JPH0682661A - 自動整合光部品 - Google Patents

自動整合光部品

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JPH0682661A
JPH0682661A JP5016871A JP1687193A JPH0682661A JP H0682661 A JPH0682661 A JP H0682661A JP 5016871 A JP5016871 A JP 5016871A JP 1687193 A JP1687193 A JP 1687193A JP H0682661 A JPH0682661 A JP H0682661A
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Mindaugas F Dautartas
エフ．ドータータス ミンドーガス
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 能動光デバイス１４と対応する光素子１６，
８２の間の自動整合が可能な光部品を実現する。 【構成】 光部品は、能動光デバイスを支持する第１基
板部材１２を含む。複数の第２基板部材１８が、対応す
る光素子（ファイバや結合レンズ）を支持する。第２基
板部材はスタックされ、その中心を貫く開口２０が光素
子を支持する。開口は、光ファイバ端面の位置を固定す
るのに適した機械的ストップ７２を含むように形成され
ることも可能である。第１および第２基板部材に形成さ
れる整合基準２２によってこれらの間の自動整合および
付着が実現される。基板部材はシリコン、金属、または
プラスチックからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光部品に関し、特に、能
動光デバイスとそれに関連する光素子の間を整合させる
光部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】光デバイスパッケージングの分野では、
さまざまな光デバイスの支持構造体として単結晶半導体
材料（例えばシリコン）を利用するいくつかの組立体の
開発が始まっている。しばしば「シリコン光ベンチ」技
術と呼ばれるが、シリコンの利用によれば、光パッケー
ジングにおいて、過去に使用されてきたいくつかの困難
な材料よりも大幅に費用が削減される可能性がある。
【０００３】さらに、シリコンプロセス技術は、多くの
比較的標準的な手順（例えば、酸化、金属化、エッチン
グ（等方性または異方性））が、支持部材へのデバイス
の付着およびこれらの間の整合を容易にするために利用
可能であるような段階に進歩してきている。さらに、シ
リコン基板に直接光導波構造を形成することが可能であ
るため、シリコン内に完全に操作可能な光部品を形成す
ることが可能である。
【０００４】光電子デバイスの部品の形成におけるシリ
コンの利用例は、米国特許第４，９４５，４００号（発
明者：ブロンダ他、発行日：１９９０年７月３１日、出
願人：ＡＴ＆Ｔ）に開示されている。一般に、この特許
は、光電子デバイスが、信頼性高く安価にベース上にマ
ウントされ、通信光ファイバに結合されることを可能に
するさまざまなエッチング形態（例えば、溝、空洞、整
合歯止め）および金属化パターン（例えば、接点、反射
器）を含む、半導体ベース（台）およびリッド（蓋）を
有する部品を開示している。
【０００５】特に、この特許は、光電子デバイス（例え
ばＬＥＤ）が、リッド部材によって形成される空洞内に
配置され、通信ファイバがベース部材内に形成された溝
に沿って配置されるような装置を開示している。反射性
金属化は、デバイスをファイバに光学的に結合するため
に利用される。従って、デバイスを反射器上に位置決め
するステップが、結合に必要な唯一の能動的整合ステッ
プである。その他の整合は、ベースおよびリッド部材内
に形成された基準形態を利用して完成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この特許による部品
は、シリコン光ベンチパッケージングの分野における大
きな進歩を表しているが、能動的整合を必要としない方
法の必要性が残っている。特に、完全に受動的な光パッ
ケージング方法は、実質的に、要素間の能動的整合を必
要とするその他の方法よりも信頼性が高く安価であると
考えられる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従来技術に残された問題
点は本発明によって解決される。
【０００８】
【実施例】図１は、本発明に従って形成された光部品１
０の分解図である。図示されるように、光部品１０は、
能動半導体光デバイス１４の支持部材として利用される
第１部材１２を有する。光ファイバ１６が、光デバイス
１４に結合されている。本発明によれば、光ファイバ１
６は、図１のように配置された部材１８のスタックによ
って機械的に支持される。例示された光部品１０は、ス
タック１８を形成するために部材の対１８１および１８
２を利用している。光ファイバ１６はスタック１８内の
開口２０を通して挿入される。開口２０は、それぞれ各
部材１８１および１８２を貫通して形成された貫通孔２
０１および２０２の対からなる。
【０００９】スタック１８は、複数の整合基準２２によ
って支持部材１２と整合される。光部品１０の実施例で
は、整合基準２２は、部材１２の表面１３に形成された
複数の第１の歯止め２４、および、スタック１８の表面
１７に形成された複数の第２の歯止め２６からなる。歯
止め２６は対応する歯止め２４と整合するように形成さ
れる。複数の球状部材２８が、支持部材１２とスタック
１８の間を機械的に付着させるように、第１歯止め２４
と第２歯止め２６の間に配置される。従って、歯止め
は、要求される整合を与えるような所定のパターンに正
確に形成されるため、スタック１８が図１の矢印によっ
て示されるように支持部材１２に固定されると、光ファ
イバ１６は能動光デバイス１４と自動整合することにな
る。
【００１０】光デバイス支持部材１２の例の平面図を図
２に示す。この特定実施例では、光デバイス１４は、部
材１２の上面１３に形成された陥没部３０（図３参照）
内に配置されるように示されている。または、光デバイ
ス１４は支持部材１２の上部平面１３に単に付着される
ことも可能である。第１金属層３２が表面１３上に形成
され、光デバイスへの第１電気接点を形成するようにデ
バイス１４に結合される。第２金属層３４が、残りの接
点をなすように形成される。結線３６が、金属層３４と
光デバイス１４の上側部１５の間の電気的接続を形成す
るために使用される。金属層３２、３４の形成後、リー
ドフレーム部（図示せず）が、最終的な電気リードを形
成するために支持部材１２の金属層３２、３４に付着さ
れることも可能である。
【００１１】ピラミッド型の歯止めの形の３個の整合基
準のセットが、図２の例示的な支持部材１２に図示され
ている。歯止めは、安定な機械的付着が達成されるよう
に配置されている。本発明を実施する際には、動的な設
計を含めて、任意に適当な数のこのような整合基準が利
用可能である。
【００１２】図３は、図２の支持部材１２の例と同寸大
の選択された断面図である。特にこの図には、部材１２
の表面１３から所定の深さｄ1に形成された陥没部３０
の例が示されている。深さｄ1は、光デバイス１４が、
後の付着によって、表面１３の下に完全に納まるように
選択される。歯止め２４は、既知の寸法の整合球を収容
するのに十分な表面幅ｗおよび深さｄ2を有するように
形成される。
【００１３】部材１２の形成にシリコンを利用する場
合、陥没部３０および歯止め２４は、上面１３の適当な
マスキングを使用して、エッチングによって形成され
る。または、プラスチックを利用する場合、これらの形
態は鋳型に含めることも可能であり、または、鋳型形成
された部分品上に補助的操作として形成することも可能
である。本発明の自動整合形態によれば、例示した整合
基準２４は、陥没部３０の中心から所定距離Ｄのところ
に形成される。
【００１４】その後、光デバイス１４は、第１金属層３
２の基底パターンを一様に被覆する溶融はんだを使用し
て、第１金属層３２に対して陥没部３０内に正確に位置
づけられる。溶融材料の表面張力によって、光デバイス
は自然に中心に移動し、金属層３２と整合する。従っ
て、距離Ｄの適切な選択、および、後続の対応するスタ
ック整合基準の同軸位置決め（図４参照）によって、光
学的整合が達成される。
【００１５】スタック部材１８iの例の平面図を図４に
示す。貫通孔２０iが、部材１８iを完全に貫くように形
成されている。部材としてシリコンを利用する場合、上
面１７および下面１９（図５に現れている）は、貫通孔
を形成するようにエッチングされる。通常の異方性エッ
チング剤（例えば、ＥＤＰまたはＫＯＨ）によって、貫
通孔２０i内に望ましくないナイフエッジ２３（図５参
照）が形成される。しかし、このようなエッチングは、
整合歯止めの望ましい物理的設計の形成には要求される
ものである。３個のこのような歯止め２６の例のセット
が、部材１８iの上面１７に形成されている。歯止め２
６は、整合時に、部材１２の歯止め２４と整合するよう
に形成される。
【００１６】図５は、個別の部材１８1、１８2、１８3
からなるスタック１８の例である。複数のナイフエッジ
２３は、シリコン支持部材への単一ステップの異方性エ
ッチングを実行する際に形成され、この図にも明確に現
れている。スタック１８を形成する個々の部材は、スタ
ック１８を部材１２に接合する上記の技術を使用して接
合される。すなわち、複数の歯止め４２は、図示のよう
に各部材１８iに形成され、複数の球状部材４４が別々
の部分品を物理的に整合するために使用される。この付
着を固定するために、熱電子または陽極接着が使用され
る。
【００１７】本発明によって、ナイフエッジの形成を回
避する別のスタック配置も利用可能である。図６は、対
抗する平行面５２、５４および対抗するテーパ面５６、
５８を形成するように、＜１１０＞シリコンにエッチン
グされた貫通孔５０を有するスタック部材の例の上面図
である。このような部材の対が、一方が他方に対して直
角に回転されてスタックされる。図示のように、スタッ
クを形成する個々の部材は、対抗する平行面５２、５４
および対抗するテーパ面５６、５８からなる貫通孔５０
を有するように作製される。
【００１８】このような部材の対が、図６の破線で示す
ように貫通孔５０’によって、一方が他方に対して直角
に回転されてスタックされる。部材の対の直角移動は、
貫通孔５０および５０’の平行面５２、５４、５２’お
よび５４’の交差によって図６の実線で示すような
「箱」を形成する。ファイバ１６は、ナイフエッジ形成
を考慮することなく、これらの平行面によって決定され
る箱の大きさの中に拘束される。
【００１９】または、適当なエッチングおよびマスキン
グステップがナイフエッジの形成を回避するために使用
される。さらに、作製プロセスは、スタック内にファイ
バ端面の機械的ストップを形成するために使用される。
図７〜１１は、例示的なシリコンスタック部材１８で利
用されるこのようなステップの特定の列を図示してい
る。図７を参照すれば、酸化物層６０および６２が最初
にそれぞれ部材１８の上面１７および下面１９の上に成
長される。
【００２０】続いて、酸化物層６０および６２は、窓６
４および６６内に基底シリコンを露出するようにパター
ン形成されエッチングされる。窓６４は幅ｗ1を有し、
これは窓６６の幅ｗ2よりもやや小さい。この幅の差
は、（後続のプロセス操作から明らかなように）所望さ
れるファイバの機械的ストップを形成するように計算さ
れる。次に、図７の構造体は、図８の開口６５および６
７を形成するように所定時間エッチングされる。これら
の開口はそれぞれ深さｄを有し、間に比較的小さい厚さ
ｔのシリコンを残す。
【００２１】図９を参照すれば、続いて第１の酸化物層
６８が、部材１８の上面１７およびエッチングされた開
口６５上に成長される。同様に、第２の酸化物層７０が
下面１９およびエッチングされた開口６７上に成長され
る。シリコンプロセス技術で周知のように、熱酸化物層
の形成は、シリコン・酸化物界面における酸化物の内側
移動を伴い、基底シリコンが消費される。
【００２２】このプロセス中のシリコンの除去は、ナイ
フエッジ２３（図３参照）の角をとり、図９のような丸
みのある角６９、７１を形成するという効果がある。こ
れらの領域の丸みのあるプロフィールは、ナイフエッジ
に付随する問題点（例えば、ファイバへの損傷）を少な
くする。続いて、酸化物層７０が除去され、開口６７を
通して酸化物層６８に到達するまでさらにエッチングさ
れる。ここで、酸化物６８は自然なエッチングストップ
として作用する。プロセスのこの時点での構造体を図１
０に示す。
【００２３】残りの酸化物材料の除去後、スタック部材
１８は図１１のようになる。図示のように、ファイバ１
６に対する機械的ストップ７４が上部エッチング領域と
下部エッチング領域の間の界面に形成される。開口７６
の大きさは、ファイバ１６のコア領域が対応する光デバ
イス（図示せず）の能動領域に結合するように（例え
ば、窓の幅、エッチング剤、さまざまなエッチングパラ
メータを制御することによって）制御される。
【００２４】上記のように、球状結合レンズを、本発明
によって形成された部品に含めることができる。図１２
は、このようなレンズを含む本発明の実施例８０を示
す。特に、部品８０は、図１２に示すように、ファイバ
スタック８６の上面８４上に存在するレンズ８２を有す
る。スタック８６の最上部材８６1は、レンズ８２を捕
捉するのに十分な陥没部９０を有するように形成され
る。
【００２５】さらに、部材８６1は、図７〜１１に関連
して上で概説した酸化物成長およびエッチングステップ
を使用して、ファイバストップ９２を有するように加工
される。従って、光ファイバ９４は、スタック８６内の
開口９６を通して挿入され、ファイバ９４の端面９８は
機械的ストップ９２の位置によって固定される。代替配
置では、レンズ８２は、図１２の破線で示すように、開
口９６内の、上面８４の下に位置づけられる。
【００２６】上記の変形例として、例えば、上記のさま
ざまな基板部材は、注入鋳型形成または転写鋳型形成技
術を利用して適切に鋳型形成されたプラスチック材料か
ら形成されることも可能である。特に費用に関心がある
応用では、プラスチックが選択される材料である。実
際、好ましい代替例は、能動デバイスに対するシリコン
支持部材（熱制御のため）およびプラスチックスタック
（費用縮小のため）を利用する。さらに、上記の歯止め
・球の組合せ以外のさまざまな種類の整合基準が使用可
能である。例えば、整合溝およびリッジが、隣接する表
面に形成され、物理的付着をなすために連結される。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、能
動光デバイスと光素子の間の自動整合が可能な光部品が
実現される。完全に受動的な光パッケージング方法は、
実質的に、要素間の能動的整合を必要とするその他の方
法よりも信頼性が高く安価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って形成された光部品の例の図であ
る。
【図２】光デバイス支持部材の例の平面図である。
【図３】図２の部材の選択された断面図である。
【図４】スタックを形成するために利用される部材の例
の平面図である。
【図５】図４の部材を複数利用したスタックの例の図で
ある。
【図６】もう１つのスタック配置の図である。
【図７】シリコンスタック部材の例の内部に機械的ファ
イバ止めを形成する作製プロセスの例の図である。
【図８】シリコンスタック部材の例の内部に機械的ファ
イバ止めを形成する作製プロセスの例の図である。
【図９】シリコンスタック部材の例の内部に機械的ファ
イバ止めを形成する作製プロセスの例の図である。
【図１０】シリコンスタック部材の例の内部に機械的フ
ァイバ止めを形成する作製プロセスの例の図である。
【図１１】シリコンスタック部材の例の内部に機械的フ
ァイバ止めを形成する作製プロセスの例の図である。
【図１２】部品内に球面レンズおよび機械的ファイバ止
めを組み込んだ、本発明の代替実施例の図である。
【符号の説明】
１０ 光部品 １２ 支持部材 １４ 光デバイス １６ 光ファイバ １８ スタック部材 ２０ 開口 ２２ 整合基準 ２３ ナイフエッジ ２４ 歯止め ２６ 歯止め ２８ 球状部材 ３０ 陥没部 ３２ 第１金属層 ３４ 第２金属層 ３６ 結線 ４２ 歯止め ４４ 球状部材 ５０ 貫通孔 ６０ 酸化物層 ６２ 酸化物層 ６４ 窓 ６５ 開口 ６６ 窓 ６７ 開口 ６８ 第１酸化物層 ７０ 第２酸化物層 ７２ 機械的ストップ ７６ 開口 ８２ レンズ ８６ スタック ９０ 陥没部 ９２ ファイバストップ ９４ 光ファイバ ９６ 開口 ９８ 端面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルバート エム．ベンゾーニ アメリカ合衆国 18087 ペンシルヴェニ ア トレックスラータウン、ピー．オー. ボックス 841 (72)発明者 ミンドーガス エフ．ドータータス アメリカ合衆国 18011 ペンシルヴェニ ア アルバーティス、ウインザー ロード 118

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 能動光デバイス（１４）を支持する第１
    上部主表面（１３）を有し、第１上部主表面に形成され
    能動光デバイスに対する所定位置に位置決めされた複数
    の第１整合基準（２４）を有する第１基板部材（１２）
    と、 第２上部主表面（１７）を有するように定められたスタ
    ックを形成するように配置された複数の第２基板部材
    （１８）とからなり、 各第２基板部材は貫通孔（２０）を有し、この貫通孔
    は、複数の第２基板部材が接合された場合に整合して開
    口を形成するようになっており、スタックは、第２上部
    主表面に形成され第１整合基準と整合するように配置さ
    れた複数のスタック整合基準（２６）を有し、スタック
    整合基準は、スタックが第１基板部材と組み合わせられ
    た場合に光整合が達成されるようにされていることを特
    徴とする自動整合光部品。
  2. 【請求項２】 第１整合基準が、第１上部主表面に形成
    された複数の歯止めからなり、スタック整合基準が、第
    ２上部主表面に形成された同様の複数の歯止めからな
    り、複数の球状部材が、機械的付着および整合をなすよ
    うにそれら基準の間に配置されるようにされていること
    を特徴とする請求項１の光部品。
  3. 【請求項３】 スタックが、開口を通る光ファイバ（１
    ６）を支持するように形成されることを特徴とする請求
    項１の光部品。
  4. 【請求項４】 スタックが、球状レンズ部材（８２）を
    支持するように形成され、このレンズは、第１基板部材
    上の能動光デバイスと整合されることを特徴とする請求
    項１の光部品。
  5. 【請求項５】 スタックが、スタック開口内に機械的ス
    トップ（７２）を有するように形成され、この機械的ス
    トップが、スタック内の光ファイバの位置を固定するの
    に適していることを特徴とする請求項１の光部品。
  6. 【請求項６】 第１基板部材が第１上部主表面に陥没部
    を有するように形成され、この陥没部が能動光デバイス
    を支持することを特徴とする請求項１の光部品。
  7. 【請求項７】 第１基板部材および第２基板部材がシリ
    コン基板からなることを特徴とする請求項１の光部品。
  8. 【請求項８】 第１整合基準が、第１基板部材の第１上
    部主表面をエッチングすることによって形成されること
    を特徴とする請求項７の光部品。
  9. 【請求項９】 整合基準として歯止めを形成するために
    異方性エッチングが使用されることを特徴とする請求項
    ８の光部品。
  10. 【請求項１０】 第１基板部材が、第１上部主表面をエ
    ッチングすることによって形成された陥没部を有するこ
    とを特徴とする請求項７の光部品。
  11. 【請求項１１】 複数の貫通孔およびスタック整合基準
    が、スタックを形成する個々のシリコン基板の適当な表
    面をエッチングすることによって形成されることを特徴
    とする請求項７の光部品。
  12. 【請求項１２】 スタック整合基準が、第２上部主表面
    の異方性エッチングによって形成されることを特徴とす
    る請求項１１の光部品。
  13. 【請求項１３】 複数の第２基板部材が、適当な表面に
    エッチングされた複数の整合基準を利用して接合される
    ことを特徴とする請求項１１の光部品。
  14. 【請求項１４】 複数の第２基板部材のうちの選択され
    たシリコン基板部材が、貫通孔内に機械的ストップを有
    するようにエッチングされ、その機械的ストップが、ス
    タック開口内の光ファイバの位置を固定するのに適して
    いることを特徴とする請求項７の光部品。
  15. 【請求項１５】 第１基板部材がシリコン基板からな
    り、第２基板部材がプラスチック基板からなることを特
    徴とする請求項１の光部品。
  16. 【請求項１６】 プラスチック部材が注入鋳型形成プラ
    スチック部材であることを特徴とする請求項１５の光部
    品。
  17. 【請求項１７】 プラスチック部材が転写鋳型形成プラ
    スチック部材であることを特徴とする請求項１５の光部
    品。
  18. 【請求項１８】 第１基板部材および第２基板部材がプ
    ラスチック基板からなることを特徴とする請求項１の光
    部品。
JP5016871A 1992-01-10 1993-01-08 自動整合光部品 Expired - Fee Related JPH07117631B2 (ja)

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