JPH07297417A - 集積光学装置 - Google Patents
集積光学装置Info
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- JPH07297417A JPH07297417A JP12042295A JP12042295A JPH07297417A JP H07297417 A JPH07297417 A JP H07297417A JP 12042295 A JP12042295 A JP 12042295A JP 12042295 A JP12042295 A JP 12042295A JP H07297417 A JPH07297417 A JP H07297417A
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- JP
- Japan
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- optical
- chip
- director
- optical element
- mesa
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
- H04B10/114—Indoor or close-range type systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/135—Removal of substrate
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【目的】キャパシタンスを増加させることなく、また、
検知装置のスピードを低下さずに、検知のサイズを増加
させる光学ディレクタ(non-imaging optical directo
r:NID,NIDと略称)装置の提供と、製造方法。 【構成】上部と底部表面を有する透明なNID6が、その底
部で光学素子2と一体に集積される。この上部表面5は、
底部表面7よりも広い。この上部と底部とは、導波領域
により接続されている。このNID6の形状と屈折率の制御
は、入射光10が、全体として内部反射されるように行わ
れる。光信号10は、その用途と、特定の光学素子2に応
じてその上部か、底部で受信される。検知装置の場合に
は上部に入射される。導波領域は、この信号を底部表面
に向けてから、光学素子に向ける。光学素子が光ソース
の場合には光信号はディレクタの底部で受信され、上部
表面に向けられる。
検知装置のスピードを低下さずに、検知のサイズを増加
させる光学ディレクタ(non-imaging optical directo
r:NID,NIDと略称)装置の提供と、製造方法。 【構成】上部と底部表面を有する透明なNID6が、その底
部で光学素子2と一体に集積される。この上部表面5は、
底部表面7よりも広い。この上部と底部とは、導波領域
により接続されている。このNID6の形状と屈折率の制御
は、入射光10が、全体として内部反射されるように行わ
れる。光信号10は、その用途と、特定の光学素子2に応
じてその上部か、底部で受信される。検知装置の場合に
は上部に入射される。導波領域は、この信号を底部表面
に向けてから、光学素子に向ける。光学素子が光ソース
の場合には光信号はディレクタの底部で受信され、上部
表面に向けられる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学ディレクタ(non-
imaging optical director:NID)に関し、特に、光
学素子を有する光学ディレクタ(NID)の集積方法と
装置に関する。
imaging optical director:NID)に関し、特に、光
学素子を有する光学ディレクタ(NID)の集積方法と
装置に関する。
【0002】
【従来技術の説明】集積回路(ICチップ)間の自由空
間を介して光学的に相互接続する装置において、光学ビ
ーム列が検知装置列上に入射される際に、検知装置の活
性領域と同程度に小さい光学スポットを得ることは難し
い。かくして、このような光学システムの限界のため
に、検知装置の領域を大きくしなければならない。検知
装置のサイズを増加すると、キャパシタンスが大きくな
り、検知装置のスピードが遅くなる。その結果、システ
ムの性能を劣化させることになる。
間を介して光学的に相互接続する装置において、光学ビ
ーム列が検知装置列上に入射される際に、検知装置の活
性領域と同程度に小さい光学スポットを得ることは難し
い。かくして、このような光学システムの限界のため
に、検知装置の領域を大きくしなければならない。検知
装置のサイズを増加すると、キャパシタンスが大きくな
り、検知装置のスピードが遅くなる。その結果、システ
ムの性能を劣化させることになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、キャパシタンスを増加させることなく、さらに
また、検知装置のスピードを低下させることなしに、検
知装置のサイズを増加させるような光学ディレクタ(no
n-imaging optical director:NID)装置の提供、お
よび、このような光学ディレクタ(NID)装置の製造
方法を提供しようとするものである。
目的は、キャパシタンスを増加させることなく、さらに
また、検知装置のスピードを低下させることなしに、検
知装置のサイズを増加させるような光学ディレクタ(no
n-imaging optical director:NID)装置の提供、お
よび、このような光学ディレクタ(NID)装置の製造
方法を提供しようとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の光学ディレクタ
(NID)の装置とその製造方法は、集積された光学素
子で実現される。上部表面と底部表面とを有する透明な
光学ディレクタ(NID)は、その底部表面で光学素子
と一体に集積される。この底部表面の面積は、光学素子
の活性領域の面積とほぼ等しい。このディレクタの上部
表面は、この底部表面よりも広い。この上部表面と底部
表面とは、導波路領域により接続されている。この光学
ディレクタ(NID)の形状と屈折率の制御は、ディレ
クタに入る光が、全体として内部反射されるように行わ
れる。
(NID)の装置とその製造方法は、集積された光学素
子で実現される。上部表面と底部表面とを有する透明な
光学ディレクタ(NID)は、その底部表面で光学素子
と一体に集積される。この底部表面の面積は、光学素子
の活性領域の面積とほぼ等しい。このディレクタの上部
表面は、この底部表面よりも広い。この上部表面と底部
表面とは、導波路領域により接続されている。この光学
ディレクタ(NID)の形状と屈折率の制御は、ディレ
クタに入る光が、全体として内部反射されるように行わ
れる。
【0005】光信号は、その用途に応じて、および、光
学ディレクタ(NID)が集積される特定の光学素子に
応じてディレクタの上部表面、あるいは、底部表面で受
信される。光学素子が検知装置の場合には、光信号は、
この光学ディレクタ(NID)の上部表面に入射され
る。導波路領域は、この光信号をディレクタの底部表面
に向けて、その下の光学素子に向ける。このように構成
することにより、この光学ディレクタ(NID)は、他
の構成に比べて、光信号の光学エネルギーのより大きな
部分を捕獲して、検知装置に向ける。この場合、光学ス
ポットは、検知装置よりもはるかに大きいと仮定してい
る。かくして、この検知装置は、実際寸法を拡大するこ
となく、有効面積が拡大される。
学ディレクタ(NID)が集積される特定の光学素子に
応じてディレクタの上部表面、あるいは、底部表面で受
信される。光学素子が検知装置の場合には、光信号は、
この光学ディレクタ(NID)の上部表面に入射され
る。導波路領域は、この光信号をディレクタの底部表面
に向けて、その下の光学素子に向ける。このように構成
することにより、この光学ディレクタ(NID)は、他
の構成に比べて、光信号の光学エネルギーのより大きな
部分を捕獲して、検知装置に向ける。この場合、光学ス
ポットは、検知装置よりもはるかに大きいと仮定してい
る。かくして、この検知装置は、実際寸法を拡大するこ
となく、有効面積が拡大される。
【0006】光学素子が光ソース、すなわち、フォトエ
ミッタの場合には、光学信号は、ディレクタの底部表面
で受光され、導波路領域が、この光学信号をディレクタ
の上部表面に向ける。このような集積されたフォトエミ
ッタを複数用いて、表示装置を改良することができる。
ミッタの場合には、光学信号は、ディレクタの底部表面
で受光され、導波路領域が、この光学信号をディレクタ
の上部表面に向ける。このような集積されたフォトエミ
ッタを複数用いて、表示装置を改良することができる。
【0007】
【実施例】図1において、光学ディレクタ(non-imagin
g optical director:NID)1と光学素子2(検知装
置、あるいは、エミッタ)が集積され、本発明を実現す
る集積光学素子3が構成される。図1は、集積光学素子
3の展開図である。光学ディレクタ(NID)1の底部
表面7と、光学素子2の活性表面2aとは、当接関係に
配置されている。すなわち、これら双方の表面の間は、
物理的に分離していない。図2には、チップ4の上に形
成された1個の集積光学素子3が示されているが、複数
の集積光学素子3もチップ4の上に構成することができ
る。
g optical director:NID)1と光学素子2(検知装
置、あるいは、エミッタ)が集積され、本発明を実現す
る集積光学素子3が構成される。図1は、集積光学素子
3の展開図である。光学ディレクタ(NID)1の底部
表面7と、光学素子2の活性表面2aとは、当接関係に
配置されている。すなわち、これら双方の表面の間は、
物理的に分離していない。図2には、チップ4の上に形
成された1個の集積光学素子3が示されているが、複数
の集積光学素子3もチップ4の上に構成することができ
る。
【0008】光学ディレクタ(NID)1は、それが一
体に構成される光学素子2の動作周波数の光に対し、透
明である。
体に構成される光学素子2の動作周波数の光に対し、透
明である。
【0009】図に示すように光学ディレクタ(NID)
1の上部表面5の面積は、底部表面7の面積よりも大き
い。光学ディレクタ(NID)1の底部表面7の面積
は、それが一体化される光学素子2の活性表面2aの面
積にほぼ等しい。この光学ディレクタ(NID)1の側
壁6は、傾斜している、すなわち、テーパ状となってい
る。
1の上部表面5の面積は、底部表面7の面積よりも大き
い。光学ディレクタ(NID)1の底部表面7の面積
は、それが一体化される光学素子2の活性表面2aの面
積にほぼ等しい。この光学ディレクタ(NID)1の側
壁6は、傾斜している、すなわち、テーパ状となってい
る。
【0010】光信号10を生成する光ソースが、図2の
cに示されている。この実施例においては、光学素子
は、検知装置、例えば、多重量子井戸(multiple quant
um well:MQW)の光ダイオードである。光学ディレ
クタ(NID)1の側壁6のテーパにより、上部表面5
に入った光学信号が、底部表面7に行き、さらに、光学
素子2の活性表面2a(図1)に入るようにする。かく
して、光学ディレクタ(NID)1は、集光器として機
能する。
cに示されている。この実施例においては、光学素子
は、検知装置、例えば、多重量子井戸(multiple quant
um well:MQW)の光ダイオードである。光学ディレ
クタ(NID)1の側壁6のテーパにより、上部表面5
に入った光学信号が、底部表面7に行き、さらに、光学
素子2の活性表面2a(図1)に入るようにする。かく
して、光学ディレクタ(NID)1は、集光器として機
能する。
【0011】図2のaに示した他の実施例においては、
光学素子2は、フォトエミッタ、すなわち、光ソースで
ある。光信号14は、光学素子2により生成され、光学
ディレクタ(NID)1の底部表面7で受光される。側
壁6のテーパにより、光学信号は、上部表面5に向けら
れる。この実施例に対しては、光学ディレクタ(NI
D)1は、ディフューザとして機能する。この光信号1
4は、光学ディレクタ(NID)1の上部表面5上にイ
メージを形成し、これは、図2のbに示す光学スポット
12となる。上部表面5のサイズは、その全表面積が光
学スポット12の表面積にほぼ等しいように設定する。
光学素子2は、フォトエミッタ、すなわち、光ソースで
ある。光信号14は、光学素子2により生成され、光学
ディレクタ(NID)1の底部表面7で受光される。側
壁6のテーパにより、光学信号は、上部表面5に向けら
れる。この実施例に対しては、光学ディレクタ(NI
D)1は、ディフューザとして機能する。この光信号1
4は、光学ディレクタ(NID)1の上部表面5上にイ
メージを形成し、これは、図2のbに示す光学スポット
12となる。上部表面5のサイズは、その全表面積が光
学スポット12の表面積にほぼ等しいように設定する。
【0012】光学ディレクタ(NID)1の形状と屈折
率は、光学ディレクタ(NID)1に入る光学エネルギ
ーの全てが受光面の反対側の面に内部で反射されながら
到達するように制御される。この実施例において、ほと
んど全ての光学エネルギーは、かくして反射される。特
に、側壁6のテーパ角θと光学ディレクタ(NID)1
の材料の屈折率は、内部反射が得られるよう形成され
る。一般的な場合として、側壁6のテーパ角θは、図4
に示すように、20゜〜35゜で、内部反射を達成でき
る。
率は、光学ディレクタ(NID)1に入る光学エネルギ
ーの全てが受光面の反対側の面に内部で反射されながら
到達するように制御される。この実施例において、ほと
んど全ての光学エネルギーは、かくして反射される。特
に、側壁6のテーパ角θと光学ディレクタ(NID)1
の材料の屈折率は、内部反射が得られるよう形成され
る。一般的な場合として、側壁6のテーパ角θは、図4
に示すように、20゜〜35゜で、内部反射を達成でき
る。
【0013】光学ディレクタ(NID)1の高さ、すな
わち、上部表面5から底部表面7への距離を最小にする
のが好ましい。また、光学ディレクタ(NID)1の上
部表面5の面積が光学スポットのサイズに近くなるよう
にするのが好ましい。かくして、光学ディレクタ(NI
D)1の特定の形状は、様々な相関するパラメータ、例
えば、上部表面5のサイズ、テーパ角θ、光学ディレク
タ(NID)1の材料の屈折率、あるいは、高さに依存
する。さらに、光学ディレクタ(NID)1の形状は、
光学ディレクタ(NID)1がエッチングされる方法に
よってもかわる。この上部表面5が円形であると、光学
ディレクタ(NID)1は、円錐台で、あるいは、上部
表面5が矩形の場合には、光学ディレクタ(NID)1
は、図4に示したような形状となる。この光学ディレク
タ(NID)1の形状は、所定の形状をエッチングする
能力によって制限される。
わち、上部表面5から底部表面7への距離を最小にする
のが好ましい。また、光学ディレクタ(NID)1の上
部表面5の面積が光学スポットのサイズに近くなるよう
にするのが好ましい。かくして、光学ディレクタ(NI
D)1の特定の形状は、様々な相関するパラメータ、例
えば、上部表面5のサイズ、テーパ角θ、光学ディレク
タ(NID)1の材料の屈折率、あるいは、高さに依存
する。さらに、光学ディレクタ(NID)1の形状は、
光学ディレクタ(NID)1がエッチングされる方法に
よってもかわる。この上部表面5が円形であると、光学
ディレクタ(NID)1は、円錐台で、あるいは、上部
表面5が矩形の場合には、光学ディレクタ(NID)1
は、図4に示したような形状となる。この光学ディレク
タ(NID)1の形状は、所定の形状をエッチングする
能力によって制限される。
【0014】図1と図4は、光学ディレクタ(NID)
1の一般的特徴を表したものである。この光学ディレク
タ(NID)1の物理的構造は、前述の条件を考慮にい
れて選択されるものであり、特定のシステムの物理的制
限に依存して変わるものである。
1の一般的特徴を表したものである。この光学ディレク
タ(NID)1の物理的構造は、前述の条件を考慮にい
れて選択されるものであり、特定のシステムの物理的制
限に依存して変わるものである。
【0015】本発明の集積光学素子3の側面図を図4に
示す。この図4には、光学素子2の詳細が図示されてい
る。図4に示された構成においては、光学素子2は、光
ダイオードである。この光ダイオードは、電極20とp
型電極22とn型ドープ半導体24とp型ドープ半導体
28と非ドープ半導体26とを有する。この光学素子2
は、フォトエミッタでもよい。光ダイオードの構造とフ
ォトエミッタの構造は、当業者には公知である。
示す。この図4には、光学素子2の詳細が図示されてい
る。図4に示された構成においては、光学素子2は、光
ダイオードである。この光ダイオードは、電極20とp
型電極22とn型ドープ半導体24とp型ドープ半導体
28と非ドープ半導体26とを有する。この光学素子2
は、フォトエミッタでもよい。光ダイオードの構造とフ
ォトエミッタの構造は、当業者には公知である。
【0016】この集積光学素子3は、通常のエッチング
技術とボンディング技術、および、米国特許出願第08
/083742号に開示された基板除去方法を用いて構
成される。
技術とボンディング技術、および、米国特許出願第08
/083742号に開示された基板除去方法を用いて構
成される。
【0017】本発明の第1の実施例の方法を図5に示
す。同図は、本発明による複数の集積光学素子3の製造
方法を示す。図5のaに示すように、基板42とエッチ
ストップ層44とを有する光学チップ40が用意され
る。この基板42は、通常、GaAsである。光学ディ
レクタ(NID)1を最終的に形成するエッチストップ
層44は、AlGaAsから形成され、この光学ディレ
クタ(NID)と一体に集積される光学素子は、GaA
s系である。
す。同図は、本発明による複数の集積光学素子3の製造
方法を示す。図5のaに示すように、基板42とエッチ
ストップ層44とを有する光学チップ40が用意され
る。この基板42は、通常、GaAsである。光学ディ
レクタ(NID)1を最終的に形成するエッチストップ
層44は、AlGaAsから形成され、この光学ディレ
クタ(NID)と一体に集積される光学素子は、GaA
s系である。
【0018】図5のbに示す第1ステップにおいて、フ
ォトレジスト層46が、その後メサ48が形成されるべ
き場所のエッチストップ層44の上に堆積される。この
メサ48の場所は、光学ディレクタ(NID)1が集積
される光学素子2の部分によって示される。エッチング
剤として、例えば、H2O2/H3PO4/H2Oを用い
て、エッチストップ層44のメサ48をエッチングす
る。このエッチングは、図5cに示すように、メサが傾
斜側壁49を残すように行われる。この傾斜側壁49の
傾斜は、上記の条件を考慮して決められる。このように
してエッチングを制御する方法は、公知である。例え
ば、“J. Electrochem. Soc., V.128(4)”の874〜8
81ページの“Localized GaAs Etching with Acidic H
ydrogen Peroxide Solutions”(Shaw著)を参照のこ
と。光学ディレクタ(NID)1に対する適切な材料の
選択は、所望のテーパを生成できるようなエッチング剤
の機能に一部依存して決定される。このエッチングは、
光学チップ40の基板42内まで進む。このエッチング
の後、フォトレジスト層46が除去される。
ォトレジスト層46が、その後メサ48が形成されるべ
き場所のエッチストップ層44の上に堆積される。この
メサ48の場所は、光学ディレクタ(NID)1が集積
される光学素子2の部分によって示される。エッチング
剤として、例えば、H2O2/H3PO4/H2Oを用い
て、エッチストップ層44のメサ48をエッチングす
る。このエッチングは、図5cに示すように、メサが傾
斜側壁49を残すように行われる。この傾斜側壁49の
傾斜は、上記の条件を考慮して決められる。このように
してエッチングを制御する方法は、公知である。例え
ば、“J. Electrochem. Soc., V.128(4)”の874〜8
81ページの“Localized GaAs Etching with Acidic H
ydrogen Peroxide Solutions”(Shaw著)を参照のこ
と。光学ディレクタ(NID)1に対する適切な材料の
選択は、所望のテーパを生成できるようなエッチング剤
の機能に一部依存して決定される。このエッチングは、
光学チップ40の基板42内まで進む。このエッチング
の後、フォトレジスト層46が除去される。
【0019】次に、光学チップ40のメサ48が、光素
子チップ50の上の複数の光学素子2に接合される。メ
サ48を光学素子2に接合するのに適した透明材料は、
例えば、透明なエポキシであり、これを光素子チップ5
0上に塗布して、フィルム52を形成する。次に、光学
チップ40のメサ48を光素子チップ50の光学素子2
と整合する。その後、メサ48を光素子チップ50上の
フィルム52に接触させて、メサ48を光学素子2に接
続させる(図5e)。この接合材料は、低屈折率で、光
学ディレクタ(NID)1内の光学信号の全内部反射が
維持されるようなものである。
子チップ50の上の複数の光学素子2に接合される。メ
サ48を光学素子2に接合するのに適した透明材料は、
例えば、透明なエポキシであり、これを光素子チップ5
0上に塗布して、フィルム52を形成する。次に、光学
チップ40のメサ48を光素子チップ50の光学素子2
と整合する。その後、メサ48を光素子チップ50上の
フィルム52に接触させて、メサ48を光学素子2に接
続させる(図5e)。この接合材料は、低屈折率で、光
学ディレクタ(NID)1内の光学信号の全内部反射が
維持されるようなものである。
【0020】メサ48を光学素子2に接合した後、光学
チップ40の基板42を除去する。チップボンディング
に付随する基板除去は、米国特許出願第08/0837
42号に開示されている。本発明の方法には、光素子チ
ップ50の端部に流動性固化剤56を垂らすことによ
り、光学チップ40と光素子チップ50との間に流動性
固化剤56を流し込む。毛細管現象により、流動性固化
剤56は、チップ間に形成されたスペース54の間に流
れ込む。図5fに示したように、流動性固化剤56は、
スペース54を充填する。このような流動性固化剤56
の例としては、エポキシ、フォトレジストがあり、この
フォトレジストの例としては、Shipley社(米国マサチ
ューセッツ州ニュートン)から市販されているAZ42
10のフォトレジストである。あるいはまた、以下に述
べるような基板のエッチングに対し、耐性を有するいか
なるポリマーでもよく、その後、この流動性固化剤56
を乾燥して、フォトレジストに相当する強固な固体に変
化させる。この流動性固化剤56は、硬化するが、この
硬化状態においては、流動性固化剤56は、基板のエッ
チングの間、光学素子2を保護し、光学ディレクタ(N
ID)/検知器接合に対する機械的な支持を与える。
チップ40の基板42を除去する。チップボンディング
に付随する基板除去は、米国特許出願第08/0837
42号に開示されている。本発明の方法には、光素子チ
ップ50の端部に流動性固化剤56を垂らすことによ
り、光学チップ40と光素子チップ50との間に流動性
固化剤56を流し込む。毛細管現象により、流動性固化
剤56は、チップ間に形成されたスペース54の間に流
れ込む。図5fに示したように、流動性固化剤56は、
スペース54を充填する。このような流動性固化剤56
の例としては、エポキシ、フォトレジストがあり、この
フォトレジストの例としては、Shipley社(米国マサチ
ューセッツ州ニュートン)から市販されているAZ42
10のフォトレジストである。あるいはまた、以下に述
べるような基板のエッチングに対し、耐性を有するいか
なるポリマーでもよく、その後、この流動性固化剤56
を乾燥して、フォトレジストに相当する強固な固体に変
化させる。この流動性固化剤56は、硬化するが、この
硬化状態においては、流動性固化剤56は、基板のエッ
チングの間、光学素子2を保護し、光学ディレクタ(N
ID)/検知器接合に対する機械的な支持を与える。
【0021】最後に、基板42が除去されて、図5のg
に示すように、複数の光学ディレクタ(NID)1が光
素子チップ50の光学素子2に接合される。基板42
は、ジェットエッチング装置によって化学的に除去され
る。通常、このジェットエッチング装置は、エッチング
が1×1mmのジェットから、基板42の表面に分配さ
れる。適当なエッチング剤、例えば、100:1のH2
O2:NH4OHが基板を除去するが、光学ディレクタ
(NID)1は、エッチングしない。
に示すように、複数の光学ディレクタ(NID)1が光
素子チップ50の光学素子2に接合される。基板42
は、ジェットエッチング装置によって化学的に除去され
る。通常、このジェットエッチング装置は、エッチング
が1×1mmのジェットから、基板42の表面に分配さ
れる。適当なエッチング剤、例えば、100:1のH2
O2:NH4OHが基板を除去するが、光学ディレクタ
(NID)1は、エッチングしない。
【0022】固化した流動性固化剤56の一部、あるい
は、全部が光素子チップ50の上に残存してもよい。こ
の固化した流動性固化剤56が、光素子チップ50の上
に存在することにより、集積光学素子3の強度が増す。
機械的支持のために、流動性固化剤56を残すような実
施例においては、適切な流動性固化剤56は、機械的支
持を与えることができる充分な剛性を有するものであ
る。この流動性固化剤56が、光学ディレクタ(NI
D)1に隣接する光素子チップ50の表面上に残留する
場合には、この流動性固化剤56は、光学ディレクタ
(NID)光学特性と干渉しないようにしなければなら
ない。このような場合、流動性固化剤56は、適切な低
屈折率を有するものでなければならない。
は、全部が光素子チップ50の上に残存してもよい。こ
の固化した流動性固化剤56が、光素子チップ50の上
に存在することにより、集積光学素子3の強度が増す。
機械的支持のために、流動性固化剤56を残すような実
施例においては、適切な流動性固化剤56は、機械的支
持を与えることができる充分な剛性を有するものであ
る。この流動性固化剤56が、光学ディレクタ(NI
D)1に隣接する光素子チップ50の表面上に残留する
場合には、この流動性固化剤56は、光学ディレクタ
(NID)光学特性と干渉しないようにしなければなら
ない。このような場合、流動性固化剤56は、適切な低
屈折率を有するものでなければならない。
【0023】別法として、固化した流動性固化剤56
を、光素子チップ50の上から一部、あるいは、全てを
除去することもできる。しかし、流動性固化剤56の全
てを除去する場合には、エポキシを流動性固化剤56と
して用いることはできない。このような場合において
は、他のフォトレジスト、あるいは、他の容易に除去可
能な固化剤を用いなければならない。固化剤が除去され
るような実施例に用いられる適切な固化剤は、固化剤が
チップ上に残留するときと同様な機械的支持強度を持つ
必要はない。溶剤を用いて、固化したフォトレジスト、
あるいは、他の固化剤を除去することもできる。図5g
は、固化剤が除去された後の本発明の集積光学素子を表
す。
を、光素子チップ50の上から一部、あるいは、全てを
除去することもできる。しかし、流動性固化剤56の全
てを除去する場合には、エポキシを流動性固化剤56と
して用いることはできない。このような場合において
は、他のフォトレジスト、あるいは、他の容易に除去可
能な固化剤を用いなければならない。固化剤が除去され
るような実施例に用いられる適切な固化剤は、固化剤が
チップ上に残留するときと同様な機械的支持強度を持つ
必要はない。溶剤を用いて、固化したフォトレジスト、
あるいは、他の固化剤を除去することもできる。図5g
は、固化剤が除去された後の本発明の集積光学素子を表
す。
【0024】本発明の第2の実施例においては、光学素
子チップ、すなわち、光学ディレクタ(NID)と集積
されるべき光学素子を有するチップは、光学素子と光学
ディレクタ(NID)の両方を形成するのに必要な全て
の層を有する。このようにして、本発明の素子を形成す
ることは、完全に集積化されたICチップ(例えば、S
i、GaAs)と素子とを集積するのを容易にする。
子チップ、すなわち、光学ディレクタ(NID)と集積
されるべき光学素子を有するチップは、光学素子と光学
ディレクタ(NID)の両方を形成するのに必要な全て
の層を有する。このようにして、本発明の素子を形成す
ることは、完全に集積化されたICチップ(例えば、S
i、GaAs)と素子とを集積するのを容易にする。
【0025】図6は、例えば、ICチップのようなホス
トチップ60と、集積された本発明の集積光学素子30
0を表す。この集積化された集積光学素子300は、光
学ディレクタ(NID)100と光学素子200とを有
する。この光学素子200は、様々な層76、78を有
する。金属電極86、87、88、89を用いて、これ
らを溶融することにより、集積光学素子300をホスト
チップ60に接合する。
トチップ60と、集積された本発明の集積光学素子30
0を表す。この集積化された集積光学素子300は、光
学ディレクタ(NID)100と光学素子200とを有
する。この光学素子200は、様々な層76、78を有
する。金属電極86、87、88、89を用いて、これ
らを溶融することにより、集積光学素子300をホスト
チップ60に接合する。
【0026】この集積光学素子300の形成方法を次に
述べる。図7のaに示すように、光学素子チップ70
は、光学ディレクタ(NID)100がそれから形成さ
れるエッチストップ層74と、光学素子200を形成す
るのに必要な層76と78とを有する。
述べる。図7のaに示すように、光学素子チップ70
は、光学ディレクタ(NID)100がそれから形成さ
れるエッチストップ層74と、光学素子200を形成す
るのに必要な層76と78とを有する。
【0027】フォトレジスト80が、メサが形成される
べき場所の層78の上に堆積される(図7b)。前の実
施例と同様に、このメサ82をエッチングして、適切な
傾斜した84を形成する(図7c)。このエッチングの
後、フォトレジスト80を除去する。
べき場所の層78の上に堆積される(図7b)。前の実
施例と同様に、このメサ82をエッチングして、適切な
傾斜した84を形成する(図7c)。このエッチングの
後、フォトレジスト80を除去する。
【0028】このメサ82が、その後、ホストチップ6
0に対し、その適切な場所に接合される。米国特許出願
第08/083742号に開示された導電性エポキシ、
あるいは、導電性ハンダ接合技術を用いて、このメサを
ホストチップに接合する。米国特許出願第08/083
742号、および、図7dと図7eに示されたハンダ接
合方法によれば、金属電極88と89は、所望の場所の
ホストチップ60の上に堆積される。この金属電極86
と87は、メサ82の底部にも堆積され、光学素子チッ
プ70が、ホストチップ60と接触するようにされる。
この金属電極86と87は、それぞれ、金属電極88と
89と整合している。熱を加えて、この導電性接点を溶
融して、光学素子チップ70とホストチップ60とを図
7eに示すように、互いに接触させる。この金属電極8
6、87、88、89は、金属、あるいは、合金、例え
ば、金、金/亜鉛、または、インジウムから形成される
のが好ましい。
0に対し、その適切な場所に接合される。米国特許出願
第08/083742号に開示された導電性エポキシ、
あるいは、導電性ハンダ接合技術を用いて、このメサを
ホストチップに接合する。米国特許出願第08/083
742号、および、図7dと図7eに示されたハンダ接
合方法によれば、金属電極88と89は、所望の場所の
ホストチップ60の上に堆積される。この金属電極86
と87は、メサ82の底部にも堆積され、光学素子チッ
プ70が、ホストチップ60と接触するようにされる。
この金属電極86と87は、それぞれ、金属電極88と
89と整合している。熱を加えて、この導電性接点を溶
融して、光学素子チップ70とホストチップ60とを図
7eに示すように、互いに接触させる。この金属電極8
6、87、88、89は、金属、あるいは、合金、例え
ば、金、金/亜鉛、または、インジウムから形成される
のが好ましい。
【0029】接合がICチップの光学素子と電極との間
に形成されているため、この接合は、電気信号を導通す
ることができなければならない。エポキシによる接合
を、この実施例において用いているが、このエポキシ
は、それゆえに、導電性でなければならない。この実施
例において、図7fと図7gに示すように、エポキシ6
2の薄い層が、ホストチップ60に塗布される。光学素
子チップ70がホストチップと整合して接触され、メサ
82をエポキシ62に接合する。
に形成されているため、この接合は、電気信号を導通す
ることができなければならない。エポキシによる接合
を、この実施例において用いているが、このエポキシ
は、それゆえに、導電性でなければならない。この実施
例において、図7fと図7gに示すように、エポキシ6
2の薄い層が、ホストチップ60に塗布される。光学素
子チップ70がホストチップと整合して接触され、メサ
82をエポキシ62に接合する。
【0030】前述の実施例においては、流動性固化剤5
6が、光学素子チップ70とホストチップ60との空間
に塗布される(図7h)。この流動性固化剤56が硬化
すると、光学素子チップ72をジェットエッチングによ
り除去して、複数の集積光学素子300を残す。この各
集積光学素子300は、光学ディレクタ(NID)10
0と光学素子200とを有し、それらは、ホストチップ
の所望の位置に接合されている。適切な溶剤を用いて、
流動性固化剤56の一部、あるいは、全てをホストチッ
プ60の表面から除去する。溶剤が除去された後の集積
化された集積光学素子300とホストチップ60とが、
図7iに示されている。
6が、光学素子チップ70とホストチップ60との空間
に塗布される(図7h)。この流動性固化剤56が硬化
すると、光学素子チップ72をジェットエッチングによ
り除去して、複数の集積光学素子300を残す。この各
集積光学素子300は、光学ディレクタ(NID)10
0と光学素子200とを有し、それらは、ホストチップ
の所望の位置に接合されている。適切な溶剤を用いて、
流動性固化剤56の一部、あるいは、全てをホストチッ
プ60の表面から除去する。溶剤が除去された後の集積
化された集積光学素子300とホストチップ60とが、
図7iに示されている。
【0031】本発明のさらに別の実施例においては、反
射防止コーティング92が、光学ディレクタ(NID)
1、または、光学ディレクタ100の上部表面5に、標
準の堆積技術を用いて付加される。この反射防止コーテ
ィング92は、二酸化シリコン、あるいは、窒化シリコ
ン等の当業者に公知の材料である。この堆積技術に関し
ては、“Thin Film Optical Filters”(Adam Hilger L
td., Bristol, U.K. (1986)、Macleod著)を参照のこ
と。
射防止コーティング92が、光学ディレクタ(NID)
1、または、光学ディレクタ100の上部表面5に、標
準の堆積技術を用いて付加される。この反射防止コーテ
ィング92は、二酸化シリコン、あるいは、窒化シリコ
ン等の当業者に公知の材料である。この堆積技術に関し
ては、“Thin Film Optical Filters”(Adam Hilger L
td., Bristol, U.K. (1986)、Macleod著)を参照のこ
と。
【0032】光学ディレクタ(NID)が光ダイオード
と集積されて、本発明の集積光学素子3、または、集積
光学素子300を形成する場合においては、この集積光
学素子3、300は、光スイッチングにおける検知器と
して用いられる。また、この光学ディレクタ(NID)
が光フォトエミッタと集積されて、本発明の集積光学素
子3、または、300を形成する場合には、この集積光
学素子3、または、300のアレイは、図8に示すよう
な表示装置91として用いられる。この表示装置91
は、隣接する複数のエミッタ93の間にスペースを有
し、駆動電子装置が、その間に配置されて、本発明の装
置を用いた表示装置91が、ほぼ100%の充填係数、
すなわち、実質的に未使用領域がない状態で使用され
る。本発明による集積化光学素子3、300を形成する
ことにより、駆動装置95用の対応するエミッタ93の
間に充分なスペースが存在するが、表示装置91を形成
する隣接する光学ディレクタ(NID)1、または、光
学ディレクタ100の上部表面5の間には、スペースは
存在しないことになる。
と集積されて、本発明の集積光学素子3、または、集積
光学素子300を形成する場合においては、この集積光
学素子3、300は、光スイッチングにおける検知器と
して用いられる。また、この光学ディレクタ(NID)
が光フォトエミッタと集積されて、本発明の集積光学素
子3、または、300を形成する場合には、この集積光
学素子3、または、300のアレイは、図8に示すよう
な表示装置91として用いられる。この表示装置91
は、隣接する複数のエミッタ93の間にスペースを有
し、駆動電子装置が、その間に配置されて、本発明の装
置を用いた表示装置91が、ほぼ100%の充填係数、
すなわち、実質的に未使用領域がない状態で使用され
る。本発明による集積化光学素子3、300を形成する
ことにより、駆動装置95用の対応するエミッタ93の
間に充分なスペースが存在するが、表示装置91を形成
する隣接する光学ディレクタ(NID)1、または、光
学ディレクタ100の上部表面5の間には、スペースは
存在しないことになる。
【0033】光学ディレクタ(NID)1、あるいは、
100と一体に形成された光電子装置は、本発明を形成
する。また、本発明の装置は、個別に、あるいは、この
ような装置の列の一部として形成することもできる。
100と一体に形成された光電子装置は、本発明を形成
する。また、本発明の装置は、個別に、あるいは、この
ような装置の列の一部として形成することもできる。
【0034】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
検知装置、あるいは、フォトエミッタと一体に形成され
た光学装置を形成することができ、なおかつ、底部表面
と上部表面とを比較した場合、上部表面の方が底部表面
よりも広いために、底部表面近傍に駆動電子装置を配置
することもでき、上部表面を互いに当接しながら配置す
ることもできる。
検知装置、あるいは、フォトエミッタと一体に形成され
た光学装置を形成することができ、なおかつ、底部表面
と上部表面とを比較した場合、上部表面の方が底部表面
よりも広いために、底部表面近傍に駆動電子装置を配置
することもでき、上部表面を互いに当接しながら配置す
ることもできる。
【0035】なお、当然のことながら、必ずしも、上部
表面を底部表面よりも広くする必要はなく、ほぼ同一の
ものでもかまわない。
表面を底部表面よりも広くする必要はなく、ほぼ同一の
ものでもかまわない。
【図1】本発明による素子を形成するための光学ディレ
クタ(NID)と光学素子とを一体に成形した展開図。
クタ(NID)と光学素子とを一体に成形した展開図。
【図2a】光学素子が光検知器である本発明による一体
光学素子の図。
光学素子の図。
【図2b】図2aの素子の平面図。
【図2c】光学素子が光エミッタである本発明の一体成
形した光学素子の図。
形した光学素子の図。
【図3】光学ディレクタ(NID)の斜視図。
【図4】光学素子の詳細を示す図1の素子の側面図。
【図5】図1の素子の製造方法を示す各ステップを表す
図。
図。
【図6】本発明の第2の実施例の光学素子の側面図で、
光学ディレクタ(NID)を形成するのに必要な層と光
学素子とが単一のチップ上に形成され、本発明の素子が
集積回路チップに接合された状態を表す図。
光学ディレクタ(NID)を形成するのに必要な層と光
学素子とが単一のチップ上に形成され、本発明の素子が
集積回路チップに接合された状態を表す図。
【図7】図6の素子の形成方法の各ステップを表す図。
【図8】本発明により複数の集積光エミッタを用いた改
良したディスプレイの斜視図。
良したディスプレイの斜視図。
1 光学ディレクタ(NID) 2 光学素子 2a 活性表面 3 集積光学素子 4 チップ 5 上部表面 6 側壁 7 底部表面 8 光ソース 10、14 光信号 12 光学スポット 20 電極 22 p型電極 24 n型ドープ半導体 26 非ドープ半導体 28 p型ドープ半導体 40 光学チップ 42 基板 44 エッチストップ層 46 フォトレジスト層 48 メサ 49 傾斜側壁 50 光素子チップ 52 フィルム 54 スペース 56 流動性固化剤 60 ホストチップ 62 エポキシ 70、72 光学素子チップ 74 エッチストップ層 76、78 層 80 フォトレジスト 82 メサ 86、87、88、89 金属電極 91 表示装置 92 反射防止コーティング 93 エミッタ 95 駆動装置 100 光学ディレクタ(NID) 200 光学素子 300 集積光学素子
Claims (27)
- 【請求項1】 (a)その間を光導波路領域により接続
されて、平行に配置された第1表面と第2表面とを有す
る光学ディレクタと、 前記光学導波路領域は、前記第1表面、あるいは、第2
表面の何れかで受光された光学信号の内部反射が起こる
よう構成され、 (b)前記光学ディレクタの第2表面に隣接して配置さ
れた光学素子と、からなることを特徴とする集積光学装
置。 - 【請求項2】 前記光学ディレクタは、光学素子の動作
周波数において、動作周波数に対し透明な材料製である
ことを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項3】 前記光学ディレクタは、AlGaAs製
であることを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項4】 前記光学導波路領域は、傾斜側壁を有す
ることを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項5】 前記傾斜側壁のテーパ角は、20゜〜3
5゜であることを特徴とする請求項4の装置。 - 【請求項6】 前記光学素子は、光検知器であることを
特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項7】 前記光学素子は、フォトエミッタである
ことを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項8】 前記光検知器は、多重量子井戸光ダイオ
ードであることを特徴とする請求項6の装置。 - 【請求項9】 光学エネルギーのコヒーレントソースを
さらに有し、前記光学エネルギーは、光学ディレクタの
第1表面に入射されたときには、光学スポットを形成
し、 前記光学ディレクタの第1表面の面積は、光学スポット
の面積とほぼ等しいことを特徴とする請求項1の装置。 - 【請求項10】 前記第1、あるいは、第2表面で受光
されたほとんど全ての光は、それぞれ、前記第1、ある
いは、第2表面に反射されることを特徴とする請求項1
の装置。 - 【請求項11】 前記光学ディレクタは、その第1表面
に反射防止コーティングを施されていることを特徴とす
る請求項1の装置。 - 【請求項12】 (a)その間を光導波路領域により接
続されて、平行に配置された第1表面と第2表面とを有
する光学ディレクタと、 前記光学導波路領域は、前記第1表面、あるいは、第2
表面の何れかで受光された光学信号の内部反射が起こる
よう構成され、 その結果、第1表面で受光された光学信号の大部分は、
第2表面に向けられ、 (b)前記光学ディレクタの第2表面に隣接して配置さ
れた光検知装置と、 前記光検知装置は、光学ディレクタの第2表面に向けら
れた光学信号を受光するからなることを特徴とする集積
光学装置。 - 【請求項13】 前記光学導波路領域は、傾斜側壁を有
することを特徴とする請求項12の装置。 - 【請求項14】 前記光検知器は、多重量子井戸光ダイ
オードであることを特徴とする請求項12の装置。 - 【請求項15】 前記光学ディレクタは、その第1表面
に反射防止コーティングを施されていることを特徴とす
る請求項12の装置。 - 【請求項16】 集積光学素子の形成方法において、 (a)少なくとも基板層とエッチストップ層とを有する
第1チップ上に、メサを形成するステップと、 (b)前記第1チップ上のメサを、第2チップに接合す
るステップと、 (c)前記第1チップと第2チップとの間の空間に充填
する流動性固化剤を流すステップと、 (d)前記第1チップから前記基板を除去するステップ
と からなることを特徴とする集積光学素子の形成方法。 - 【請求項17】 前記(a)のステップは、(a1)前
記第1チップのエッチストップ層の上のメサが形成され
るべき領域に、フォトレジストを堆積させるステップ
と、(a2)前記第1チップのメサが形成されるべき領
域に、エッチング剤を塗布するステップと、(a3)メ
サに所望のテーパを形成するために、エッチングを制御
するステップとを有することを特徴とする請求項16の
方法。 - 【請求項18】 前記(b)のステップは、(b1)前
記第2チップ上に、接合材料製の層を形成するステップ
と、(b2)前記第1チップのメサと、前記第2チップ
の光学素子とを整合させるステップと、(b3)前記第
1チップ上のメサと、前記第2チップ上の接合材料層と
を接触させるステップとを有することを特徴とする請求
項16の方法。 - 【請求項19】 前記(c)のステップは、流動性固化
剤が固化したときに、前記第1チップから第2チップを
構造的に支持するように、充分な固化剤を流動させるこ
とを特徴とする請求項16の方法。 - 【請求項20】 前記流動性固化剤は、エポキシとフォ
トレジストからなるグループから選択された材料製であ
ることを特徴とする請求項16の方法。 - 【請求項21】 前記(d)のステップは、集積された
光学素子の構造的支持を改良するために、充分な量の流
動性固化剤を残すことを特徴とする請求項16の方法。 - 【請求項22】 前記(d)のステップは、流動性固化
剤の全てを除去することを特徴とする請求項16の方
法。 - 【請求項23】 前記基板が除去されたときに形成され
る光学ディレクタ(NID)の上に、反射防止コーティ
ングを堆積するステップをさらに有することを特徴とす
る請求項16の方法。 - 【請求項24】 前記(a)のステップは、(a1)前
記第1チップの第1チップの上のメサが形成されるべき
領域に、フォトレジストを堆積させるステップと、この
第1チップは、光学素子を形成するのに必要な全ての層
を含み、(a2)前記第1チップのメサが形成されるべ
き領域に、エッチング剤を塗布するステップと、(a
3)メサに所望のテーパを形成するために、エッチング
を制御するステップとを有することを特徴とする請求項
16の方法。 - 【請求項25】 前記(b)のステップは、(b1)前
記メサと前記第2チップ上に、導電性接触表面を形成す
るステップと、前記第2チップは、集積回路チップであ
り、(b2)溶融し、固化したときに、接合を形成する
よう、前記導電性接点を加熱するステップと、を有する
ことを特徴とする請求項24の方法。 - 【請求項26】 前記流動性固化剤は、エポキシ、およ
び、フォトレジストからなるグループから選択された材
料製であることを特徴とする請求項16の方法。 - 【請求項27】 前記(b)のステップは、(b1)集
積回路チップである第2チップの上に、導電性エポキシ
層を形成するステップと、(b2)前記第2チップ上の
特定の位置と、前記第1チップ上のメサとを整合させる
ステップと、(b3)前記第1チップ上のメサと、前記
第2チップ上の導電性エポキシ層とを接触させるステッ
プとを有することを特徴とする請求項16の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US23288994A | 1994-04-25 | 1994-04-25 | |
US232889 | 1994-04-25 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07297417A true JPH07297417A (ja) | 1995-11-10 |
Family
ID=22875011
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12042295A Pending JPH07297417A (ja) | 1994-04-25 | 1995-04-24 | 集積光学装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5698452A (ja) |
EP (1) | EP0680163A3 (ja) |
JP (1) | JPH07297417A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005057266A (ja) * | 2003-07-31 | 2005-03-03 | Lumileds Lighting Us Llc | 光取り出し効率が改善された発光装置 |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999050890A1 (en) * | 1998-03-27 | 1999-10-07 | Trustees Of Princeton University | Method for making multilayer thin-film electronics |
US6893896B1 (en) * | 1998-03-27 | 2005-05-17 | The Trustees Of Princeton University | Method for making multilayer thin-film electronics |
US6311004B1 (en) * | 1998-11-10 | 2001-10-30 | Lightwave Microsystems | Photonic devices comprising thermo-optic polymer |
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