JP2010147456A - 発光素子及び光結合モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子及び光結合モジュールを提供する。
【解決手段】前記素子は、基板と、前記基板に備えられた発光部と、前記基板の下部面に備えられた反射部とを含む。前記発光部は、前記基板上に配置されたアクティブパターンと、前記アクティブパターンの上部に備えられた上部鏡と、前記アクティブパターンの下部に備えられた下部鏡とを含む。前記発光部は、基板に垂直な光を放射することができ、前記反射部は、前記放射光を前記基板の側面に反射することができる。
【選択図】図１

Description

明細書で開示される本発明は、発光素子及び光結合モジュールに関し、より詳細には、発光素子の下部に反射部を含む発光素子に関する。

光通信技術を使用することによる半導体チップ間又はボード間の処理方法は、銅配線が原因の電磁気干渉（ＥＭＩ）、インピーダンス不整合（ｍｉｓｍａｔｃｈ)、及び信号歪曲（ｓｋｅｗ）などの問題に対処することができるので、大いに関心のある話題である。印刷回路ボードの配線として使用される光配線及び電気配線を含む光電配線モジュールの提案がなされている。

そのような光電配線モジュールは、高効率、高信号無欠性での光通信を実現する。電光素子（発光素子又は受光素子）と光導波路との間の光結合損失の低減が、光電配線モジュールの製造コストを減少させるため、要求される。チャンネルの数が増加するにしたがって、光電配線モジュールの電光素子と光導波路との配置は、長い時間がかかり、技術的な制限を引き起こす。

韓国特許公開第２００７−０１１３７９１号明細書

本発明は、光電配線を効率的に形成するのに適した発光素子を提供する。

本発明は、光電配線を効率的に形成するのに適した光結合モジュールを提供する。

本発明の実施形態は発光素子を提供する。この光学素子は、基板と、基板に備えられた発光部と、基板の下部面に備えられた反射部とを含み、この発光部は、基板上に配置されたアクティブパターンと、アクティブパターンの上部に備えられた上部鏡と、アクティブパターンの下部に備えられた下部鏡とを含み、発光部は、基板に垂直な光を放射し、反射部は、放射光を基板の側面に反射する。

ある実施形態において、反射部は、トレンチを含むことができる。

他の実施形態において、トレンチは、基板に垂直な方向と約４５度をなす斜視面を有することができる。

さらに他の実施形態において、反射部は、トレンチの表面に備えられた反射膜をさらに含むことができる。

さらに他の実施形態において、反射膜は、誘電体又は金属から成る。

さらに他の実施形態において、反射部は、トレンチを満たす反射体をさらに含むことができる。

さらなる実施形態において、反射体は、屈折率において基板より小さくてもよい。

さらなる実施形態において、トレンチは、基板の側面の伸長方向からチルトされた伸長方向を有することができる。

さらなる実施形態において、トレンチは湾曲した傾斜面を有することができる。

本発明の他の実施形態において、光結合モジュールは、第１の実装基板と、第１の実装基板に備えられた発光素子と、発光素子の側面に直接接触する光導波路とを含み、発光素子は、第１の基板に備えられた発光部及び第１の基板の下部面に備えられた反射部を含み、発光部は、第１の基板に垂直な光を放射し、反射部は、放射光を第１の基板の側面を通じて光導波路の第１の側に反射する。

ある実施形態において、発光素子の反射部は、第１の実装基板と対向することができる。

他の実施形態において、光導波路は、コアとクラッドとを含む構造を有する誘電体光導波路を含むことができる。

さらに他の実施形態において、光導波路は、コアとクラッドとを含む構造を有するマルチモード光ファイバーを含むことができる。

さらに他の実施形態において、光導波路は、金属線コア及び金属線コアを囲む誘電体クラッドを含むことができる。

さらに他の実施形態において、金属線コアは、約２ｎｍ乃至約２００ｎｍの厚さと、約２μｍ乃至約１００μｍの幅とを有することができる。

さらなる実施形態において、光導波路は、コア層とクラッド層とを含む誘電体のスタック構造と、クラッド層上に配置された電気配線とを含み、電気配線は、誘電体のスタック構造にストレスを印加することができる。

さらなる実施形態において、光導波路は、曲げられる。

さらなる実施形態において、光導波路の第１の側は、第１の実装基板上に配置することができる。

さらなる実施形態において、光結合モジュールは、光導波路の第２の側に接触する受光素子及び受光素子を備えられる第２の実装基板をさらに含むことができる。

さらなる実施形態において、光導波路の第２の側は、第２の実装基板上に配置することができる。

さらなる実施形態において、受光素子は、第２の基板上に配置された受光部及び第２の基板の下部面に備えられた第２の反射部を含み、受光部は、第２の基板の側面を通じて入射する光を第２の反射部を通じて受光部に提供することができる。

さらなる実施形態において、第１の実装基板は、単体中で第２の実装基板と一体形成される。

さらなる実施形態において、光結合モジュールは、第１の実装基板上に配置されて発光素子を駆動する発光素子駆動部をさらに含むことができる。

本発明の一実施形態による発光素子は、発光素子の下部面に反射部を含み、反射部は、発光素子と光導波路との間の光結合を効率的に提供することができる。本発明の一実施形態による光結合モジュールは、発光素子、光導波路及び受光素子を含み、高い光結合効率、高集積度及び低コストを実現することができる。

添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するため、及び本明細書に組み込まれてその一部を構成するために含まれる。この図面は、説明とともに本発明の例示的な実施形態を示し、本発明の原理を説明する役割を果たす。

本発明の一実施形態による発光素子を説明する概略図を示す図である。 本発明の別の実施形態による発光素子を説明する概略図を示す図である。 本発明の別の実施形態による発光素子を説明する概略図を示す図である。 本発明の別の実施形態による発光素子を説明する概略図を示す図である。 本発明の別の実施形態による発光素子を説明する概略図を示す図である。 本発明の実施形態による反射部を説明する概略図を示す図である。 本発明の実施形態による反射部を説明する概略図を示す図である。 本発明の実施形態による反射部を説明する概略図を示す図である。 本発明の実施形態による反射部を説明する概略図を示す図である。 本発明の実施形態による反射部を説明する概略図を示す図である。 本発明の一実施形態による光結合モジュールを説明する概略図を示す図である。 本発明の一実施形態による光結合モジュールを説明する概略図を示す図である。 本発明の一実施形態による光結合モジュールを説明する概略図を示す図である。 本発明の別の実施形態による光結合モジュールを説明する概略図を示す図である。 本発明の別の実施形態による光結合モジュールを説明する概略図を示す図である。 本発明の一実施形態による受光素子を説明する断面図を示す図である。 本発明の他の実施形態による光結合モジュールを説明する概略図を示す図である。 本発明の他の実施形態による光結合モジュールを説明する概略図を示す図である。 本発明の他の実施形態による光結合モジュールを説明する概略図を示す図である。 本発明の他の実施形態による光結合モジュールを説明する概略図を示す図である。 本発明の一実施形態による光結合モジュールの光導波路を説明する斜視図を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施の形態をより詳細に説明する。しかしながら、本発明は、他の形態で具体化することができ、明細書で説明される実施形態に限定するように構成されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、明細書の開示が詳細かつ完全になるように、及び当業者に本発明の範囲を十分に伝達するために提供される。

図面において、層の寸法及び領域は、明確な説明のために拡大して示される。また、層（又は膜）が別の層又は基板の「上」にあると言及される場合、それは他の層若しくは基板の直上にあるか、又はこれらの間の層も存在することが理解されるべきである。さらに、層が別の層の「下」にあると言及される場合、それは直下にあるか、１つまたは複数の間の層も存在することが理解されるべきである。加えて、層が２層の「間」にあると言及される場合、それは２層の間のただ一つの層でもよいし、又は１つまたは複数の間の層も存在することも理解されるべきである。明細書全体に亘って、同一の参照番号は同一の構成要素を参照する。

以下、添付図面とともに本発明の例示的な実施形態について説明されるであろう。

図１は、本発明の実施形態による発光素子を説明する概略図である。

図１を参照すると、発光素子は、基板１００、基板１００に備えられた発光部１８０、基板１００の下部面に備えられた反射部１７０、及び基板１００の下部に備えられた下部電極１１２を含む。発光部１８０は、基板１００上に配置されたアクティブパターン１４０、アクティブパターン１４０の上に配置された上部電極１１４、アクティブパターン１４０の上部に備えられた上部鏡１２４、アクティブパターン１４０の下部に備えられた下部鏡１２２を含むことができる。発光部１８０は、基板１００に垂直な光１１を放射し、反射部１７０は、光１１を基板１００の側面２２に反射することができる。

基板１００は、ｎ型ＩｎＰ基板、又はＧａＡｓ基板であってもよい。下部鏡１２２は、ブラッグ（Ｂｒａｇｇ）条件を充足するように基板１００上に配置することができる。下部鏡１２２上に電流制限パターン１３０を配置することができる。電流制限パターン１３０は、第１の電流制限パターン１３２及び第２の電流制限パターン１３４を含むことができる。第１の電流制限パターン１３２及び第２の電流制限パターン１３４は、貫通部を有するリング、又はワッシャー形態を有することができる。第１の電流制限パターン１３２と第２の電流制限パターン１３４との間にアクティブパターン１４０を配置することができる。アクティブパターン１４０は、第１の電流制限パターン１３２及び第２の電流制限パターン１３４の貫通部を通して伸びることができる。アクティブパターン１４０は、上部鏡１２４及び下部鏡１２２の間で共振するレーザービームの光利得を提供することができる。アクティブパターン１４０は、上部クラッド（ｃｌａｄ）層１４６、多重量子井戸層１４４、及び下部クラッド層１４２を含む多層的構造を有することができる。上部鏡１２４を第２の電流制限パターン１３４上に配置して、ブラッグ条件を充足することができる。上部鏡１２４上に上部電極１１４を配置することができる。下部鏡１２２及び上部鏡１２４は、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ、ＩｎＡｌＧａＡｓ／ＩｎＰ、又はＧａＡｓＳｂ／ＡｌＡｓＳｂを含む多層薄膜であってもよい。上部鏡１２４は、反射率において下部鏡１２２より大きくてもよい。第１の電流制限パターン１３２及び第２の電流制限パターン１３４は、アルミニウム酸化膜であってもよい。基板１００は、ＧａＡｓ基板、又はＩｎＰ基板であってもよい。反射部１７０は、基板１００の下部面をエッチングすることにより、基板１００の下部面に備えることができる。反射部１７０は、放射光１１を基板１００の側面２２に反射することができる。反射部１７０は、基板１００の下部面に備えられたトレンチ１７５を含むことができる。トレンチ１７５は、発光部１８０と合わせることができる傾斜面を含むことができる。これにより、基板１００の下部面へ進行する放射光１１は、トレンチの傾斜面に斜めに入射し、反射光１２を提供するように反射される。トレンチ１７５の傾斜面は、基板１００に対する法線と約４５度の角度をなすことができる。反射光１２は、基板１００の側面２２に垂直に入射することができる。基板１００の側面２２に反射防止膜２３を備えることができる。

基板１００の側面２２に光導波路３７を備えることができる。光導波路３７は、基板１００の側面２２と接触することができる。基板１００の側面２２を、反射防止膜２３でコーティングすることができる。光導波路３７は、クラッド（Ｃｌａｄｄｉｎｇ）３６とコア３５を含むことができる。反射光１２は、コア３５に結合することができる。

本発明の別の実施形態によると、アクティブパターンの構造、下部鏡と上部鏡との構造及び配置、下部電極と上部電極との構造及び配置を変えることができる。

本発明の別の実施形態によると、下部電極は、基板と下部鏡との間に配置することができる。

図２Ａ及び図２Ｂは、本発明の実施形態による発光素子の反射部１７０を示す概略図である。

図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、発光部１８０からの放射光１１は基板１００に垂直に入射することができる。反射部１７０は、放射光１１を基板１００の側面２２に反射することができる。反射部１７０は、基板１００の下部面２４に備えられたトレンチ１７５を含むことができる。トレンチ１７５は、底面１７４及び傾斜面１７２を含むことができる。トレンチ１７５の傾斜面１７２は、図１の発光部１８０と合わせることができる。これにより、放射光１１は、傾斜面１７２に斜めに入射して、反射光１２を提供するように反射される。トレンチ１７５の傾斜面１７２が基板１００に対する法線となす角度（９０゜−θ）は、約４５度であってもよい。本発明の別の実施形態にとると、トレンチ１７５の傾斜面１７２に入射した放射光１１を、完全に反射することができる。

基板１００は、六面体であってもよい。六面体の面は、それぞれ、直交座標系の軸に沿って配置することができる。直交座標系のｚ軸は、基板１００の平面に垂直であってよい。トレンチ１７５の傾斜面１７２の垂直ベクトルａ_nは、ｚ軸と所定角度θをなすことができる。ｘ軸は、トレンチ１７５の伸長方向と一致することができる。ｙ軸は、基板１００の側面２２に垂直であってよい。発光部１８０からの放射光１１は、−ｚ軸方向に進行することができる。放射光１１は、トレンチ１７５の傾斜面１７２に斜めに入射することができる。放射光１１を、トレンチ１７５の傾斜面１７２から反射して、ｙ軸方向で進行する反射光１２を提供することができる。反射光１２は、基板１００の側面２２を介して、一部反射し、一部透過することができる。基板１００の側面２２から反射された反射光１２の一部は、第２の反射光１３を提供することができる。第２の反射光１３は、トレンチ１７５の傾斜面１７２に再入射（ｒｅ-ｉｎｃｉｄｅｎｔ）して、第３の反射光１４を提供することができる。第３の反射光１４は、発光部１８０に入射して、それによって発光部１８０の動作を不安定にする可能性がある。

本発明の別の実施形態によると、基板１００の側面２２を、反射防止膜でコーディングすることができる。これは、基板１００の側面２２から反射される第２の反射光１３の量を最小にする。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の別の実施形態による発光素子の反射部１７０を説明する概略図である。図２Ａ及び図２Ｂで説明した部分と同じ部分は省略する。

図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、図１の発光部１８０からの放射光１１は、基板１００に垂直に入射することができる。反射部１７０は、放射光１１を基板１００の側面２２に反射することができる。反射部１７０は、基板１００の下部面２４に備えられたトレンチ１７５を含むことができる。トレンチ１７５は、底面１７４及び傾斜面１７２を含むことができる。トレンチ１７５の傾斜面１７２は、発光部１８０と合わせることができる。これにより、放射光１１は、傾斜面１７２に斜めに入射して、反射光１２を提供するように反射される。トレンチ１７５の傾斜面１７２が基板１００に対する法線となす角度（９０゜−θ）は、約４５度であってよい。

基板１００は、六面体であってもよい。六面体の面は、それぞれ、直交座標系の軸に沿って配置することができる。直交座標系のｚ軸は、基板１００の平面に垂直であってよい。トレンチ１７５の傾斜面１７２の垂直ベクトルａnは、ｚ軸と所定角度θをなすことができる。x軸は、トレンチ１７５の伸長方向と所定角度Фをなすことができる。すなわち、傾斜面１７２を、ｚ軸の周りを角度Фまでチルト（ｔｉｌｔ）することができる。トレンチ１７５の伸長方向は、ｚ軸の周りを所定角度回転した座標系のｘ´軸であってよい。回転座標系のｘ´軸は、ｘ軸と角度Фをなすことができる。ｙ軸は、基板１００の側面２２に垂直であってよい。発光部１８０からの放射光１１は、−ｚ軸方向に進行することができる。放射光１１は、トレンチ１７５の傾斜面１７２に斜めに入射することができる。放射光１１は、トレンチ１７５の傾斜面１７２から反射され、ｙ´軸方向に進行する第１の反射光１２を提供することができる。第１の反射光１２は、基板１００の側面２２に斜めに入射することができる。第１の反射光１２は、側面２２から一部反射され第２の反射光１３を提供することができ、側面２２を介して一部透過することができる。第２の反射光１３の経路は、第１の反射光１２の経路と異なってよい。したがって、第２の反射光１３を、発光部１８０に戻さないことができ、発光部１８０の動作特性を改善することができる。

図４から図８は、本発明の別の実施形態による発光素子の反射部１７０を説明する概略図である。図２Ａ及び図２Ｂで説明したのと同じ部分は省略する。

図４を参照すると、発光素子は、基板１００、基板１００に備えられた発光部（図示せず）、及び基板１００の下部面２４に備えられた反射部１７０を含む。発光部は、基板１００に垂直な光を基板１００の下部面２４に放射する。反射部１７０は、放射光を基板１００の側面２２に反射することができる。反射部１７０は、基板１００の下部面２４に備えられたトレンチ１７５を含むことができる。トレンチ１７５は、底面１７４及び傾斜面１７２を含むことができる。反射膜１７１を、トレンチ１７５の傾斜面１７２上に配置することができる。反射膜１７１は、金属薄膜又は誘電体多層薄膜であってよい。反射膜１７１は、放射光の損失を最小化し、放射光を基板１００の側面２２に反射させるように、適合させることができる。反射膜１７１は、底面１７４及び／又は基板１００の下部面２４に伸長することができる。

図５を参照すると、発光素子は、基板１００、基板１００に備えられた発光部（図示せず）、及び基板１００の下部面２４に備えられた反射部１７０を含む。この反射部１７０は、傾斜した窪みを有することができる。窪みの断面は、四角形、多角形又は楕円形であってよい。窪みの傾斜面は、発光部と合わせることができる。

図６を参照すると、発光素子は、基板１００、基板１００に備えられた発光部（図示せず）、及び基板１００の下部面２４に備えられた反射部１７０を含む。この反射部１７０は、トレンチ１７５を有することができる。図２Ａ及び図２Ｂの場合と異なり、トレンチ１７５は、底面がない傾斜面を含むことができる。傾斜面は、平面であってよい。

図７を参照すると、発光素子は、基板１００、基板１００に備えられた発光部（図示せず）、及び基板１００の下部面２４に備えられた反射部１７０を含む。反射部１７０は、トレンチ１７５を有することができる。図２Ａ及び図２Ｂの場合と異なり、トレンチ１７５は、底面がない傾斜面を含むことができる。傾斜面は、光を集め、又は光を広めることができる曲面であってよい。

図８を参照すると、発光素子は、基板１００、基板１００に備えられた発光部（図示せず）、及び基板１００の下部面２４に備えられた反射部１７０を含む。反射部１７０は、トレンチ１７５を有することができる。トレンチ１７５は、底面１７４及び傾斜面１７２を含むことができる。トレンチ１７５は、反射体１７７で満たすことができる。反射体１７７は、屈折率において、基板１００より小さくてよい。反射体１７７は、誘電体又は金属を含むことができる。

図９Ａから図９Ｃは、本発明の一実施形態による光結合モジュールを説明する概略図である。図９Ｂは、図９ＡのＩ−Ｉ’線に沿った断面図である。図９Ｃは、図９Ａの光導波路３７を説明する概略図である。

図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、光結合モジュールは、第１の実装基板３０、第１の実装基板３０に備えられた発光素子３２、及び発光素子３２の側面に直接接触する光導波路３７を含む。図１を参照すると、発光素子３２は、基板１００に備えられた発光部１８０、及び基板１００の下部面に備えられた反射部１７０を含む。発光部１８０は、基板１００に垂直な光を放射する。反射部１７０は、放射光を基板１００の側面２２を通じて光導波路３７の一側に反射することができる。

第１の実装基板３０は、ＰＣＢ（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）であってよい。第１の実装基板３０は、その内部に電気的信号を伝達する導電配線（図示せず）を含むことができる配線基板であってよい。第１の実装基板３０は、上面３０ａ及び上面に対向する下面３０ｂを含むことができる。発光パッド３８、３９を上面３０ａに備えて、導電配線と電気的に接続することができる。発光パッド３８、３９は、高い電気伝導性を有する銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）ならびにこれらの組み合わせを含むことができる。

発光素子は、第１の配線電極４２及び第２の配線電極４３を含むことができる。発光素子の第１の配線電極４２及び第２の配線電極４３を、発光素子の上部面に備えることができる。第１の配線電極４２及び第２の配線電極４３を、ワイヤボンディングを通じて発光パッド３８、３９と電気的に接続することができる。第１の配線電極４２及び第２の配線電極４３は、図１で説明した下部電極及び上部電極と一致することができる。再び図１を参照して、第１の配線電極４２及び第２の配線電極４３を、下部電極１１２及び上部電極１１４を再配線することにより、備えることができる。

本発明の別の実施形態によると、第１の配線電極及び／又は第２の配線電極を、発光素子３２の下部面に備えることができる。

発光素子３２を駆動する発光素子駆動部３１は、第１の実装基板３０上に配置することができる。発光素子駆動部３１は、チップ構造であってよい。発光素子駆動部３１を、第１の実装基板３０の接続パッド（図示せず）を通じて固定することができる。発光素子駆動部３１は、導電配線を通じて発光パッド３８、３９と電気的に接続することができる。第１の実装基板３０は、外部回路と電気的に接続し外部回路に備えられた結合部材に結合することができる、外部接続パッド４４を含むことができる。

発光素子３２からの放射光は、反射部１７０から光導波路３７に反射される。発光素子３２の側面は、光導波路３７と直接接触することができる。発光素子３２の反射部は、第１の実装基板３０の上面３０ａと対向することができる。

図９Ｃを参照すると、光導波路３７は、コア３５とクラッド３６とを含むことができる。クラッド３６は、コア３５を囲むことができる。クラッド３６及びコア３５は、四角形の断面を有することができる。光導波路３７は、曲げることができる。第１の実装基板３０の光導波路３７は、接着剤又は固定部材に固定することができる。光導波路３７のクラッド３６は、ハロゲン元素又は重水素を含む光学ポリマーを含むことができる。

光導波路３７のコア３５は、誘電体を含むことができる。コア３５の断面は、四角形であってもよいが、これに限定されない。光導波路３７は、曲げることができる。コア３５の屈折率ｎ１は、クラッド３６の屈折率ｎ２より大きくてよい。

本発明の別の実施形態によると、光導波路３７のコア３５は、金属線であってよい。コア３５は、約５ｎｍ乃至約２００ｎｍの厚さと、約２μｍ乃至約１００μｍの幅とを有することができる。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の別の実施形態による光結合モジュールを説明する概略図である。図１０Ｂは、図１０ＡのII−II’線に沿った断面図である。図９Ａから図９Ｃで説明した部分と同じ部分は省略する。

図１０Ａ及び図１０Ｂを参照すると、光結合モジュールは、第１の実装基板３０、第１の実装基板３０に備えられた発光素子３２、及び発光素子３２の側面に直接接触する光導波路３７を含む。図１を参照すると、発光素子３２は、基板１００に備えられた発光部１８０と、基板１００の下部面に備えられた反射部１７０とを含む。発光部１８０は、基板１００に垂直な光を放射することができる。反射部１７０は、放射光を基板１００の側面２２を通じて光導波路３７の一側に反射することができる。発光素子３２からの放射光は、反射部１７０から光導波路３７に反射される。発光素子３２の側面は、光導波路３７と直接接触することができる。発光素子３２の上部面は、第１の実装基板３０の上面３０ａと対向することができる。発光素子３２は、第１の配線電極４２及び第２の配線電極（図示せず）を含むことができる。第１の配線電極４２及び第２の配線電極を、発光素子３２の上部面に備えることができる。第１の配線電極４２及び第２の配線電極を、発光パッド４５と電気的に接続することができる。

図１１は、本発明の一実施形態による受光素子を説明する断面図である。

図１１を参照すると、受光素子は、基板６００、基板６００に備えられた受光部６８０、及び基板６００の下部面に備えられた反射部６７０を含むことができる。受光部６８０は、基板６００上に順に積層された、吸収層６２０、グレーディング層６２２、バッファ層６２４、及び増倍層６３０を含むことができる。増倍層６３０の上部に第１の拡散層６４２を配置することができる。第１の拡散層６４２は、リング又はワッシャー形態を有することができる。第２の拡散層６４４は、増倍層６３０の上部の第１の拡散層６４２内に配置することができる。第１の拡散層６４２、第２の拡散層６４４及び増倍層６３０の上部面は、互いに同一平面にすることができる。第２の拡散層６４４の下部面は、第１の拡散層６４２の下部面より低くてよい。

基板６００は、ｎ型ＩｎＰ基板であってよい。吸収層６２０は、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層であってよい。グレーディング層６２２は、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ層であってよい。バッファ層６２４は、ｎ型ＩｎＰ層であってよい。増倍層６３０は、ＩｎＰ層であってよい。誘電保護パターン６５０は、増倍層６３０、第１の拡散層６４２、及び第２の拡散層６４４上に配置することができる。誘電保護パターン６５０上に上部電極６１４を配置することができる。上部電極６１４は、誘電保護パターン６５０を貫通して第１の拡散層６４２と接触することができる。下部電極６１２は、基板６００の下部面の一部に配置することができる。下部電極６１２は、ｎ型電極であってよく、上部電極６１４は、ｐ型電極であってよい。

基板６００の側面６０２を通って入射した光を、基板６００の下部面に備えられた反射部６７０によって基板６００と垂直な方向に反射することができる。基板６００の側面６０２に反射防止膜６７３を備えることができる。光導波路３７は基板６００の側面６０２と接触することができる。光導波路３７は、コア３５及びクラッド３６を含むことができる。基板６００の側面６０２は、光導波路３７と直接接触することができる。光導波路３７からの光は、基板６００の側面６０２と垂直に入射することができる。基板６００と直角に入射した光は、基板６００の下部面に備えられた反射部６７０から反射することができる。反射部６７０は、傾斜面を有することができるトレンチ６７５を含むことができる。反射膜６７８はトレンチ６７５の傾斜面上に配置することができる。基板６００の側面６０２を通って入射した光は、反射膜６７８により、その強度が失われることなく基板６００に対し法線方向に反射される。反射膜６７８は、金属薄膜又は多層誘電体膜であってよい。トレンチ６７５の傾斜面は、基板６００の法線方向と約４５度をなすことができる。

基板６００は、入射光を吸収しない可能性がある。入射光は、吸収層６２０に吸収され、ＥＨＰ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ-ｈｏｌｅ ｐａｉｒ）を形成することができる。受光素子に逆バイアスが印加された場合、ＥＨＰの正孔は、グレード層６２２を通過して、バッファ層６２４で加速することができる。正孔の増加は、増倍層６３０で発生し、次いで、正孔は上部電極６１４へ移動することができる。

図１２は、別の実施形態による光結合モジュール２０２を説明する概略図である。

図１２を参照すると、光結合モジュール２０２は、光電送信部２１０、光電受信部２１４、及び光電配線部２１２を含むことができる。

光電送信部２１０は、第１の実装基板２３０、第１の実装基板２３０に備えられた発光素子２３２、及び発光素子２３２を駆動する発光素子駆動部２３１を含むことができる。図９Ａから図９Ｃを参照すると、発光素子２３２は、発光素子２３２の上部面に備えることができる、第１の配線電極２４２及び第２の配線電極２４３を含むことができる。第１の配線電極２４２及び第２の配線電極２４３を、ワイヤボンディングを通じて発光パッド２３８、２３９と電気的に接続することができる。第１の実装基板２３０は、外部回路と電気的に接続し外部回路に備えられた結合部材に結合することができる、外部接続パッド２４４を含むことができる。

本発明の別の実施形態によると、第１の配線電極２４２及び／又は第２の配線電極２４３を、発光素子２３２の下部面に備えることができる。

光電配線部２１２は、光導波路２３７及び光導波路２３７上に配置された電気配線２３４を含むことができる。光導波路２３７は、コア２３５と、コア２３５を囲むことができるクラッド２３６とを含むことができる。電気配線２３４は、光電送信部２１０を光電受信部２１４と電気的に接続することができる。発光素子２３２の側面は、光導波路２３７の一面と接触することができる。

光電受信部２１４は、光導波路２３７の別の側と接触する受光素子３３２、受光素子３３２が備えられた第２の実装基板３３０、及び受光素子３３２を駆動する受光素子駆動部３３１を含むことができる。受光素子駆動部３３１を、第２の実装基板３３０に備えることができる。受光素子３３２は、図１１で説明した受光素子の構造と類似の構造を有することができる。受光素子３３２は、フォトダイオード、又はＡＰＤ（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ)であってよい。受光素子３３２は、第２の基板上に配置された受光部、及び第２の基板の下部面に備えられた第２の反射部を含むことができる。受光素子３３２は、第２の基板の側面を通じて入射する光を第２の反射部を通じて受光部に提供することができる。受光素子３３２は、第１の配線電極３４２及び第２の配線電極３４３を含むことができる。第１の配線電極３４２及び第２の配線電極３４３を、受光素子３３２の上部面に備えることができる。第１の配線電極３４２及び第２の配線電極３４３は、ワイヤボンディングを通じて第２の実装基板３３０に備えられた受光パッド３３８及び３３９と電気的に接続することができる。第２の実装基板３３０は、外部回路と電気的に接続し外部回路に備えられた結合部材に結合することができる、外部接続パッド３４４を含むことができる。

本発明の別の実施形態によると、第１の配線電極３４２及び／又は第２の配線電極３４３は、受光素子３３２の下部面に配置することができる。

図１３は、本発明の別の実施形態による光結合モジュールを説明する概略図である。

図１３を参照すると、光結合モジュールは、第１の光電送信／受信部４１０、第２の光電送信／受信部４１４、及び光電配線部４１２を含むことができる。第１の光電送信／受信部４１０は、第１の実装基板４３０、第１の実装基板４３０に備えられた第１の発光素子４３２ａ、第１の発光素子４３２ａを駆動する第１の発光素子駆動部４３１ａ、第１の実装基板４３０に備えられた第１の受光素子４３２ｂ、及び第１の受光素子４３２ｂを駆動する第１の受光素子駆動部４３１ｂを含むことができる。第１の実装基板４３０は、第１の外部接続パッド４４４ａを含むことができる。

第２の光電送信／受信部４１４は、第２の実装基板５３０、第２の実装基板５３０に備えられた第２の発光素子５３２ｂ、第２の発光素子５３２ｂを駆動する第２の発光素子駆動部５３１ｂ、第２の実装基板５３０に備えられた第２の受光素子５３２ａ、及び第２の受光素子５３２ａを駆動する第２の受光素子駆動部５３１ａを含むことができる。第２の実装基板５３０は、第２の外部接続パッド５４４ａを含むことができる。

光電配線部４１２は、第１の光電配線部４１２ａ及び第２の光電配線部４１２ｂを含むことができる。第１の光電配線部４１２ａは、第１の光導波路４３７ａ及び第１の電気配線部４３４ａを含むことができる。第２の光電配線部４１２ｂは、第２光導波路４３７ｂ及び第２の電気配線部４３４ｂを含むことができる。第１の光導波路４３７ａ及び第２の光導波路４３７ｂは、クラッド及びコアを含むことができる。第１の電気配線部４３４ａは、第１の光導波路４３７ａ上に配置することができる。第２の電気配線部４３４ｂは、第２の光導波路４３７ｂ上に配置することができる。第１の発光素子４３２ａは、第１の光導波路４３７ａを通じて第２の受光素子５３２ａと光結合することができる。第１の受光素子４３２ｂは、第２の光導波路４３７ｂを通じて第２の発光素子５３２ｂと光結合することができる。第１の電気配線部４３４ａ及び第２の電気配線部４３４ｂは、第１の実装基板４３０を第２の実装基板５３０と電気的に接続することができる。第１の電気配線部４３４ａ及び第２の電気配線部４３４ｂの電気配線は、ワイヤボンディングを通じて第１の実装基板４３０に備えられた接続パッドと電気的に接続することができる。

図１４は、本発明の別の実施形態による光結合モジュール２０２を説明する概略図である。

図１２及び図１４を参照すると、光結合モジュール２０２は、光電送信部２１０、光電受信部２１４、及び光電配線部２１２を含むことができる。光電送信部２１０は、第１の実装基板２３０、第１の実装基板２３０に備えられた発光素子２３２、及び発光素子２３２を駆動する発光素子駆動部２３１を含むことができる。光電配線部２１２は、光導波路２３７及び光導波路２３７に備えられた電気配線２３４を含むことができる。光電受信部２１４は、光導波路２３７の一面と接触する受光素子３３２、受光素子３３２を備えた第２の実装基板３３０、及び受光素子３３２を駆動する受動駆動部３３１を含むことができる。

光電送信部２１０は、第１のメーンボード２５０上に配置することができる。第１のメーンボード２５０は、第１の半導体チップ２５２及び第１の電気コネクタ２５６を含むことができる。第１の電気コネクタ２５６は、第１の半導体チップ２５２を第１の光電送信部２１０と統合電気信号（光電信号及び電気通信信号）によって接続することができる。光電信号を発光素子駆動部２３１及び／又は発光部２３２に伝達して、光信号を生成することができる。光信号を、光電配線部２１２を通じて光電受信部２１４に伝達することができる。電気通信信号を、光電配線部２１２の電気配線２３４を通じて光電受信部２１４に伝達することができる。

光電受信部２１４は、第２のメーンボード３５０上に配置することができる。第２のメーンボード３５０は、第２の半導体チップ３５２及び第２の電気コネクタ３５６を含むことができる。第２の電気コネクタ３５６は、第２の半導体チップ３５２を光電受信部２１４と統合電気信号（光電信号及び電気通信信号）により接続することができる。光電受信部２１４に伝達された光信号及び電気通信信号を、第２の電気コネクタ３５６を通じて最終的には第２のメーンボード３５０の第２の半導体チップ３５２に伝達することができる。

ボード間の光通信及び電気通信のため、多様な変形を光結合モジュール２０２に行うことができる。

図１５は、本発明の別の実施形態による光結合モジュールを説明する概略図である。

図１２及び図１５を参照すると、光結合モジュール２０２は、光電送信部２１０、光電受信部２１４、及び光電配線部２１２を含むことができる。光電送信部２１０は、実装基板２３０ｃ、実装基板２３０ｃに備えられた発光素子２３２、及び発光素子２３２を駆動する発光素子駆動部２３１を含むことができる。光電配線部２１２は、光導波路２３７及び光導波路２３７に備えられた電気配線２３４を含むことができる。光電受信部２１４は、光導波路２３７の一つの側と接触する受光素子３３２、及び受光素子３３２を駆動する受光素子駆動部３３１を含むことができる。受光素子３３２及び受光素子駆動部３３１は、実装基板２３０ｃに備えることができる。

実装基板２３０ｃ上に第１の半導体チップ２５２を配置することができる。第１の半導体チップ２５２は、光電送信部２１０に統合電気信号（光電信号及び電気通信信号）を提供することができる。光電信号を発光素子駆動部２３１及び／又は発光部２３２に伝達して、光信号を生成することができる。光信号を、光電配線部２１２を通じて光電受信部２１２に伝達することができる。電気通信信号を、光電配線部２１２の電気配線２３４を通じて光電受信部２１４に伝達することができる。

実装基板２３０ｃ上に第２の半導体チップ３５２を配置することができる。第２の半導体チップ３５２は、光電受信部２１４に統合電気信号（光電信号及び電気通信信号）を提供することができる。ボード内部での光通信及び電気通信のため、変形を光結合モジュール２０２に行うことができる。

図１６は、本発明の一実施形態による光結合モジュールの光導波路３７を説明する斜視図である。

図１６を参照すると、光導波路３７は、順に積層されたクラッド層３６ａの一方、コア層３５ａ、及びクラッド層３６ａの他方を含むことができる。コア層３５ａは、クラッド層３６ａの間に配置することができる。光導波路３７は、コア層及びクラッド層を有する誘電体のスタック構造、ならびにクラッド層３６ａ上に配置された電気配線３４ａを含むことができる。電気配線３４ａは、誘電体のスタック構造にストレスを印加して、局部的に誘電体のスタック構造の誘電率を変化することができる。これにより、誘電体のスタック構造は、光導波路として機能する。

本発明の実施形態による発光素子は、下部面に備えられた反射部を含む。そのため、反射部は、発光素子と光導波路との間の光結合効率を改善する。本発明の実施形態による光結合モジュールは、発光素子、光導波路、及び受光素子を含むので、高い光結合効率、高集積度、及び低コストを達成する。

上で開示した主題は、限定的ではなく例示的に解されるべきであり、添付された特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲に入る全てのそのような修正、拡張、及び他の実施形態を網羅することが意図される。したがって、法により認められる最大の範囲まで、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲及びこれらの均等物の最も広い許される解釈により決定されるべきであり、前述の詳細な説明により限定または制限されるべきではない。

１００ 基板
１１２ 下部電極
１１４ 上部電極
１２２ 下部鏡
１２４ 上部鏡
１３０ 電流制限パターン
１４０ アクティブパターン
１７０ 反射部
１８０ 発光部

Claims (23)

1. 基板と、
   前記基板に備えられた発光部と、
   前記基板の下部面に備えられた反射部と
   を備える発光素子であって、前記発光部は、
   前記基板上に配置されたアクティブパターンと、
   前記アクティブパターンの上部に備えられた上部鏡と、
   前記アクティブパターンの下部に備えられた下部鏡と
   を含み、
   前記発光部は、前記基板に垂直な光を放射し、
   前記反射部は、前記放射光を前記基板の側面に反射することを特徴とする発光素子。
2. 前記反射部は、トレンチを備えることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
3. 前記トレンチは、前記基板に垂直な方向と約４５度をなす斜視面を有することを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
4. 前記反射部は、前記トレンチの表面に備えられた反射膜をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
5. 前記反射膜は、誘電体又は金属から成ることを特徴とする請求項４に記載の発光素子。
6. 前記反射部は、前記トレンチを満たす反射体をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
7. 前記反射体は、屈折率において前記基板より小さいことを特徴とする請求項６に記載の発光素子。
8. 前記トレンチは、前記基板の側面の伸長方向からチルトされた伸長方向を有することを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
9. 前記トレンチは湾曲した傾斜面を有することを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
10. 第１の実装基板と、
    前記第１の実装基板に備えられた発光素子と、
    前記発光素子の側面に直接接触する光導波路と
    を備える光結合モジュールであって、前記発光素子は、
    第１の基板に備えられた発光部と、
    前記第１基板の下部面に備えられた反射部とを含み、
    前記発光部は、前記第１基板と垂直な光を放射し、
    前記反射部は、前記放射光を前記第１の基板の側面を通じて前記光導波路の第１の側に反射することを特徴とする光結合モジュール。
11. 前記発光素子の前記反射部は、前記第１の実装基板と対向することを特徴とする請求項１０に記載の光結合モジュール。
12. 前記光導波路は、コアとクラッドとを含む構造を有する誘電体光導波路を備えることを特徴とする請求項１０に記載の光結合モジュール。
13. 前記光導波路は、コアとクラッドとを含む構造を有するマルチモード光ファイバーを備えることを特徴とする請求項１０に記載の光結合モジュール。
14. 前記光導波路は、金属線コア及び前記金属線コアを囲む誘電体クラッドを備えることを特徴とする請求項１０に記載の光結合モジュール。
15. 前記金属線コアは、約２ｎｍ乃至約２００ｎｍの厚さと、約２μｍ乃至約１００μｍの幅とを有することを特徴とする請求項１４に記載の光結合モジュール。
16. 前記光導波路は、
    コア層とクラッド層とを含む誘電体のスタック構造と、
    前記クラッド層上に配置された電気配線と
    を備え、
    前記電気配線は、前記誘電体のスタック構造にストレスを印加することを特徴とする請求項１０に記載の光結合モジュール。
17. 前記光導波路は、曲げられることを特徴とする請求項１０に記載の光結合モジュール。
18. 前記光導波路の第１の側は、前記第１の実装基板上に配置されることを特徴とする請求項１０に記載の光結合モジュール。
19. 前記光導波路の第２の側に接触する受光素子と、
    前記受光素子を備えられた第２の実装基板と
    をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の光結合モジュール。
20. 前記光導波路の第２の側は、前記第２の実装基板上に配置されることを特徴とする請求項１９に記載の光結合モジュール。
21. 前記受光素子は、
    第２の基板上に配置された受光部と、
    前記第２の基板の下部面に備えられた第２の反射部と
    を備え、
    前記受光部は、前記第２の基板の側面を通じて入射する光を前記第２の反射部を通じて前記受光部に提供することを特徴とする請求項１９に記載の光結合モジュール。
22. 前記第１の実装基板は、単体中で前記第２の実装基板と一体形成されることを特徴とする請求項１９に記載の光結合モジュール。
23. 前記第１の実装基板上に配置されて前記発光素子を駆動する発光素子駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の光結合モジュール。

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