JP2009543368A - 面発光デバイスの実装 - Google Patents

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Abstract

明確な基準面に対する発光開口の面が正確に制御されうるように、一つの面に発光開口をそれぞれ有する一つ以上の光学デバイスが、キャリア上に実装されうる光学発光アセンブリが開示される。これは、異なる厚さの複数の光学デバイスがあるときでさえ追加の光学要素が、前記発光開口の中心に関して正確に軸方向に及び横方向に位置づけされることを可能にしている。前記アセンブリは、光学的な出力開口を提供する発光面を有する面発光光学デバイスと、第１及び第２の対抗面を有するキャリアであって、第１の面は発光デバイスがその発光面で実装されている基準面であり、第２の面は背面であり、キャリアは基準面及び背面の間に伸びる開口を有しており、光学デバイスは、その光学的な出力開口が光学的放射を方向付けるために前記キャリア開口の上に覆う関係となるように基準面上に位置づけされる。

Description

本発明は、面発光源の実装及び面発光源アレイの実装に関連している。
垂直共振器面発光レーザー（ＶＣＳＥＬｓ）及び面発光型発光ダイオード（ＬＥＤ）のような面発光光学デバイスは幅広い分野で利用されている。しかしながら、活性光源が光学サブシステムの欠くことのできない部分であるセンシング及びイメージングの利用の増加の中で、そのようなＬＥＤｓやレーザーが利用されており、前記光学サブシステムにおいて、サブシステム内部の光学要素に対する発光開口の物理的な位置は、目標指定の範囲内で前記サブシステムを操作できるように、縦方向及び横方向で高い精度で制御されるべきであるである。
頂部発光デバイス（ｔｏｐ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）に関して、ＬＥＤまたはレーザーサブマウントの表面のような、サブアッセンブリにおける明確に定義された基準面（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｐｌａｎｅ）に対する発光開口の位置は、デバイスチップの厚さに依存するだろう。±１０μｍの不確定さの範囲で所定の指定された厚さを一般的に達成することのできるウェーハラッピングプロセスによって、チップの厚さは一般的に決定される。いくつかの高精度光学装置において、レーザーマウント表面のような所定の光学基準面への発光開口の位置におけるこの不確定さは受け入れられない。異なる製造工程から得られた離散的なデバイスのアレイを作り出す必要があるとき、この問題はさらに悪化される。
加えて、面発光デバイスを含む光学サブアッセンブリにおいて、開口またはレンズのような光学要素の位置づけをする必要がしばしばあり、その光軸は、前記サブアッセンブリが指定の範囲で機能できるように光学デバイスの発光開口と高い精度で一致されるべきである。
それ故、光学デバイス、デバイスのモノリシックなアレイ、または離散的なデバイスのアレイ、を実装する方法が開示されており、それは、光学サブアセンブリの内部で明確な基準面に対するデバイスの発光開口の面の分離において、高レベルの不確定さを取り除くことに加え、追加の光学要素が光学デバイスの発行開口の中心に関して軸方向に配置されることを可能にしている。
本発明の目的は、光学サブアセンブリにおける明確な基準面に対して、光学的な発光開口の面の高いレジストレーション精度を有する面発光デバイス、モノリシックなデバイスのアレイ、及び離散的なデバイスのアレイを提供することである。
本発明のさらなる目的は、光学サブアセンブリにおける発光デバイスの光学的な開口と他の光学要素の間の高精度配列を可能にすることである。
一つの態様によれば、本発明は、光学エミッタアセンブリであって、光学的な発光開口を提供する発光面を有する面発光光学デバイスと、第１及び第２の互いに対向する面を有するキャリアであって、第１の面は前記光学デバイスがその発光面で実装される基準面であり、第２の面は背面であり、前記基準面と背面の間に伸びる開口を有する前記キャリアと、を備えており、その光学的な出力開口が、光学的放射を方向付けるために前記キャリアの開口の上に覆う関係となるように、前記光学デバイスが基準面上に位置付けされているアセンブリを提供する。
もう一つの態様によれば、本発明は、光学エミッタアセンブリであって、光学的な出力開口を提供する発光面をそれぞれ有する少なくとも二つの面発光光学デバイスと、第１及び第２の対向面を有するキャリアであって、前記第１の面は、前記光学デバイスがそれぞれの発光面に実装されている基準面であり、前記第２の面は背面であり、前記キャリアは、前記光学デバイスから光学的放射の透過に適している基準面と背面に伸びている光学透過経路を有しているキャリアと、を備えており少なくとも一つの追加の光学要素が前記キャリアの前記背面上に配置されており、前記光学デバイスは、それらの光学的な出力開口がそれぞれの追加の光学要素の上に覆う関係となるように、前記基準面上に位置づけされており、それによって前記それぞれの追加の光学要素が前記光学デバイスからの光学的放射の光学経路内にあるアセンブリを提供する。
もう一つの態様によれば、本発明は、光学エミッタアセンブリであって、光学的な出力開口を提供する発光面、及び該発光面と対向する背面を有する面発光光学デバイスと、前記光学デバイスがその背面で実装されている基準面を有するキャリアと、前記光学デバイスの光学出力を調整するための追加の光学要素であって、光学サブユニット上に形成、または光学サブユニット内に形成されている前記追加の光学要素と、前記追加の光学要素は、光学的放射をそこから受けるように前記光学デバイスの光学的な出力開口の上に覆う関係となるように、前記基準面上に実装されている前記光学サブユニットと、を備えているアセンブリを提供する。
もう一つの態様によれば、本発明は、第１及び第２の対向面を有するキャリアを形成する段階であって、前記第１の面は、前記光学デバイスが実装される基準面とし、及び前記第２の面はそれとは反対の背面とする段階と、前記基準面及び背面の間に伸びるキャリアの開口を形成する段階と、前記光学デバイスをその発光面で前記キャリアの前記基準面に結合する段階であって、光学的放射をそこから方向付けるために、その光学的な出力開口を前記キャリアの開口の上に覆う関係とする段階と、を備えた、光学的な出力開口を提供する発光面を有する面発光光学デバイスをキャリア上に実装する方法を提供する。
もう一つの態様によれば、本発明は、第１及び第２の対向面を有するキャリアを形成する段階であって、前記第１の面は、前記光学デバイスが実装される基準面であり、及び前記第２の面は背面であって、前記キャリアは前記光学デバイスからの光学的放射の透過に適している前記基準面と背面の間に伸びている透過経路を有しており、及び前記キャリアは前記光学デバイスの出力を調整するための追加の光学要素を含んでいる段階と、前記光学デバイスをそれぞれの発光面で前記キャリアの基準面に結合する段階であって、光学的な出力開口がそれぞれの追加の光学要素の上に覆う関係となるように、前記光学デバイスが前記基準面上で位置付けされており、それによって前記それぞれの追加の光学要素は前記光学デバイスからの光学的放射の光学経路内にある段階と、を備えた、光学的な出力開口を提供する発光面と、該発光面に対向する背面をそれぞれ有する面発光光学デバイスをキャリア上に実装する方法を提供する。
もう一つの態様によれば、本発明は、基準面を有するキャリアを形成する段階と、前記光学デバイスを、その背面で前記基準面に結合させる段階と、前記光学デバイスの光学出力を調整するために、光学サブユニット内または上に追加の光学要素を形成する段階と、前記追加の光学要素が光学的放射をそこから受けるために、前記光学デバイスの前記光学的な出力開口の上に覆う関係となるように、前記基準面上に前記光学サブユニットを実装する段階と、を備えた、光学的な出力開口を提供する発光面、及び該発光面に対向する背面を有する面発光光学デバイスをキャリア上に実装する方法を提供する。
本発明の実施形態が実施例と添付の図面の参照によって述べられるだろう。
頂部発光レーザーまたはＬＥＤをキャリアに実装する従来の方法の概略断面図である。 底部発光（基板発光）レーザーまたはＬＥＤをキャリアに実装する従来の方法の概略断面図である。 放射光がキャリア内で開口を通って過ぎるように反転された構成において、キャリア上に実装された面発光デバイスの一対の概略断面図である。 放射光がキャリア内でそれぞれの開口を通って過ぎるように反転された構成において、キャリア上に実装された面発光デバイスの一対の概略断面図である。 面発光光学デバイスの発光開口に、軸方向及び縦方向に配列されたレンズアレイを含む大きなアセンブリの内部に図３のアセンブリが組み込まれた概略断面図である。 図５の配列の代わりとなる配置の概略断面図である。 放射光がキャリア内でそれぞれの開口を通って過ぎるように反転された構成において、キャリア上に実装されて、それぞれが不可欠なレンズを有している面発光光学デバイスの一対の概略断面図である。 キャリア材料が透明材料で形成され、レンズアレイがキャリア内に組み込まれた図６とは別の配列の概略断面図である。 追加の光学要素が、面発光光学デバイスとして同様の基準面上に実装された光学サブユニット上に形成された図５とは別の配列の概略断面図である。 光学デバイスとキャリアの間に電気的コンタクトを形成するための第１の配列を図示している反転した構成において、キャリア上に実装された面発光光学デバイスの概略断面図である。 光学デバイスとキャリアの間に電気的コンタクトを形成するための第２の配列を図示している反転した構成において、キャリア上に実装された面発光光学デバイスの概略断面図である。
本願明細書の全体にわたって、「面発光」光学デバイスとの表現は、前記デバイスの発光開口が、デバイスの端よりも主表面にあるデバイスの分類を言及している。それに関して、出力の光軸は、デバイスの成長したまたは堆積した層の面に横断（及び一般的に直交）している。「発光面」との表現は、光出力が光出力開口から放射するデバイスの外部表面を言及している。これに関連して、「開口」との表現は、便宜的に、光学的放射が出現しうる光学的な封止媒体を言及しており、必ずしも物理的な「穴」または空間を言及していない。記載された装置の光学的放射はスペクトルの可視部及び／または非可視部内にあってもよい。
それは、しばしばＬＥＤｓ及びＶＣＳＥＬｓが光学サブアセンブリまたはモジュールにおいて望ましい光源である場合である。光学サブアセンブリは単光源または複数の光源を必要としてもよい。複数の光源は単一チップ、発光デバイスのモノリシックなアレイ、または離散的なデバイスのアレイの形態であってもよい。後者はしばしば、複数の波長で発光する光源のアレイが必要とされる場合である。
いくつかの光学サブアセンブリ、特にイメージング光学システムでの使用において、ＬＥＤまたはＶＣＳＥＬの発光開口から、レンズのようなサブアセンブリ内のもう一つの重要な光学要素までの距離は、高い精度で制御されるべきである。この事情は、重要な光学要素が面発光デバイスからのビームを拡張するために設計されたレンズである場合に特に関連がある。
図１を参照すると、ハンダまたはエポキシダイ接着工程のどちらかを利用して、キャリアまたはサブマウント１１上に、二つの頂部発光光学デバイス１２及び１３が実装されている。「頂部発光」との表現は、光出力面を画定する封止開口またはキャビティが、図に示されるようにデバイスの頂部の外部表面１５または１６にあり、光出力１７が基板から遠く離れたデバイスの面から放射することを示すために用いられる。キャリアまたはサブマウント１１の頂部表面１４は、一般的に、明確な機械的基準面であり、それ故、他の要素が正確に配置できるか、またはしなければならない光学的基準面として作用する。頂部発光デバイスに対して、サブマウントの基準面１４に関する発光開口の位置は、デバイスチップの厚さに依存するだろう。チップの厚さは、所定の指定厚さを±１０μｍ内で一般的に達成することのできるウェーハラッピング工程によって一般的に定義される。
図１で示されるように、二つのデバイス１２及び１３は異なる厚さを有しており、それ故、サブマウント１４の頂部表面の基準面から光出力開口を決定する頂部の外部表面１５，１６までの距離は各デバイスで異なっている。いくつかの高精度光学サブアセンブリにおいて、光学基準面１４からの面１５及び１６の相対的な位置ずれにおける不確かさ及び分布は１ミクロンより良く、それ故、デバイス製造のための従来のウェーハラッピング技術の利用は受け入れられない。この問題は、異なる材料システムを用いて製造され、及び完全に異なる製造工程から作られた離散的なデバイスの配列を生み出す必要があるとき、さらに悪化される。
二つの先行技術の迅速な解決は明らかである。第１の先行技術の解決は、高度耐性に制御されたチップ厚さを有し、高い追加コストを招く光学デバイスを製造することである。図２で示される第２の先行技術の解決は、底部発行デバイスとして光学デバイスを製造することである。「底部発光」デバイスという表現は、封止光学開口またはキャビティがデバイスの下部表面に、またはその近くにある（すなわち、基板に最も近い）デバイスを言及しており、光出力１７はそれから、デバイスが製造されるチップの非封止透明基板媒体を通して透過される。このような構成において、サブマウント１１の基準面１４に関する光学源デバイス２１及び２２の発光開口２３及び２４の面の位置ずれは、デバイスのチップ厚さに独立している。この第２のアプローチは、デバイスの発光波長で高い吸収となる基板を有するデバイスに対して適切でない。そのようなデバイス、例えばスペクトルの赤色領域で可視光出力を有し、ヒ化ガリウム基板上で製造されたＶＣＳＥＬｓに対して、代替案は、吸収基板を完全に取り除き、及びそれを透明なものに置き換えることである。しかしながら、このアプローチは高価で、低い歩留まりとなる傾向がある。
本発明は、不定なチップ厚さのデバイスを用いて、キャリアの基準面に発光開口の位置ずれの所望の制御を達成することに向けられる。いくつかの状況において、互いに、及び／またはレンズや開口のような他の外部要素に関して、発光開口の光軸１８，１９（図１参照）の側面位置あわせは、もちろん正確に制御されることも高く望まれる。ここで述べられる実装技術はもちろん低コストでそのような位置合わせ制御を達成しうる。
図３に関連して、光出力１７がキャリア３１の方向に下向きに向けられるように、キャリアまたはサブマウント３１の表面１４によって画定される基準面は、頂部発光デバイス３２，３３を反転させることにより面発光デバイス３２，３３の出力開口の面２３，２４と実質的に一致して作られる。このようにして、キャリア１１の表面１４は、機械的及び光学的な両基準面となり、キャリア１１は、限定されないが銅，シリコン，窒化アルミニウムまたはガラスのような高精度平面を有して通常に製造される材料から形成されうる。ＬＥＤｓ及び／またはＶＣＳＥＬｓのような発光半導体デバイスに対して、頂部発光デバイスの発光面は高精度で平坦であり、それ故、この表面がキャリア１１に結合される場合、デバイスの発光開口を含む面の位置ずれは正確に制御され、及びデバイスの実際のチップ厚さから独立している。
この反転した実装を促進させるために、キャリア３１は光出力の透過を可能にするように調整される。図３の配置において、キャリア３１は、例えばシリコンのように、光学デバイスの発光波長で光学的に透明である必要のある材料から作られる。キャリア３１は、ＫＯＨのような標準のシリコンエッチを利用してキャビティ３４及び薄膜３６が内部に形成される。光学ビアホール３７は、例えば、ホール３７の直径及びそれらの分離に関して高い精度を達成するために標準のフォトリソグラフシリコン処理技術を利用して薄膜３６を通してエッチングすることで、形成される。
光学デバイス３２，３３は、基準面であるキャリア３１の頂部表面１４上に実装された「フリップチップ」である。言い換えると、頂部発光デバイス３２，３３は、発光表面が直面し、及びキャリアにおけるビアホールに被覆する上に覆う（ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ）関係で、光出力開口を有するキャリア３１の基準面１４上に実装されるように反転される。「上に覆う」との表現は、二つの要素が、少なくとも部分的に、好ましくは全体的に光学距離を共有するほど十分な軸配列であることを示すことを目的としている。ホール３７の直径及び薄膜３６の厚さは、いったんフリップチップが実装されると、光学デバイス３２，３３が個々の光学ビアホール３７に横方向に配列された光出力開口を有するようにされる。キャビティ３４は好ましくは、側壁がビーム１７の伝搬を妨げないように構成される。これは、キャリアの背面３８のより近くで幅広いアスペクトを有し、頂部または基準面１４の最も近くで狭いアスペクトを有する先細にされた外形を有するキャビティ３４によって好ましくは達成される。
図３から、光学デバイス３２及び３３の発光開口面２３及び２４は、キャリア３１の平坦な基準面１４に一致しており、これらの面の位置ずれは光学デバイスチップ厚さから独立していることは明らかである。基準面１４はそれ故、この表面にレンズまたは開口のような追加の光学要素を正確に配列させるために、光学サブアセンブリの内部で利用されうる。
光学デバイスの全ての操作を達成するため、光学デバイスの発光表面を接触させるために、キャリアまたはサブマウント３１上で金属接触層を作り出し、反対表面を接触させるために、ワイヤボンディングを用いる必要があってもよい。様々な方法及び配置が後述されるように可能である。
キャリアまたはサブマウントを作り出すための理想的な材料として、標準はシリコンで作られるけれども、別のサブマウント材料は同様に、銅、窒化アルミニウムまたはガラスも含む。他の材料も同様に利用されうる。
図４は、光学ビアホール４２がキャリアの製造の欠くことのできない部分として形成され、光学ビアホールの側壁４３のスロープが光学デバイス３２，３３のビーム伝搬を妨げないような断面外形を有しており、窒化アルミニウムのような材料から製造されたキャリア４１を有するアセンブリ４０を示している。光学デバイスが単一モードのＶＣＳＥＬの場合において、ビームの発散はビームの軸から１０から１５度のオーダーであり、それによって側壁４３のスロープは２０度の最小値となりうる。
一般的な態様において、キャリア３１，４１は第１及び第２の対向する表面を有していることが理解され、第１の表面は、光学デバイス３２，３３が実装される基準面または頂部表面１４を有している。第２の表面は、背面３８、及び基準面と背面の間に延びた一つ以上の開口を備えている。前記開口は、キャリアの残った厚さを通して延びる一つ以上のより小さなビアホールを有し、背面３８から基準面１４への経路のほとんどを延長する大きなキャビティを備えている。または、前記開口は、背面から基準面へキャリアを通したまっすぐな経路を延長する一つ以上の離散的な開口を有していてもよい。キャリアの開口は一般的に先細の形状を有しうる。
それはしばしば、追加の光学要素がレンズ、開口、または操作鏡のような光学デバイス３２，３３と共に配列されるべき場合である。一般的に、これらは、光学デバイスの発光開口に関して軸方向及び縦方向の両方向に正確に配列されるべきである。そのような追加の光学要素は、関連した光学デバイスの出力ビームをどうかして調整、または光学的に処理、または好ましくはビームのアスペクトまたは形を制御するために一般的に提供される。図５は、レンズ５４のような追加の光学要素も実装される基板５５上に正確に実装されることを可能にするために、サブマウントまたはキャリア３１がどのように修正されうるかを示している。
図５は、１ミクロンのオーダーの特性と数ミクロンの制度で維持された特性深さの間で配列耐性（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）を達成するリソグラフィック及びエッチ工程を利用して、リセス５２，５３及びキャビティ５６のような配置特性が形成されたシリコンのような材料から形成される基板５５を示している。キャリア３１は同様に、基板５５の配置特性と連携する配置特性を含んでもよい。好ましい実施形態が示されるように、キャリアの配置特性は、基板５５のリセス５３において、段のあるエッジまたはリセス５７を備えている。
互いに関連のある基板５５及びキャリア３１の正しい配置を補助または誘導するために、キャリア３１上の対応する配置特性と連携することができる基板５５上に、如何なる対応した形の位置特性が用いられてもよいことが認められるだろう。これらの配置特性は、直角のまたは角のある／先細にされた形を有するリセス及び対応する歯を含みうる。そのような配置特性は、所定の関係で互いに基板とキャリアを配置するための物理的ガイダンス及び／または物理的かみ合い構造を提供する。
上で述べられた配置特性は、より一般的な配列特性の特定の形態である。「配列特性」との表現は、互いに関連する基板及びキャリアの配置を修正するために可視または光学ガイダンスを提供するだけの特性も含んでいることを目的としている。これらの光学ガイダンス特性は、図５で示されるように、物理的かみ合い構造を提供する必要は無い。「光学ガイダンス特性」との表現は、人間の目に見える及び機械だけが読める両特性を含んでいることを目的としている。
リセス５６は、光学デバイス３２，３３が基板３１上で反転及び実装されうるように基板５５において提供され、それによって、キャリア３１の基準面１４及び基板５５の頂部表面５８は相互に平面であるか、または配置特性５３，５７のエッチ深さによって決定された近さで、及び配置特性のエッチ深さが形成されうる精度で決定された精度で接近している。発散レンズ５４のような追加の光学要素が、注入された成形プラスチックまたは適切な材料から、基板５５内に実装された特性５２と連携する突起５９のような配置特性も含む光学サブマウント５１の上またはそれと一体になって形成され、そのようにして、光学デバイス３２，３３と横方向（軸方向）の及び縦方向の配列の高度を達成する。図５において示されるようなアセンブリ５０において、光学の配列の質は、光学デバイスチップ３２，３３の厚さに独立であることが見られるだろう。
このようにして、より一般的に、前記配置は、キャリアの開口の位置合わせ、及びレンズ５４のような追加の光学要素の位置合わせにおける光学デバイスの配置をアシストする配列特性を提供する。
図６は、基板５５の上の配列特性６２が、ガラスまたはポリマーのようなリソグラフィー堆積技術を用いて実装されるような、キャリア３１、基板５５、及びレンズ６１の代わりの配置を示している。対応する配列特性６２ａはキャリア３１の頂部の（基準）表面内にエッチされる。この例において、キャリア３１が反転され、基板５５に配列され、及び結合されるとき、基板５５の頂部表面５８及びキャリア３１の基準面１４は共に平面であり、高い精度で横方向に配置される。
図６は、レンズアレイ６１のような追加の光学要素がキャリアにおいて光学ビアホールを形成する特性に配列されるアセンブリ６０を示している。この配置において、追加の光学要素はキャリア３１における開口キャビティ３４の内部に実装されうる。そのようなアセンブリにおいて、光学の配列の質は光学デバイスチップの厚さに独立している。
図７は、レンズ７１のような追加の光学要素が、例えば、表面特性または表面に実装された特性として、光学デバイス製造の不可欠な部分として光学デバイス７２，７３上に直接形成されるか、または実装されたアセンブリ７０を示している。この配置において、追加の光学要素７１のそれぞれは、キャリア３１のそれぞれの開口に延びている。そのようなアセンブリ７０において、光学の質及び配置は光学デバイスチップ７２，７３の厚さに独立している。
図８は、キャリア８１が石英ガラスのような透明な材料で作られるアセンブリ８０を示している。金属結合パッド８５は、キャリア８１に光学デバイス３２，３３を結合させ、及び、光学デバイス３２，３３の背面上に形成された電気的コンタクト８６にワイヤボンド８４を実装するために、キャリア８１の表面上に堆積される。キャリア８１の透明な基板の背面８７上に、一つ以上のレンズまたはマイクロレンズアレイ８２の形態で追加の光学要素が標準のフォトレジストフロー技術を用いて材料内でエッチされうる。前面金属パターン８５へのレンズまたはレンズアレイ８２の配列は、標準の両面アライナ技術を用いて±１ミクロン以上となりうる。さらに、ガラス基板は、光源内への光源反射を減少させるために反射防止被服８３で被覆されうる。そのようなアセンブリにおいて、光学の配列の質は光学デバイスチップの厚さに独立している。
図８のアセンブリ８０において、キャリア８１を通して延びる「開口」は効果的に、例えば、結合パッド８５のメタライゼーションによって結合されたキャリアの媒質を通る光学開口８８となりうることが認められるだろう。反射防止被覆８３の性質（例えば、二方向性の場合）に依存して、光学開口も同様に、光学デバイス３２，３３の発光開口と共に横に配列された反射防止被覆内のブレイク（図示せず）として、フォトリソグラフィー的に定義されてもよい。好ましくは、メタライゼーション８５及び／または反射防止被覆８３内のブレイクによって定義された光学開口は、光学デバイス３１の発光開口から現れる位置でビーム幅１７と同じサイズ（すなわち、わずかにそれより大きい）であり、それによって、傾いた角度で基板への散乱、反射または偏光は減少されるか、制御される。
図９は、二つ以上の面発光デバイス９１，９２が、光学的放射ビーム１７を放出するために、基板５５によって定義された基準面１４上に配置されている配置を示している。レンズアレイ５４のような一つ以上の追加の光学要素は基板５５の基準面１４にも実装され、それによって、光学デバイス９１，９２とレンズ５４のような追加の光学要素の間のビーム軸にそった正確な縦方向（軸方向）の関係があることを確かにする。光学サブユニット５１も同様に、図５及び６に関連して述べられたものと似ているリセス５２のような配置特性及びそれに対応する配列特性５２ａを用いることで、光学デバイス９１，９２と共に横方向（すなわち、ビーム軸に対して直角）に位置合わせされうる。この配置は、光学デバイス９１，９２の発光開口面が、基準面１４に関して知られているか、光学要素５４の配置にとって欠かせないかどちらかであるところで特に有用である。この配置は同様に、光学デバイス９１，９２と追加の光学要素５４の間の横方向の配列が重大であり、位置特性５２，５２ａに位置合わせされうる場所で有用である。
いかなる適切な数の面発光光学デバイスが、そこに実装された光学サブユニット及び光学要素との位置合わせの方法で実装されうる。これは、レンズアレイが多くの光学デバイスと共に正確な配列で実装されるべきところで有用となり、それによって、追加の光学要素は、光学デバイスの発光開口に上に覆う関係となる。
図９の配置は、さらなる有利な特性を示す。各光学デバイス９１，９２は、発光開口の上に実装された、またはその欠くことのできない部分を形成するレンズ配置９３を含みうる。このレンズ配置９３は、デバイスの出力ビームを実質的に平行ビーム９４、すなわち実質的にゼロ発散に修正するように構成された収束または発散レンズとなりうる。追加の光学要素５４はそれから、ビーム９４をビーム１７の所望の発散または収束形態に修正する。この配置は、横方向のビーム形におけるわずかな変化または変化の無さが平行ビーム９４で起こるので、それぞれの光学要素５４からデバイス９１または９２の発光表面の縦方向の分離における変化に対する感受性が減少され、または実質的に消されるという利点を提供する。このようにして、光学デバイス９１，９２の厚さにおける重大な変化は、ビーム１７の最終形状にわずかな影響を有するか、または全く影響を有さない。
このようにして、一般的な態様において、光学サブユニット５１は、光学サブユニット、またはそれらが実装される基準面からの変動距離で発光開口を有する複数の光学デバイスのそれぞれからの平行な出力ビームを調整するようにそれぞれが構成された複数の光学要素を提供しうることが認められるだろう。
様々な方法及び配置が面発光光学デバイスの他の要素への電気的接続をもたらすために利用されてもよい。好ましい配置において、電気的接続がキャリア、例えば図８で示されるようなキャリア８１によって作られる。二つのそのような配置が図１０及び１１において示される。
図１０は、頂部発光光学デバイス１０３がキャリア１０１の頂部の（基準）面１４上に実装された「フリップチップ」であるアセンブリ１００を示している。キャリア１０１は図３及び４に関して前に述べられたようなキャビティ及びビアホールを含んでいる。デバイス１０３はその発光表面上に第１の電極またはコンタクト１０８、及び基板１０９の下部表面上に第２の電極またはコンタクト１０７を有している（デバイスは図１０で反転されていることが理解されるだろう）。前記基板は、例えば、ｐ型半導体層１０２内に配置されたデバイスに電気的接続を可能にするｎ型基板でありうる。
キャリア１０１は、その基準面１４上に配置された電気的コンタクト１０５，１０６のペアを含んでいる。キャリアコンタクト１０６の第一のキャリアコンタクトは、フリップチップ実装工程の間に光学デバイス上に第１の電極１０８を直接結合しうる。キャリアコンタクト１０５の第２のキャリアコンタクトは、確立されたワイヤ結合技術を用いるワイヤ結合１０４によって第２の（すなわち基板）電極１０７に電気的に接続されうる。このようにして、光学デバイス１０３は、キャリア１０１及びデバイス１０３の上の少なくとも対応する電気的コンタクト１０６，１０８のペアによってキャリア１０１に電気的及び機械的に結合されることが認められるだろう。
図１１は、頂部発光光学デバイス１１３がキャリア１１２の頂部の（基準）面１４上に実装された「フリップチップ」である別のアセンブリ１１０を示している。キャリア１１２は、図３及び４に関して前に述べられたようなキャビティ及びビアホールを含んでいる。デバイス１１３は、その発光表面上の第１の電極またはコンタクト１０８、及び発光表面上の第２の電極またはコンタクト１１１を有している。この例において、第２の電極１１１は、ｐ型半導体層１０２を過ぎてｎ型基板１０９を通るコンタクトホール１１４をエッチングすることによりデバイスの基板１０９と電気的な接触を作っている。
キャリア１１２は、その基準面１４上に配置された電気的コンタクト１０５，１０６のペアを含んでいる。フリップチップの製造工程の間に、キャリアコンタクト１０６の第１のキャリアコンタクトは、光学デバイス上で第１の電極１０８と直接結合され、及びキャリアコンタクト１０５の第２のキャリアコンタクトは、第２の電極１１１と直接結合される。このようにして、光学デバイス１１３は、キャリア１１２及びデバイス１１３上の少なくとも二つの対応する電気的コンタクトのペア１０６，１０８及び１０５，１１１によってキャリア１０１に電気的に及び機械的に結合されうる。
一般的に、電気的コンタクト１０５，１０６は、実用的な目的のために、表面がキャリア１１２の基準面１４で相互に平面となる材料で十分に薄層である。しかしながら、顕著な厚さの電気的コンタクトが形成されるところでは、１４’で示されるように、キャリアの基準面はコンタクト１０５，１０６自身の表面によって効果的に決定されうる。すなわち、キャリア１１２の主表面からわずかにオフセットしていることが理解されるだろう。
第１の電極１０８及び第２の電極１１１の両方は好ましくは、それらがキャリア１１２の基準面１４上で相互に平面なコンタクト１０５，１０６に結合されうるように、相互に平面な面を有する。しかしながら、電極１０８及び１１１が相互に平面でない場合、コンタクト１０５または１０６の一つの対応する起伏は相互な平面性のそのような欠如に適応しうる。
図１１の配置は、ワイヤ結合操作に対する必要性を避ける利点を示している。
他の実施形態は添付の特許請求の範囲の内部にある。
１０，４０，５０，６０，７０，８０，１００，１１０ アセンブリ
１１，３１，４１，８１，１０１，１１２ キャリア
１２，１３ 頂部発光光学デバイス
１４ 基準面
１５，１６ 外部表面
１７ 光出力
１８，１９ 光軸
２１ 光学源デバイス
２３，２４ 面
３２，３３ 頂部発光光学デバイス
３４，５６ キャビティ
３６ 薄膜
３７，４２ 光学ビアホール
３８，８７ 背面
４３ 側壁
５２，５３，５７ リセス
５４，６１，７１ レンズ
５５ 基板
５８ 頂部表面
５９ 突起
６２，６２ａ 配列特性
７２，７３ 光学デバイス
８２ マイクロレンズアレイ
８３ 反射防止被服
８４ ワイヤボンド
８５ 金属結合パッド
８６，１０５，１０６，１０７，１０８，１１１ 電気的コンタクト
８８ 光学開口
９１，９２ 面発光デバイス
９３ レンズ配置
９４ 平行ビーム
１０２ ｐ型半導体層
１０３ 頂部発光光学デバイス
１０４ ワイヤ結合
１０９ 基板
１１３ デバイス
１１４ コンタクトホール

Claims (40)

  1. 光学エミッタアセンブリであって、
    光学的な発光開口を提供する発光面を有する面発光光学デバイスと、
    第１及び第２の互いに対向する面を有するキャリアであって、第１の面は前記光学デバイスがその発光面で実装される基準面であり、第２の面は背面であり、前記基準面と背面の間に伸びる開口を有する前記キャリアと、を備えており、
    その光学的な出力開口が、光学的放射を方向付けるために前記キャリアの開口の上に覆う関係となるように、前記光学デバイスが基準面上に位置付けされているアセンブリ。
  2. 光学的な出力開口を提供する発光面を有する第２の面発光光学デバイスであって、前記第２のデバイスはその発光面で前記キャリアに実装されている第２の面発光光学デバイスと、
    前記基準面と背面の間に伸びる第２の開口を有する前記キャリアであって、その光学的な出力開口が、光学的放射を方向付けるために前記キャリアの第２の開口の上に覆う関係となるように、第２の光学デバイスが基準面上に配置されている前記キャリアと、
    を含んでいる請求項１に記載のアセンブリ。
  3. 前記光学デバイスの前記発光面は、複数の光学的な出力開口を有しており、各光学的な出力開口は、キャリアの開口の上に覆う関係にある請求項１に記載のアセンブリ。
  4. 前記キャリアの開口は、最も前記背面の近位にある広いアスペクトと、最も基準面に近位にある狭いアスペクトを有する先細のキャビティを備えた請求項１に記載のアセンブリ。
  5. 前記キャリアの開口は、前記基準面と前記先細のキャビティの間に伸びる一つ以上のビアホールをさらに含んでいる請求項４に記載のアセンブリ。
  6. 複数の前記ビアホールが、薄膜によって分離されている請求項５に記載のアセンブリ。
  7. 前記先細のキャビティは、前記キャリアの材料の結晶面に沿って優先的にエッチングされている請求項４に記載のアセンブリ。
  8. 前記キャリアの前記基準面は、前記キャリアの開口との位置合わせにおいて前記光学デバイスの配置を支援するために配列特性を含んでいる請求項１に記載のアセンブリ。
  9. 前記光学デバイスの前記光学出力を調整するために、前記キャリアに実装された少なくとも一つの追加の光学要素をさらに含んでいる請求項１に記載のアセンブリ。
  10. 前記追加の光学要素は、前記キャリアの開口の一部を形成するキャビティの内部に実装されている請求項９に記載のアセンブリ。
  11. 前記追加の光学要素はレンズアレイを含んでおり、各レンズは少なくとも一つのキャリアの開口と、前記キャリアに実装された光学デバイスの対応する光学的な出力開口と一直線になる光軸を有している請求項１０に記載のアセンブリ。
  12. 前記光学デバイスの前記光学出力を調整するために、少なくとも一つの追加の光学要素をさらに含んでいるアセンブリであって、前記追加の要素及びアセンブリは共通の基板に実装されている請求項１に記載のアセンブリ。
  13. 前記共通の基板は、前記キャリア及び前記追加の光学要素の基準面に対して共通の基準面を決定する請求項１２に記載のアセンブリ。
  14. 前記デバイスの光学出力を調整するために、前記発光面に実装された追加の光学要素をさらに含んでおり、前記追加の光学要素は、前記基準面を越えて前記キャリア開口内に伸びている請求項１に記載のアセンブリ。
  15. 前記光学デバイスの前記光学出力を調整するために、前記キャリアの大部分の材料の一部を形成する少なくとも一つの追加の光学要素をさらに含んでいる請求項１に記載のアセンブリ。
  16. 前記キャリアの開口は空間を備えている請求項１に記載のアセンブリ。
  17. 前記キャリアの開口は、光学的放射を通す大部分の材料の領域を備えている請求項１に記載のアセンブリ。
  18. 前記キャリアは、前記基準面上に配置された第１及び第２の電気的コンタクトを含んでおり、前記光学デバイスは前記発光面上に配置された少なくとも一つの第１の電極を含んでおり、前記第１の電気的コンタクト及び第１の電極は、対向関係にある基準面及び発光面によって互いに電気的に、及び機械的に結合されている請求項１に記載のアセンブリ。
  19. 前記光学デバイスは、前記発光面上に配置された第２の電極を含んでおり、前記第２の電気的コンタクト及び前記第２の電極は、対向関係にある基準面及び発光面によって互いに電気的に、及び機械的に結合されている請求項１８に記載のアセンブリ。
  20. 前記光学デバイスは、基板表面上に配置された第２の電極を含んでおり、前記第２の電気的コンタクト及び前記第２の電極は、ワイヤ結合によって互いに電気的に結合されている請求項１８に記載のアセンブリ。
  21. 光学エミッタアセンブリであって、
    光学的な出力開口を提供する発光面をそれぞれ有する少なくとも二つの面発光光学デバイスと、
    第１及び第２の対向面を有するキャリアであって、前記第１の面は、前記光学デバイスがそれぞれの発光面に実装されている基準面であり、前記第２の面は背面であり、前記キャリアは、前記光学デバイスから光学的放射の透過に適している基準面と背面に伸びている光学透過経路を有しているキャリアと、を備えており
    少なくとも一つの追加の光学要素が前記キャリアの前記背面上に配置されており、前記光学デバイスは、それらの光学的な出力開口がそれぞれの追加の光学要素の上に覆う関係となるように、前記基準面上に位置づけされており、それによって前記それぞれの追加の光学要素が前記光学デバイスからの光学的放射の光学経路内にあるアセンブリ。
  22. 前記少なくとも一つの追加の光学要素は、別々の部分を有する配列であり、各部分は面発光光学デバイスの対応する部分からの放射を受けるように位置づけされている請求項２１に記載のアセンブリ。
  23. 前記少なくとも一つの追加の光学要素は、離散的な光学要素の配列であり、各要素は面発光光学デバイスの対応する部分からの放射を受けるように位置づけされている請求項２１に記載のアセンブリ。
  24. 前記少なくとも一つの追加の光学要素は、前記キャリアの大部分の材料で一体に形成されている請求項２１に記載のアセンブリ。
  25. 前記少なくとも二つの面発光光学デバイスは異なる基板の厚さを有している請求項２１に記載のアセンブリ。
  26. 前記キャリアは、前記基準面上に配置された第１及び第２の電気的コンタクトを含んでおり、及び前記光学デバイスは、前記発光面上に配置された少なくとも一つの第１の電極を含んでおり、前記第１の電気的コンタクト及び前記第１の電極は、対向関係にある基準面及び発光面によって互いに電気的に、及び機械的に結合されている請求項２１に記載のアセンブリ。
  27. 前記光学デバイスは、前記発光面上に配置された第２の電極を含んでおり、前記第２の電気的コンタクト及び前記第２の電極は、対向関係にある基準面及び発光面によって互いに電気的に、及び機械的に結合されている請求項２６に記載のアセンブリ。
  28. 前記光学デバイスは基板表面上に配置された第２の電極を含んでおり、前記第２の電気的コンタクト及び前記第２の電極はワイヤ結合によって互いに電気的に結合されている請求項２６に記載のアセンブリ。
  29. 光学エミッタアセンブリであって、
    光学的な出力開口を提供する発光面、及び該発光面と対向する背面を有する面発光光学デバイスと、
    前記光学デバイスがその背面で実装されている基準面を有するキャリアと、
    前記光学デバイスの光学出力を調整するための追加の光学要素であって、光学サブユニット上に形成、または光学サブユニット内に形成されている前記追加の光学要素と、
    前記追加の光学要素は、光学的放射をそこから受けるように前記光学デバイスの光学的な出力開口の上に覆う関係となるように、前記基準面上に実装されている前記光学サブユニットと、
    を備えているアセンブリ。
  30. 光学的な出力開口提供する発光面及び該発光面に対向する背面を有する第２の面発光光学デバイスであって、その背面が前記キャリアの前記基準面へ実装されている第２の光学デバイスを備えており、前記光学サブユニットが第２の光学デバイスの光学出力を調整するために第２の追加の光学要素をさらに含んでおり、前記第２の追加の光学要素は、光学的放射をそこから受けるように前記第２のデバイスの光学的な出力開口の上に覆う関係となるように、前記光学サブユニット上に実装されるか、または光学サブユニット内に形成されている請求項２９に記載のアセンブリ。
  31. 前記光学サブユニット及び／またはキャリアは、前記光学デバイスの位置合わせにおいて前記光学サブユニットの位置付けを手助けするために少なくとも一つの配列特性を有している請求項２９に記載のアセンブリ。
  32. 前記配列特性は、前記キャリア基準面及び前記光学サブユニット内にそれぞれ突起及び対応するリセスを備えており、その逆もまた同様に備えている請求項３１に記載のアセンブリ。
  33. 前記第１及び第２の光学デバイスは、基板の異なる厚さを有している請求項３０に記載のアセンブリ。
  34. 前記第１及び第２の光学デバイスは、前記それぞれのデバイスの出力を実質的に平行なビームに調整するために、レンズ要素を含んでいる請求項３０または３３に記載のアセンブリ。
  35. 各追加の光学要素は、第１及び第２の光学デバイスからのそれぞれの実質的に平行なビームを非平行な最終ビームの形に調整するように構成されている請求項３４に記載のアセンブリ。
  36. 前記非平行な最終ビームの形は、前記それぞれの発光面及び前記光学サブユニットの軸分離に対して実質的に無反応である請求項３５に記載のアセンブリ。
  37. 光学的な出力開口を提供する発光面を有する面発光光学デバイスをキャリア上に実装させる方法であって、
    第１及び第２の対向面を有するキャリアを形成する段階であって、前記第１の面は、前記光学デバイスが実装される基準面とし、及び前記第２の面はそれとは反対の背面とする段階と、
    前記基準面及び背面の間に伸びるキャリアの開口を形成する段階と、
    前記光学デバイスをその発光面で前記キャリアの前記基準面に結合する段階であって、光学的放射をそこから方向付けるために、その光学的な出力開口を前記キャリアの開口の上に覆う関係とする段階と、
    を備えた方法。
  38. 光学的な出力開口を提供する発光面と、該発光面に対向する背面をそれぞれ有する面発光光学デバイスをキャリア上に実装する方法であって、
    第１及び第２の対向面を有するキャリアを形成する段階であって、前記第１の面は、前記光学デバイスが実装される基準面であり、及び前記第２の面は背面であって、前記キャリアは前記光学デバイスからの光学的放射の透過に適している前記基準面と背面の間に伸びている透過経路を有しており、及び前記キャリアは前記光学デバイスの出力を調整するための追加の光学要素を含んでいる段階と、
    前記光学デバイスをそれぞれの発光面で前記キャリアの基準面に結合する段階であって、光学的な出力開口がそれぞれの追加の光学要素の上に覆う関係となるように、前記光学デバイスが前記基準面上で位置付けされており、それによって前記それぞれの追加の光学要素は前記光学デバイスからの光学的放射の光学経路内にある段階と、
    を備えた方法。
  39. 光学的な出力開口を提供する発光面、及び該発光面に対向する背面を有する面発光光学デバイスをキャリア上に実装する方法であって、
    基準面を有するキャリアを形成する段階と、
    前記光学デバイスを、その背面で前記基準面に結合させる段階と、
    前記光学デバイスの光学出力を調整するために、光学サブユニット内または上に追加の光学要素を形成する段階と、
    前記追加の光学要素が光学的放射をそこから受けるために、前記光学デバイスの前記光学的な出力開口の上に覆う関係となるように、前記基準面上に前記光学サブユニットを実装する段階と、
    を備えた方法。
  40. 図３ないし１１のいずれか一つに関連して実質的にここで述べられたような光学エミッタアセンブリ。
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