JP2000510256A - 光学部材および光導波路の組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 絶縁材料からなる絶縁層（９）によって基体（８）から分離されたシリコンの層（７）を備えたシリコン−オン−絶縁体チップ上に互いに配列されて位置決めされた例えばレーザダイオード（１）等の光学部材および光導波路（２）の組立体を提供する。レーザダイオード（１）を収容するためにシリコン−オン−絶縁体チップ内に配置用凹所が形成されている。凹所は少なくとも二つの平行でない配置面（３，６）を有しており、導波路は、これら配置面（３，６）に対して所定の配列でチップ上に形成されている。レーザダイオード（１）は、各配置面（３，６）のそれぞれに対して当接するように配置用凹所内に設けられた少なくとも二つの参照面（１Ａ．１Ｂ）を有している。配置用凹所は、シリコン−オン−絶縁体チップの絶縁材料からなる絶縁層（９）の上側または下側の界面の位置によって各配置面のうちの一つ（６）の位置が決定されるように形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】 光学部材および光導波路の組立体技術分野 本発明は、低結合損失を達成するように互いに正確な位置に配列された光学部 材および光導波路の組立体に関する。背景技術 レーザダイオード、フォトダイオード等の光学部材と光導波路との間で低結合 損失を達成することは、特に光通信の分野において重要である。このような低結 合損失は、概して、光学部材と光導波路とを互いに正確な位置（水平方向および 垂直方向に０．１ミクロン以内）に配列することにより達成される。しかし、こ れを達成するための既知の方法では、要求される精度を得るのが困難であったり 、また費用がかさんだりし、組立体を形成するために厳しい公差を有する装置が 必要とされている。 したがって、光学部材と光導波路との配列を所望の精度で行うことができる比 較的単純で低コストな方法が依然として要望されている。本発明の開示 本発明の第一の態様によれば、絶縁材料からなる絶縁層によって基体から分離 されたシリコンの層を備えたシリコン−オン−絶縁体（silicon-on-insulator） チップ上に互いに配列されて位置決めされた光学部材および光導波路の組立体が 提供される。この組立体は：少なくとも二つの平行でない配置面を有し、かつ前 記光学部材を収容するためにシリコン−オン−絶縁体チップ内に形成された配置 用凹所と；前記各配置面に対して所定の配列で前記チップ上に取り付け或いは形 成された導波路と；を備えているとともに、前記光学部材は、前記各配置面のそ れぞれに対して当接するように前記配置用凹所内に設けられた少なくとも二つの 参照面を有しており、前記配置用凹所は、絶縁材料からなる前記絶縁層の界面の 位置によって前記各配置面のうちの一つの位置が決定されるように形成されてい る。 本発明の第二の態様によれば、絶縁材料からなる絶縁層によって基体から分離 されたシリコンの層を備えたシリコン−オン−絶縁体チップ上に光学部材および 光導波路を配列する方法を提供する。この方法は：少なくとも二つの平行でない 配置面を有するとともに、絶縁材料からなる前記絶縁層の界面の位置によってこ れら配置面のうちの一つの位置が決定されるようにされた配置用凹所をシリコン −オン−絶縁体チップ内に形成するステップと；前記各配置面に対して所定の配 列で前記チップ上に光導波路を取り付け或いは形成するステップと；前記各配置 面のそれぞれに対して少なくとも二つの光学部材の参照面がそれぞれ当接するよ うに光学部材を前記配置用凹所内に取り付けるステップと；を備えている。 本発明のさらに他の態様によれば、上述した方法により互いに配列させて位置 決めされた光学部材および光導波路を備えた組立体が提供される。 本発明の他の構成は、以下の説明および請求の範囲の従属項により明らかとさ れる。図面の簡単な説明 本発明は、添付の各図面を参照して単なる例示として以下に説明される： 図１は、本発明の一実施形態によるレーザダイオードおよび光導波路の組立体 体を示した平面図である。 図２Ａは図１のａ−ａ線に沿う図１に示した組立体の断面図であり；図２Ｂは 図１のｂ−ｂ線に沿う図１に示した組立体の断面図である。本発明を実施するための最良の実施形態 図１には、低損失（好ましくは１〜３ｄＢ以下）とされた結合を行うように、 リブ状の導波路とされた光導波路２とともに正確に配列されたレーザダイオード １を備えた組立体が示されている。この組立体は、シリコン−オン−絶縁体（si licon-on-insulator）チップ上に形成されている。 図２Ａおよび図２Ｂに示されているように、シリコン−オン−絶縁体チップは 、本実施形態の場合には二酸化ケイ素とされた絶縁材料からなる絶縁層９により シ リコン基体８から分離されたシリコンの上層７を備えている。 図２Ｂには、リブ状導波路２を貫く断面が示されている。シリコン−オン−絶 縁体チップ上に形成されたこのようなリブ状導波路は既知とされており、さらに は国際出願第９５／０８７８７号公報に記載されているとともに、該明細書には 他の参考例が記載されている。このような導波路は、典型的には約２×４ミクロ ンの断面を有しているが、たとえば１０×１０ミクロンの如くさらに大きな断面 とすることも可能である。 導波路２に対するレーザダイオード１の（Ｘ軸方向における）側方整列は、凹 所の側壁部３に対してレーザダイオード１の側面１Ａを当接させることにより実 施される（図２Ａ参照）。（Ｙ軸方向における）垂直方向整列は、凹所のベース 支持部６に対してレーザダイオード１の側面１Ｂを当接させることにより実施さ れる。このベース支持部６は、図２Ａに示されているように、凹所のいずれかの 側部における二酸化ケイ素層９に形成されたプラットホームとして提供されてい る。図示した配列において、側壁部３とベース支持部６とは実質的に互いに直交 しているとともに、導波路２の（Ｚ軸に沿って延在する）光軸に対して実質的に 平行とされている。ただし、他の配列も可能である。 好ましくは、レーザダイオード１とリブ状導波路２との離間間隔を正確に決定 するために、レーザダイオード１はさらに、凹所の端壁部５に設けられた複数の 突出部５Ａに対してレーザダイオードの側面１Ｃを当接させることにより、Ｚ軸 方向に整列させられる。 好ましくは、レーザ出射領域１０に対するレーザダイオードの各面１Ａ，１Ｂ のＸ−Ｙ方向における位置を正確に認識できるように（例えば０．１ミクロン以 内）、上述した組立体を製作する前に、これら各面１Ａ，１Ｂを形成することが 必要とされる。したがって、各面１Ａ，１Ｂは、凹所の壁部３およびベース支持 部６のそれぞれに当接したときに、低損失結合を行うようにリブ状導波路２に対 するレーザ出射領域１０の正確な配列を確実に行うことができる参照面として機 能する。 図２Ａはさらに、レーザダイオード１の基部との複数の電気接触部１１を示し ている。これら電気接触部は、配置用凹所の基部にさらに形成された凹所１３の 底部に設けられた金属製接触パッドおよびヒートシンク１２に、はんだ付け或い は他の導電材料１４によって接続されている。 さらに、配置用凹所がレーザダイオード１よりも約１０ミクロン幅広とされる ように該凹所の側壁部４が位置されているという点で、該凹所はリブ状導波路２ に対して非対称とされているということに留意されたい。したがって、配置上の 緩やかな許容度をもって、レーザダイオード１を配置用凹所内に位置させること ができる。そして、このレーザダイオードは、Ｘ軸方向の正確な位置決めを行う ために側壁部３に当接させられる。 典型的なレーザダイオードは、３５０ミクロン×３００ミクロンのオーダーの 大きさとされているとともに、例えば２×４ミクロンまたは３×８ミクロンの如 く典型的には数ミクロンの幅を有する出射領域を備えている。好ましくは、出射 領域および導波路の大きさは、損失を最小限とするように或いは使用される装置 の大きさに適合させるべきである。 上述した配列方法の有利点は、光導波路２と側壁部３との位置決めが単一のマ スキング工程により決定され、後に続くマスキング工程において正確な配列を行 うことを必要とせずに互いに所望の位置に自動的に形成されるということである 。 上述した組立体の重要な構成は、垂直（Ｙ軸）方向におけるレーザダイオード １の配列が二酸化ケイ素層９により決定されるということである。図示した配置 において、この配列は、レーザダイオードが二酸化ケイ素層の表面に対して当接 することにより決定される。 図２Ａに示した構成は、シリコンの上層７の各所望部分を除去する一方で二酸 化ケイ素層９を腐食しない腐食液を用いることにより形成することができる。し たがって、酸化層９の上面はそのままでエッチング停止面として作用し、したが って凹所の基部６の位置が正確に決定されることになる。 他の構成として、二酸化ケイ素層９の下面すなわち酸化層と下方シリコン基体 ８との間の界面を、凹所の基部６の位置を決定するために用いることができる。 この場合には、いったんシリコンの上層７を除去した後に、二酸化ケイ素層の各 所望部分を除去する一方で下方シリコン基体８を腐食しない腐食液が用いられる 。二酸化ケイ素層９と下方シリコン基体との間の界面はそのままでエッチング停 止 面として作用し、したがって凹所の基部６の位置が正確に決定されることになる 。 好ましくは、上述した二つのケースにおいて、十分に満足のいくように決定さ れた二酸化ケイ素層９の表面、位置および厚さは、凹所の基部６の位置を決定す るために使用される。 図１に示したように、好ましくは、配置用凹所は、該配置用凹所の一端部が開 口するように、チップの縁部に形成される。したがって、金属製接触用パッド１ ２は、各電線と接続するために接近可能とされる。 上述した組立体および図１および図２に示した組立体の製造方法は、当業者に おいて既知であるが、特に以下の構成が強調される： 組立体は、好ましくは、シリコン基体上に支持された厚さ０．４ミクロンの埋 め込まれた酸化層の上に５ミクロンのシリコンを典型的に備えた標準的なＳＩＭ ＯＸ（シリコン−オン−絶縁体）材料から形成される。シリコン層内に形成され た導波路２は、典型的には、高さ約２ミクロン×幅約４ミクロン（断面）とされ る。 上述したように、リブ状導波路および配置用凹所は、好ましくは、単一のマス キング工程により酸化面において写真石版術（photolithographically）を用い て決定される。これにより、配置用凹所および導波路の位置が同一のマスキング により決定されるので、配置用凹所と導波路との間の確実な配列が自動的になさ れることになる。 酸化物とシリコンとの間の高い選択性により、埋め込まれた酸化層の何れかの 表面はエッチング停止面として作用することができ、これにより、凹所の深さ並 びに導波路に対するレーザダイオードの高さを正確に決定することができる。 好ましくは、レーザダイオードと接触する埋め込まれた酸化層の面積を最小化 するために、埋め込まれた酸化層は、Ｕ字形の幅狭とされた複数のストリップを 形成するようにエッチングされる。 好ましくは、導波路の端小面（end facet）には、シリコン用腐食液によって 実質的に腐食しない窒化シリコンの如く非反射コーティングが施されている。端 小面はさらに、後方反射を除去しかつ制御するために、導波路の光軸に対して直 交しないように傾けることができ、しかも、凸状または同様の理由で他の形状と す ることができる。 以上、組立体について、レーザダイオードとされた光出射器を光導波路と配列 させて取り付けることに関連させて説明した。放射物（radiation）を受け取り 及び／又は出射するための、例えばフォトダイオード、半導体光増幅器等の他の 光学部材についても、同様の方法で光導波路と共に配列させることができる。 また、組立体について、光学部材を一体形成された光導波路と配列させて取り 付けることに関連させて説明した。さらに、光ファイバ等の他の光導波用ガイド を使用することができる。この場合において光ファイバは、典型的にはチップ上 に形成されたＶ字溝内に配置され、該Ｖ字溝の配置は、自動的に配列するように 配置用凹所を決定するために使用した同様のマスキング工程により決定される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リックマン，アンドリュー ジョージ イギリス国 ＳＮ８ ３ＢＧ ウィルトシ ャイア マールボロ セイヴァーネイク フォレスト セイント キャサリンズ ロ ッジ（番地なし) (72)発明者 モリス，ロビン ジェレミー リチャード イギリス国 ＯＸ４ １ＥＳ オックスフ ォード ヘンリー ストリート 43

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 絶縁材料からなる絶縁層によって基体から分離されたシリコンの層を備え たシリコン−オン−絶縁体チップ上に互いに配列されて位置決めされた光学部材 および光導波路の組立体であって、該組立体は： 少なくとも二つの平行でない配置面を有し、かつ前記光学部材を収容するため にシリコン−オン−絶縁体チップ内に形成された配置用凹所と； 前記各配置面に対して所定の配列で前記チップ上に取り付け或いは形成された 導波路と；を備えているとともに、 前記光学部材は、前記各配置面のそれぞれに対して当接するように前記配置用 凹所内に設けられた少なくとも二つの参照面を有しており、 前記配置用凹所は、絶縁材料からなる前記絶縁層の界面の位置によって前記各 配置面のうちの一つの位置が決定されるように形成されていることを特徴とする 組立体。 ２． 少なくとも二つの前記配置面は、互いに実質的に直交しているとともに、 それぞれが前記光導波路の光軸に対して実質的に平行に延在していることを特徴 とする請求項１記載の組立体。 ３． 第一の配置面が前記配置用凹所の基部に設けられているとともに、第二の 配置面が前記配置用凹所の側壁部を形成していることを特徴とする請求項２記載 の組立体。 ４． 絶縁材料からなる前記絶縁層により位置が決定される前記配置面は、前記 光学部材が載置される前記絶縁層の表面を備えてい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組立体。 ５． 前記配置用凹所内の前記絶縁層は、前記光学部材が載置される比較的幅狭 とされた二または三以上のストリップを形成しているとともに、これらストリッ プ間には、前記光学部材と電気接触を得るために導電材料を収容するためのさら なる凹所が形成されていることを特徴とする請求項４記載の組立体。 ６． 前記配置用凹所は、該凹所内に配置される前記光学部材の幅よりも大きく 少なくとも１０ミクロンの幅を有していることを特徴とする請求項１から請求項 ５のいずれかに記載の組立体。 ７． 前記配置用凹所には、前記光学部材と前記光導波路との離間間隔を決定す るために、前記光学部材が当接することができる第三の配置面が設けられている ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の組立体。 ８． 前記第三の配置面は、前記配置用凹所の端壁部に形成された一または二以 上の突出部を備えていることを特徴とする請求項７記載の組立体。 ９． 絶縁材料からなる前記絶縁層は、二酸化ケイ素を構成成分としていること を特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の組立体。 １０． 前記配置用凹所は、前記チップの端部に形成されていることを特徴とす る請求項１から請求項９のいずれかに記載の組立体。 １１． 前記光導波路は、前記チップ上に形成されたリブ状導波路を備えている ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の組立体。 １２． 前記光導波路は、前記チップ内に形成されたさらなる配置用凹所を用い ることにより該チップ上に配置された光ファイバを備えていることを特徴とする 請求項１から請求項１０のいずれかに記載の組立体。 １３． 前記光学部材は、レーザダイオード、フォトダイオードまたは半導体光 増幅器を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載 の組立体。 １４． 添付した各図面を参照して説明した構成を実質的に備えていることを特 徴とする組立体。 １５． 絶縁材料からなる絶縁層によって基体から分離されたシリコンの層を備 えたシリコン−オン−絶縁体チップ上に光学部材および光導波路を配列する方法 であって、該方法は： 少なくとも二つの平行でない配置面を有するとともに、絶縁材料からなる前記 絶縁層の界面の位置によってこれら配置面のうちの一つの位置が決定されるよう にされた配置用凹所をシリコン−オン−絶縁体チップ内に形成するステップと； 前記各配置面に対して所定の配列で前記チップ上に光導波路を取り付け或いは 形成するステップと； 前記各配置面のそれぞれに対して少なくとも二つの光学部材の参照面がそれぞ れ当接するように光学部材を前記配置用凹所内に取り付けるステップと； を備えていることを特徴とする方法。 １６． 請求項１から請求項１４のいずれかに記載された組立体を実質的に上述 した方法により製造することを特徴とする方法。 １７． 請求項１５または請求項１６に記載された方法により形成されたことを 特徴とする光学部材および光導波路の組立体。