）基板と、
（Ｂ）基板内に形成された傾斜した側壁を備える空洞と、
（Ｃ）空洞の対角線と整列した光学軸を備え、空洞から所定の距離をあけて基板に取り付けられたフォトニクス素子と、
（Ｄ）光ビームを遮ることなく、フォトニクス素子と所定の関係をなすように、空洞の側壁によって収容された球面レンズとが含まれている、
光学素子。
【００５４】
（実施態様２）：
空洞が角錐形空洞であることを特徴とする実施態様１に記載の光学素子。
（実施態様３）：
基板が、結晶シリコン材料から造られることと、角錐形空洞が、主として基板の結晶面に沿って角錐形空洞の側壁が得られるように、所定の領域にマスキング及び異方性エッチングを施すことによって形成されることを特徴とする、実施態様２に記載の光学素子。
（実施態様４）：
基板が＜１００＞表面を備えており、角錐形空洞の側壁が、＜１１１＞結晶面であることを特徴とする、実施態様３に記載の光学素子。
【００５５】
（実施態様５）：
フォトニクス素子が半導体レーザ及び半導体光検出器の一方であることを特徴とする、実施態様１に記載の光学素子。
（実施態様６）：
さらに、前記角錐形空洞に重畳して切り欠きを形成する、フォトリソグラフィ法で形成された第２の角錐形空洞が含まれることを特徴とする、実施態様２に記載の光学素子。
【００５６】
（実施態様７）：
角錐形空洞に、さらに、対角線に沿ってフォトニクス素子から遠隔の角錐形空洞の角に位置するＶ字形切り欠きが含まれていることを特徴とする、実施態様２に記載の光学素子。
（実施態様８）：
角錐形空洞に、さらに、対角線に沿ってフォトニクス素子に隣接した切頭角が含まれることを特徴とする、実施態様２に記載の光学素子。
（実施態様９）：
空洞が、光ビームのクリアランスが得られるように１対の傾斜溝を備えた、四辺形の角錐形空洞及び円錐形空洞の一方であることを特徴とする、実施態様１に記載の光学素子。
【００５７】
（実施態様１０）：
基板が、結晶シリコン材料から造られており、その上部表面と下部表面が所定の角度で基板の＜１００＞結晶面と交差することと、空洞の側壁が、基板の＜１１１＞結晶面上に位置することを特徴とする、実施態様１に記載の光学素子。
（実施態様１１）：
球面レンズが、空洞内において基板に結合されていることを特徴とする、実施態様１に記載の光学素子。
【００５８】
（実施態様１２）：
（Ａ）基板に、傾斜した側壁を備える空洞を精密形成するステップと、
（Ｂ）空洞から所定の距離をあけて、その光学軸が空洞の対角線と整列して、フォトニクス素子を基板に取り付けるステップと、
（Ｃ）空洞内に球面レンズを納め、球面レンズが、光ビームを遮ることなく、フォトニクス素子と所定の関係をなすように、空洞の側壁と接触している状態にするステップが含まれている、
光学素子の製造方法。
（実施態様１３）：
さらに、空洞内において、納められた球面レンズと基板を結合するステップが含まれることを特徴とする、実施態様１２に記載の方法。
【００５９】
（実施態様１４）：
基板が、結晶シリコン材料から造られることと、ステップ（Ａ）が、フォトリソグラフィ法によって実施されることを特徴とする、実施態様１２に記載の方法。
（実施態様１５）：
空洞が、基板の結晶面によって形成される空洞の側壁が得られるように、基板にマスキング及び異方性エッチングを施すことによって形成されることを特徴とする、実施態様１４に記載の方法。
（実施態様１６）：
基板が、＜１００＞表面を備えており、角錐形空洞の側壁が、＜１１１＞結晶面であることを特徴とする、実施態様１５に記載の方法。
【００６０】
（実施態様１７）：
ステップ（Ａ）に、さらに、
（ａ）空洞の正方形の開口部のほぼ半分を形成する基板のパターンを露光させるステップと、
（ｂ）露光パターンにエッチングを施すステップが含まれることと、該エッチングが、異方性で、空洞が形成されるように、主として基板の結晶面に沿って行われることを特徴とする、実施態様１４に記載の方法。
（実施態様１８）：
さらに、正方形の開口部が形成される前にエッチングを中止することによって、空洞の切頭角を形成し、フォトニクス素子を球面レンズから最短化された距離に配置できるようにするステップが含まれることを特徴とする、実施態様１７に記載の方法。
【００６１】
（実施態様１９）：
ステップ（Ｂ）に、さらに、対角線に沿ってフォトニクス素子から遠隔の空洞の角にＶ字形状の切り欠きを形成するステップが含まれる含まれることを特徴とする、実施態様１４に記載の方法。
（実施態様２０）：
さらに、空洞に重なって、切り欠きを形成する第２の空洞を精密形成するステップが含まれることを特徴とする、実施態様１２に記載の方法。
【００６２】
（実施態様２１）：
空洞が、光ビームのクリアランスが得られるように１対の傾斜溝を備えた、四辺形の角錐形空洞及び円錐形空洞の一方であることを特徴とする、実施態様１２に記載の方法。
（実施態様２２）：
基板が、結晶シリコンから造られており、その上部表面と下部表面が所定の角度で基板の＜１００＞結晶面と交差することと、空洞の側壁が、基板の＜１１１＞結晶面上に位置することを特徴とする、実施態様１２に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】先行技術によるフォトニクス・モジュールの概略図である。
【図１Ｂ】先行技術によるフォトニクス・モジュールの概略図である。
【図２Ａ】図１Ａのフォトニクス・モジュールのパッケージを示す断面図である。
【図２Ｂ】図１Ｂのフォトニクス・モジュールのパッケージを示す断面図である。
【図３】本発明の実施例の１つに基づき、フォトニクス素子に関連して球面レンズを取り付けるための角錐形空洞を備えた取り付け部材の透視図である。
【図４】フォトニクス素子及び球面レンズが取り付けられ、光学的光路が形成された図３の取り付け部材の平面図である。
【図５】取り付け部材に取り付けられたフォトニクス素子及び球面レンズの光学軸に沿った図３の取り付け部材の側断面図である。
【図６】図３〜図５の先端が切断された底面を備える角錐形空洞を示す図である。
【図７】図３〜図６の角錐形空洞のもう１つの構成を示す平面図である。
【図８】図７のライン８１に沿った取り付け部材の側断面図である。
【図９】本発明の実施例の１つに従って取り付け部材に角錐形空洞を形成するプロセスを説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例の１つに従って取り付け部材に角錐形空洞を形成するプロセスを図９とともに説明するための図である。
【図１１Ａ】フォトニクス素子を取り付けるためのもう１つの構成に関する光ビームの遮断を示す図である。
【図１１Ｂ】フォトニクス素子を取り付けるためのもう１つの構成に関する光ビームの遮断を図１１Ａとともに示す図である。
【図１２】角錐形空洞に収容された時に、球面レンズの出力側にビーム逃げが得るもう１つの実施例を示す図である。
【図１３】角錐形空洞に収容された時に、球面レンズの出力側にビーム逃げが得られるようにするもう１つの実施例を示す図である。
【図１４】角錐形空洞に収容された時に、球面レンズの出力側にビーム逃げが得られるようにするもう１つの実施例を図１３とともに示す図である。
【図１５】図３〜図４の空洞のもう１つの形状を示す図である。
【符号の説明】
４      光学軸
２０    フォトニクス・モジュール
２１    取り付け部材
２１ａ  上部表面
２２    角錐形空洞
２３    フォトニクス素子
２４    金属パッド
２５    球面レンズ
３０    開口部
３２    側壁
３３    側壁
３５    開口部縁
３６    側壁縁
４０    光ビーム経路
４１    光学軸
４３    光ビーム経路
４５    角錐形空洞の角
７１    取り付け部材
７２    角錐形空洞
７３    底面
７５    角
８１    光学軸
９０    基板
９１    角錐形空洞
９２    正方形の開口部
９２ａ  三角形の開口部
９３    縁
９４    縁
１００  感光層
１１１  底部表面
１１２  垂直壁部
１２０  結晶軸
１３１  取り付け部材
１３２  フォトニクス素子
１３３  球面レンズ
１３５  角錐形空洞
１３６  光ビーム経路
２０１  取り付け部材
２０３  角錐形空洞
２０４  角錐形空洞
２０６  切り欠き
２１２  ビーム経路
３００  取り付け部材
３０１  円錐形空洞
３０２  円形開口部
３０３  対角線傾斜溝
３０４  対角線傾斜溝
【図１Ａ】
0003909500.tif 000002
【図１Ｂ】
0003909500.tif 000003
【図２Ａ】
0003909500.tif 000004
【図２Ｂ】
0003909500.tif 000005
【図３】
0003909500.tif 000006
【図４】
0003909500.tif 000007
【図５】
0003909500.tif 000008
【図６】
0003909500.tif 000009
【図７】
0003909500.tif 000010
【図８】
0003909500.tif 000011
【図９】
0003909500.tif 000012
【図１０】
0003909500.tif 000013
【図１１Ａ】
0003909500.tif 000014
【図１１Ｂ】
0003909500.tif 000015
【図１２】
0003909500.tif 000016
【図１３】
0003909500.tif 000017
【図１４】
0003909500.tif 000018
【図１５】
0003909500.tif 000019