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特開2022-68131シリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022068131
(43)【公開日】2022-05-09
(54)【発明の名称】シリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップ
(51)【国際特許分類】
H01S 5/0233 20210101AFI20220426BHJP
【ＦＩ】
H01S5/0233
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021172192
(22)【出願日】2021-10-21
(31)【優先権主張番号】17/076,162
(32)【優先日】2020-10-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】520078248
【氏名又は名称】マーベル アジア ピーティーイー、リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】シャオグアン ヘ
(72)【発明者】
【氏名】ラダクリシュナン エル． ナガラジャン
【テーマコード（参考）】
5F173
【Ｆターム（参考）】
5F173MA02
5F173MC03
5F173MC25
5F173MD03
5F173MD13
5F173MD27
5F173MD37
5F173MD51
5F173MD75
5F173MF03
5F173MF22
(57)【要約】 （修正有）
【課題】受動アライメントフィーチャを有するシリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップを提供する。
【解決手段】レーザチップは、垂直方向におけるｐ領域１０３とｎ領域１０５とで作製された、長手方向において前面から裏面へと延伸するチップ体と、ｎ領域のより広い幅に基づいて、チップ体の２つの側を超えてそれぞれ形成された一対の第１垂直ストッパ２０１と、垂直方向におけるｐ領域とｎ領域との間のチップ体に埋められた、長手方向において前面から裏面へと延伸する活性領域１０１と、前面に近いｐ領域の上面に、活性領域に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて形成されたアライメントマーク２０３と、前面と共有されている劈開された縁部を有するｐ領域の表面における薄い金属膜２０５とを含む。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】レーザチップは、垂直方向におけるｐ領域１０３とｎ領域１０５とで作製された、長手方向において前面から裏面へと延伸するチップ体と、ｎ領域のより広い幅に基づいて、チップ体の２つの側を超えてそれぞれ形成された一対の第１垂直ストッパ２０１と、垂直方向におけるｐ領域とｎ領域との間のチップ体に埋められた、長手方向において前面から裏面へと延伸する活性領域１０１と、前面に近いｐ領域の上面に、活性領域に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて形成されたアライメントマーク２０３と、前面と共有されている劈開された縁部を有するｐ領域の表面における薄い金属膜２０５とを含む。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
３Ｄ受動アライメントフィーチャを有するシリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップであって、
垂直方向におけるｐ領域とｎ領域とで作製された、長手方向において前面から裏面へと延伸するチップ体と、
前記ｎ領域のより広い幅に基づいて、前記チップ体の２つの側を超えてそれぞれ形成された一対の第１垂直ストッパと、
前記垂直方向における前記ｐ領域と前記ｎ領域との間の前記チップ体に埋められた、前記長手方向において前記前面から前記裏面へと延伸する直線形状の活性領域と、
前記前面に近い前記ｐ領域の上面に、前記ｐ領域の前記上面における前記活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて形成された前記長手方向の第１アライメントマークと、
前記前面と共有されている劈開された縁部を有する前記ｐ領域の前記上面における薄い金属膜と
を備える、レーザチップ。
垂直方向におけるｐ領域とｎ領域とで作製された、長手方向において前面から裏面へと延伸するチップ体と、
前記ｎ領域のより広い幅に基づいて、前記チップ体の２つの側を超えてそれぞれ形成された一対の第１垂直ストッパと、
前記垂直方向における前記ｐ領域と前記ｎ領域との間の前記チップ体に埋められた、前記長手方向において前記前面から前記裏面へと延伸する直線形状の活性領域と、
前記前面に近い前記ｐ領域の上面に、前記ｐ領域の前記上面における前記活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて形成された前記長手方向の第１アライメントマークと、
前記前面と共有されている劈開された縁部を有する前記ｐ領域の前記上面における薄い金属膜と
を備える、レーザチップ。
【請求項2】
前記第１アライメントマークは、前記活性領域を形成するために同じ活性層の上に配置された第１の幅の活性領域酸化膜マスクに対してサブミクロン精度で画定された前記横方向距離をおいた位置における活性層に配置された第２の幅の１つのアライメント酸化膜マスクを使用した再成長プロセスを介して形成された前記ｐ領域の前記上面において１つのラインフィーチャを有し、前記第１の幅は前記第２の幅と１μｍ～５μｍ異なる、請求項１に記載のレーザチップ。
【請求項3】
前記第１アライメントマークは、前記活性領域を形成するために同じ活性層の上に配置された第１の幅の活性領域酸化膜マスクのそれぞれの２つの反対側においてサブミクロン精度で前記横方向距離をおいた２つの位置における活性層に配置された第２の幅の２つのアライメント酸化膜マスクを使用した再成長プロセスを介して形成された前記ｐ領域の前記上面において２つのラインフィーチャを有し、前記第１の幅は前記第２の幅と１μｍ～５μｍ異なる、請求項１または２に記載のレーザチップ。
【請求項4】
前記長手方向における前記第１アライメントマークは、前記ｎ領域の前記上面における前記活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて前記前面の近くの前記ｎ領域の上面に代替的に形成された、請求項１から３のいずれか一項に記載のレーザチップ。
【請求項5】
前記一対の第１垂直ストッパのそれぞれは、前記シリコンフォトニクスチップの表面の上方の高さに位置付けられた導波路ポートに対して垂直距離にある第２停止面を用いてそれぞれが画定された一対の第２垂直ストッパを含む表面にチップサイトを有する前記シリコンフォトニクスチップの設計に依存する前記活性領域に対して垂直距離にある第１停止面を用いて画定され、それにより、前記活性領域は、前記レーザチップがフリップされる際の前記導波路ポートの前記高さより０．５μｍ～０．７μｍ低く設定され、前記第１停止面が前記第２停止面と接合している表面における前記チップサイトに半田材料を介して前記ｐ領域を接合する、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザチップ。
【請求項6】
前記薄い金属膜は、前記ｐ領域の前記上面にコンタクト金属層を形成するための同じウェハプロセスで形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザチップ。
【請求項7】
前記ウェハプロセスはさらに、２つの隣接するレーザチップダイの境界を横切って前記ｐ領域の前記上面に前記薄い金属膜を形成する段階と、前記薄い金属膜を劈開するとともに前記２つのレーザチップの前記劈開された縁部と一致する前記前面を形成
するために、前記劈開された縁部を取得するために前記境界を介してウェハをダイシングする段階とを備える、請求項６に記載のレーザチップ。
するために、前記劈開された縁部を取得するために前記境界を介してウェハをダイシングする段階とを備える、請求項６に記載のレーザチップ。
【請求項8】
前記活性領域は、化合物半導体ＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＡおよびＡｌＧａＩｎＡのうち１または複数、またはこれらの組み合わせに基づくヘテロ接合構造を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載のレーザチップ。
【請求項9】
前記ｐ領域および前記ｎ領域は、それぞれｐ型またはｎ型のＩｎＰベースの化合物半導体を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載のレーザチップ。
【請求項10】
強化された３Ｄアライメント精度および公差でシリコンフォトニクスチップにレーザチップを接合する方法であって、前記方法は、
垂直方向におけるｐ領域とｎ領域との間に埋められた、長手方向において前面から裏面へと延伸する活性領域を有するチップ体を形成することと、前記チップ体のそれぞれの２つの側を超えて位置付けられた一対の第１垂直ストッパを形成することと、前記前面に近い前記ｐ領域の上面に、前記ｐ領域の前記上面における前記活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて、前記長手方向における第１アライメントマークを形成することと、前記前面と一致する劈開された縁部を有する薄い金属膜を形成することとを含む、レーザチップを提供する段階と、
凹状表面の上方の高さに位置付けられた導波路ポートを有する、前記シリコンフォトニクスチップの前記凹状表面におけるチップサイトを設定する段階であって、前記チップサイトは、前記凹状表面に立っている一対の第２垂直ストッパと、前記凹状表面における前記導波路ポートの垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいた、前記凹状表面における第２アライメントマークとを含む、段階と、
下を向いた前記ｐ領域の前記上面を有する前記レーザチップを、半田材料を介して、前記凹状表面における前記チップサイトに、前記活性領域と前記導波路ポートとの間の垂直アライメントを決定するために前記一対の第２垂直ストッパとそれぞれ接合する前記一対の第１垂直ストッパで接合する段階と、
前記第１アライメントマークを前記第２アライメントマークに位置合わせすることによって、横方向アライメントを決定する段階と、
前記薄い金属膜の前記劈開された縁部における反射コントラストに基づいて前記前面を特定することによって、長手方向アライメントを決定する段階と
を備える、方法。
垂直方向におけるｐ領域とｎ領域との間に埋められた、長手方向において前面から裏面へと延伸する活性領域を有するチップ体を形成することと、前記チップ体のそれぞれの２つの側を超えて位置付けられた一対の第１垂直ストッパを形成することと、前記前面に近い前記ｐ領域の上面に、前記ｐ領域の前記上面における前記活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて、前記長手方向における第１アライメントマークを形成することと、前記前面と一致する劈開された縁部を有する薄い金属膜を形成することとを含む、レーザチップを提供する段階と、
凹状表面の上方の高さに位置付けられた導波路ポートを有する、前記シリコンフォトニクスチップの前記凹状表面におけるチップサイトを設定する段階であって、前記チップサイトは、前記凹状表面に立っている一対の第２垂直ストッパと、前記凹状表面における前記導波路ポートの垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいた、前記凹状表面における第２アライメントマークとを含む、段階と、
下を向いた前記ｐ領域の前記上面を有する前記レーザチップを、半田材料を介して、前記凹状表面における前記チップサイトに、前記活性領域と前記導波路ポートとの間の垂直アライメントを決定するために前記一対の第２垂直ストッパとそれぞれ接合する前記一対の第１垂直ストッパで接合する段階と、
前記第１アライメントマークを前記第２アライメントマークに位置合わせすることによって、横方向アライメントを決定する段階と、
前記薄い金属膜の前記劈開された縁部における反射コントラストに基づいて前記前面を特定することによって、長手方向アライメントを決定する段階と
を備える、方法。
【請求項11】
前記チップサイトを設定する段階は、前記導波路ポートに対してサブミクロン精度での前記凹状表面の上方の前記一対の第２垂直ストッパのそれぞれに対して、第２停止面を画定する段階を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
一対の第１垂直ストッパを形成することは、前記シリコンフォトニクスチップの前記凹状表面の上方における前記一対の第２垂直ストッパのそれぞれに対する前記画定された第２停止面に応じて、前記レーザチップの前記活性領域に対して前記一対の第１垂直ストッパのそれぞれに対する第１停止面を画定することを有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記一対の第１垂直ストッパのそれぞれに対する前記第１停止面を画定することは、エッチング停止材料を、前記活性領域に対して画定された垂直距離を有する、且つ前記チップ体の前記ｐ領域の２つの側のそれぞれを超える画定された横方向距離を有する位置に配置する、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記一対の第１垂直ストッパのそれぞれに対する前記第１停止面を画定することはさらに、前記活性領域に対する前記第１停止面の前記画定された垂直距離と、前記第１停止面が前記第２停止面と接合することにつれて、前記凹状表面の上方の前記第２停止面とに基づいて、前記レーザチップの前記活性領域の位置を前記導波路ポートの高さから垂直に約０．５μｍ～０．７μｍ下に設定することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項15】
前記活性領域の前記位置を前記導波路ポートの前記高さから垂直に約０．５μｍ～０．７μｍ下に設定することは、＜３ｄＢの結合損失の限定下で前記シリコンフォトニクスチップの前記凹状表面における前記チップサイトに前記半田材料を介して前記レーザチップをフリップボンディングする場合の垂直アライメントの公差窓を２倍にすることを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記第１アライメントマークを形成することは、前記レーザチップのｎ領域に活性層を形成した後、前記活性領域が形成される前記活性層にわたって第１の幅の第１酸化膜マスクと、前記第１アライメントマークが前記第１酸化膜マスクに対してサブミクロン精度で横方向の位置に形成される前記活性層にわたって第２の幅の第２酸化膜マスクとを配置する段階であって、前記第１の幅は前記第２の幅より約１μｍ～５μｍ大きい、段階と、前記第１酸化膜マスクの下の前記活性領域と、前記第２酸化膜マスクの下の活性層のより狭い第２セクションとを除く前記活性層の大部分を除去するためのメサエッチングを実行する段階と、前記活性領域の周辺に第１電流遮断層と、前記活性層の前記より狭い第２セクションの周辺に第２電流遮断層とを形成する段階であって、より速い再成長速度が、前記第２酸化膜マスクの周辺の領域に誘発されるより、前記第１酸化膜マスクの周辺の領域に誘発される、段階と、前記第１酸化膜マスクおよび前記第２酸化膜マスクを除去する段階と、前記活性領域の周辺においてより速い成長速度で、前記活性層の前記より狭い第２セクションの周辺においてより遅い成長速度で、前記レーザチップのｐ領域の再成長を実行する段階と、前記活性領域の上方に比較的に平坦な領域と、前記活性層の前記より狭い第２セクションの上方の長手方向において短い長さを有する隆起特徴とを含む上面を有する前記ｐ領域の形成を完了するために最終成長を実行する段階であって、前記隆起特徴は前記第１アライメントマークになる、段階とを備える、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項17】
前記第１アライメントマークを形成することは、前記レーザチップのｎ領域に活性層を形成した後、前記活性領域が形成される前記活性層にわたって第１の幅の第１酸化膜マスクと、前記第１アライメントマークが前記第１酸化膜マスクに対してサブミクロン精度で横方向の位置に形成される前記活性層にわたって第２の幅の第２酸化膜マスクとを配置する段階であって、前記第１の幅は前記第２の幅より約１μｍ～５μｍ小さい、段階と、前記第１酸化膜マスクの下の前記活性領域と、前記第２酸化膜マスクの下の活性層のより広い第２セクションとを除く前記活性層の大部分を除去するためのメサエッチングを実行する段階と、前記活性領域の周辺に第１電流遮断層と、前記活性層の前記より広い第２セクションの周辺に第２電流遮断層とを形成する段階であって、より遅い再成長速度が、前記第２電流遮断層の上方に誘発されるより、前記第１電流遮断層の上方に誘発される、段階と、前記第１酸化膜マスクおよび前記第２酸化膜マスクを除去する段階と、前記活性領域の周辺においてより遅い成長速度で、前記活性層の前記より広い第２セクションの周辺においてより速い成長速度で、前記レーザチップのｐ領域の再成長を実行する段階と、前記活性領域の上方に比較的に平坦な領域と、前記活性層の前記より広い第２セクションの上方の長手方向において短い長さを有する谷線特徴とを含む上面を有する前記ｐ領域の形成を完了するために最終成長を実行する段階であって、前記谷線特徴は前記第１アライメントマークになる、段階とを備える、請求項１０から１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項18】
前記薄い金属膜を形成することは、２つの隣接するレーザチップダイの境界を横切って形成された前記薄い金属膜を含む前記ｐ領域の前記上面に金属コンタクト層を形成するためのウェハプロセスを実行する段階を含み、前記ウェハプロセスはさらに、前記薄い金属膜を劈開することで前記劈開された縁部を取得するとともに、２つのレーザチップの前記劈開された縁部と一致する前記前面を形成するために、前記境界を介してダイシングを行う段階を含む、請求項１０から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項19】
強化された受動アライメントフィーチャを有するシリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップであって、
垂直方向におけるｐ領域とｎ領域とで作製された、長手方向において前面から裏面へと延伸するチップ体と、
前記チップ体の２つの側を超えてそれぞれ形成された一対の第１垂直ストッパと、
前記垂直方向における前記ｐ領域と前記ｎ領域との間の前記チップ体に埋められた、前記長手方向において前記前面から前記裏面へと延伸する直線形状の活性領域と、
前記前面に近い前記ｐ領域の上面に、前記ｐ領域の前記上面における前記活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて形成された前記長手方向の第１アライメントマークと
を備える、レーザチップ。
垂直方向におけるｐ領域とｎ領域とで作製された、長手方向において前面から裏面へと延伸するチップ体と、
前記チップ体の２つの側を超えてそれぞれ形成された一対の第１垂直ストッパと、
前記垂直方向における前記ｐ領域と前記ｎ領域との間の前記チップ体に埋められた、前記長手方向において前記前面から前記裏面へと延伸する直線形状の活性領域と、
前記前面に近い前記ｐ領域の上面に、前記ｐ領域の前記上面における前記活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて形成された前記長手方向の第１アライメントマークと
を備える、レーザチップ。
【請求項20】
強化された受動アライメントフィーチャを有するシリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップであって、
垂直方向におけるｐ領域とｎ領域とで作製された、長手方向において前面から裏面へと延伸するチップ体と、
前記垂直方向における前記ｐ領域と前記ｎ領域との間の前記チップ体に埋められた、前記長手方向において前記前面から前記裏面へと延伸する直線形状の活性領域と、
前記前面に近い前記ｐ領域の上面に、前記ｐ領域の前記上面における前記活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて形成された前記長手方向の第１アライメントマークと、
前記前面と共有されている劈開された縁部を有する前記ｐ領域の前記上面における薄い金属膜と
を備える、レーザチップ。
垂直方向におけるｐ領域とｎ領域とで作製された、長手方向において前面から裏面へと延伸するチップ体と、
前記垂直方向における前記ｐ領域と前記ｎ領域との間の前記チップ体に埋められた、前記長手方向において前記前面から前記裏面へと延伸する直線形状の活性領域と、
前記前面に近い前記ｐ領域の上面に、前記ｐ領域の前記上面における前記活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて形成された前記長手方向の第１アライメントマークと、
前記前面と共有されている劈開された縁部を有する前記ｐ領域の前記上面における薄い金属膜と
を備える、レーザチップ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【0001】
本発明は、光通信技法に関する。より具体的には、本発明は、強化された受動アライメントを有するシリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップおよび方法を提供する。
【0002】
過去数十年間で、通信ネットワークの使用が普及した。インターネットの黎明期には、主要な用途は、電子メール、掲示板、および、概ね情報のためのテキストベースのウェブページサーフィンに限定され、転送されるデータ量は通常、比較的小さかった。現代、インターネットおよびモバイルアプリケーションは、写真、映像、音楽および他のマルチメディアファイルを転送するために大量の帯域幅を必要とする。例えば、Ｆａｃｅｂｏｏｋ（登録商標）などのソーシャルネットワークは、毎日５００ＴＢより多くのデータを処理する。データおよびデータ転送に対するそのような高い需要により、既存のデータ通信システムは、これらの必要性に対処するために改善される必要がある。
【0003】
既存のシングルモードファイバに代わる、４０Ｇｂｉｔ／ｓおよび１００Ｇｂｉｔ／ｓデータレート広帯域ＤＷＤＭ（高密度波長分割多重方式）光伝送が、次世代の光ファイバ通信ネットワークの目標である。より最近では、マイクロエレクトロニクスチップと共存する大規模なフォトニック集積回路を製造するために、光学コンポーネントがシリコン基板に統合されている。フィルタ、（デ）マルチプレクサ、スプリッタ、変調器、および光検出器を含む全てのフォトニックコンポーネントが、主にシリコンフォトニクスプラットフォームで示される。シリコン・オン・インシュレータ基板上のシリコンフォトニクスプラットフォームは、１３００ｎｍおよび１５５０ｎｍの標準ＷＤＭ通信帯域に特に適している。これは、シリコン（ｎ＝３．４８）およびその酸化物ＳｉＯ２（ｎ＝１．４４）の両方が透明であり、高屈折率差を有し、中‐高集積シリコンフォトニクス集積回路（ＳＰＩＣ）に理想的に適している閉じ込め性能が高い導波路を形成するからである。
【0004】
シリコンフォトニクスプラットフォームにおける半導体レーザは、多くの光電気通信アプリケーションのために実装されている。いくつかのアプリケーションにおいて、レーザチップは、スペクトル効率を向上させる広帯域高速光通信のために、フリップチップボンディングによってシリコンフォトニクスに適用される。しかしながら、垂直方向、長手方向、および横方向において優れた信頼性の高い受動アライメントを実現するためには技術的課題が存在する。したがって、改善された技術が望まれる。［発明の概要］
【0005】
本発明は、光通信技法に関する。より具体的には、本発明は、強化された３Ｄ受動アライメントを有するシリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップおよび方法を提供する。より具体的には、本発明は、シリコンフォトニクスチップにおけるレーザと導波路との間の３Ｄ受動アライメントにおいてサブミクロン精度を有するように構成されたレーザチップを提供する。これは、他の応用も可能であるが、光損失が＜３ｄＢであり、様々な高速データ通信アプリケーションの場合の２倍の垂直アライメントの公差窓を有する。
【0006】
実施形態において、本発明は、３Ｄ受動アライメントフィーチャを有するシリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップを提供する。レーザチップは、垂直方向におけるｐ領域とｎ領域とで作製された、長手方向において前面から裏面へと延伸するチップ体を含む。レーザチップはさらに、ｎ領域のより広い幅に基づいて、チップ体の２つの側を超えてそれぞれ形成された一対の第１垂直ストッパを含む。さらに、レーザチップは、垂直方向におけるｐ領域とｎ領域との間のチップ体に埋められた、長手方向において前面から裏面へと延伸する直線形状の活性領域を含む。さらに、レーザチップは、前面に近いｐ領域の上面に、ｐ領域の上面における活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて形成された長手方向の第１アライメントマークを含む。さらに、レーザチップは、前面と共有されている劈開された縁部を有するｐ領域の表面における薄い金属膜を含む。
【0007】
代替的な実施形態において、本発明は、強化された３Ｄアライメント精度および公差でシリコンフォトニクスチップにレーザチップを接合する方法を提供する。方法は、垂直方向におけるｐ領域とｎ領域との間に埋められた、長手方向において前面から裏面へと延伸する活性領域を有するチップ体を形成する段階と、チップ体のそれぞれの２つの側を超えて位置付けられた一対の第１垂直ストッパを形成する段階と、前面に近いｐ領域の上面に、ｐ領域の上面における活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて、長手方向における第１アライメントマークを形成する段階と、前面と一致する劈開された縁部を有する薄い金属膜を形成する段階とを含む、レーザチップを提供するプロセスを含む。方法はさらに、凹状表面の上方の高さに位置付けられた導波路ポートを有する、シリコンフォトニクスチップの凹状表面におけるチップサイトを設定する段階を含む。チップサイトは、凹状表面に立っている一対の第２垂直ストッパと、凹状表面における導波路ポートの垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいた、凹状表面における第２アライメントマークとを含む。さらに、方法は、下を向いたｐ領域の上面を有するレーザチップを、半田材料を介して、凹状表面におけるチップサイトに、活性領域と導波路ポートとの間の垂直アライメントを決定するために一対の第２垂直ストッパとそれぞれ接合する一対の第１垂直ストッパで接合する段階を含む。さらに、方法は、第１アライメントマークを第２アライメントマークに位置合わせすることによって、横方向アライメントを決定する段階を含む。さらに、方法は、薄い金属膜の劈開された縁部における反射コントラストに基づいて前面を特定することによって、長手方向アライメントを決定する段階を含む。
【0008】
別の代替的な実施形態において、本発明は、強化された受動アライメントフィーチャを有するシリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップを提供する。レーザチップは、垂直方向におけるｐ領域とｎ領域とで作製された、長手方向において前面から裏面へと延伸するチップ体を含む。さらに、レーザチップは、チップ体の２つの側を超えてそれぞれ形成された一対の第１垂直ストッパを含む。さらに、レーザチップは、垂直方向におけるｐ領域とｎ領域との間のチップ体に埋められた、長手方向において前面から裏面へと延伸する直線形状の活性領域を含む。さらに、レーザチップは、前面に近いｐ領域の上面に、ｐ領域の上面における活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて形成された長手方向の第１アライメントマークを含む。
【0009】
さらに別の代替的な実施形態において、本発明は、強化された受動アライメントフィーチャを有するシリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップを提供する。レーザチップは、垂直方向におけるｐ領域とｎ領域とで作製された、長手方向において前面から裏面へと延伸するチップ体を含む。さらに、レーザチップは、垂直方向におけるｐ領域とｎ領域との間のチップ体に埋められた、長手方向において前面から裏面へと延伸する直線形状の活性領域を含む。さらに、レーザチップは、前面に近いｐ領域の上面に、ｐ領域の上面における活性領域の垂直投影線に対してサブミクロン精度で画定された横方向距離をおいて形成された長手方向の第１アライメントマークを含む。さらに、レーザチップは、前面と共有されている劈開された縁部を有するｐ領域の表面における薄い金属膜を含む。
【0010】
本発明は、シリコンフォトニクスプラットフォームに関連付けられた半導体レーザの既知の技術の文脈で、これらの利点および他の利点を実現する。しかしながら、本発明の性質および特長の更なる理解は、明細書および添付図面の後者の部分を参照することによって実現され得る。
【図面の簡単な説明】
【0011】
以下の図は単に例であり、本明細書の特許請求の範囲を不当に限定するべきでない。当業者であれば、多くの他の変形形態、修正形態、および代替形態を認識するであろう。また、本明細書に記載される例および実施形態は、例示のみを目的とし、それらを考慮した様々な修正または変更が当業者に示唆され、添付の特許請求の範囲のこのプロセスおよび範囲の趣旨および権限に含まれるものとすることを理解すべきである。
【0012】
【図1A】本発明の実施形態に係る、シリコンフォトニクスチップのチップサイト上に接合する、３Ｄアライメントフィーチャを有するレーザフリップチップの上面図である。
【0013】
【図1B】本発明の実施形態に係る、シリコンフォトニクスチップの凹状表面におけるチップサイト上に接合する、３Ｄアライメントフィーチャを有するレーザフリップチップの側面図である。
【0014】
【図2】本発明の実施形態に係る、シリコンフォトニクスチップ上におけるレーザフリップチップボンディングに対する光結合効率対垂直位置ずれのプロットである。
【0015】
【図3A】本発明の実施形態に係る、レーザダイオードのクラッド層の再成長前に、レーザチップに横方向アライメントマークを形成する方法を示す概略図である。
【0016】
【図3B】本発明の実施形態に係る、レーザダイオードのクラッド層の再成長後に、レーザチップに横方向アライメントマークを形成する方法を示す概略図である。
【0017】
【図4】本発明の実施形態に係る、クラッド層の再成長後にアライメントマークを形成するための活性層にわたってのＩｎＰ成長速度対酸化膜マスクの幅のプロットである。
【0018】
【図5A】本発明の実施形態に係る、レーザチップに横方向アライメントマークを形成する方法を示す概略図である。
【図5B】本発明の実施形態に係る、レーザチップに横方向アライメントマークを形成する方法を示す概略図である。
【図5C】本発明の実施形態に係る、レーザチップに横方向アライメントマークを形成する方法を示す概略図である。
【図5D】本発明の実施形態に係る、レーザチップに横方向アライメントマークを形成する方法を示す概略図である。
【0019】
【図6A】本発明の別の実施形態に係る、レーザダイオードのクラッド層の再成長前に、レーザチップに横方向アライメントマークを形成する方法を示す概略図である。
【0020】
【図6B】本発明の別の実施形態に係る、レーザダイオードのクラッド層の再成長後に、レーザチップに横方向アライメントマークを形成する方法を示す概略図である。
【0021】
【図7】本発明の実施形態に係る、レーザチップの前面を特定するための薄い金属膜を形成する方法を示す概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明は、光通信技法に関する。より具体的には、本発明は、強化された３Ｄ受動アライメントを有するシリコンフォトニクスチップにおけるフリップチップボンディングのためのレーザチップおよび方法を提供する。より具体的には、本発明は、シリコンフォトニクスチップにおけるレーザと導波路との間の３Ｄ受動アライメントにおいてサブミクロン精度を有するように構成されたレーザチップを提供する。これは、他の応用も可能であるが、光損失が＜３ｄＢであり、様々な高速データ通信アプリケーションの場合の２倍の垂直アライメントの公差窓を有する。
【0023】
以下の説明は、当業者が本発明を作成および使用して、特定の用途のコンテキストに組み込むことができるようにするために提示される。様々な修正形態、および、異なる用途における様々な使用が、当業者にとって容易に明らかであり、本明細書に規定される一般原理は、広範囲の実施形態に適用され得る。したがって、本発明は、提示される実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示される原理および新規の特徴と一貫した、最も広い範囲に一致する。
【0024】
本発明のより完全に理解を提供すべく、以下の詳細な説明において、多くの具体的な詳細が記載される。しかしながら、本発明は必ずしもこれら具体的な詳細に限定されることなく実施され得ることは当業者にとって明らかである。他の例において、本発明を不明瞭化することを回避すべく、周知の構造およびデバイスは、詳細に記載されるのではなく、ブロック図の形式で示されている。
【0025】
読者の注意は、本明細書と同時に提出された、本明細書とともに公衆の調査に晒されるすべての紙面および文書に向けられ、すべてのそのような紙面および文書の内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。本明細書（任意の添付の特許請求の範囲、要約書、図面を含む）に開示されるすべてのフィーチャは、別様に明示的に述べられない限り、同一、同等、または同様の目的を果たす代替的なフィーチャに置き換えられ得る。したがって、別様に明示的に述べられない限り、開示された各フィーチャは、一般的な一連の同等または同様のフィーチャの一例に過ぎない。
【0026】
さらに、指定された機能を実行する「手段」、または特定の機能を実行する「段階」を明示的に述べない特許請求の範囲における任意の要素は、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．Ｓｅｃｔｉｏｎ １１２，Ｐａｒａｇｒａｐｈ ６において指定される「手段」または「段階」項目として解釈されるものではない。特に、本明細書の特許請求の範囲における「段階」または「動作」の使用は、３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ．１１２，Ｐａｒａｇｒａｐｈ ６の規定を援用することを意図するものではない。
【0027】
使用される場合、内側、外側、左、右、前、後、上部、底部、端、側、順方向、逆方向、垂直、長手、横方向、凹部、隆起状、谷状、時計回りおよび反時計回りというラベルは、便宜上の目的でのみ使用されており、任意の特定の固定された方向を示唆することを意図するものではないことに留意されたい。代わりにそれらは、対象の様々な部分の間の相対的な位置および／または方向を反映するために使用される。
【0028】
ある態様において、本開示は、強化された３Ｄ受動アライメントでシリコンフォトニクスチップにフリップチップボンディングするための半導体レーザチップを提供する。一例において、レーザは、シリコンフォトニクスプラットフォームにおける広帯域波長調整可能レーザに適用される半導体光増幅器の高出力操作性のために構成され得る。図１Ａは上面図であり、図１Ｂは本発明の実施形態に係る、シリコンフォトニクスチップの凹状表面におけるチップサイト上に接合する、３Ｄアライメントフィーチャを有するレーザフリップチップの側面図である。この図は単に一例であり、本明細書の特許請求の範囲を不当に限定するべきでない。当業者であれば、多くの変形形態、代替形態、および修正形態を認識するであろう。示されるように、上面図において、上を向いているｐ領域１０３と下を向いているｎ領域１０５とを有するレーザチップが図の左側に示される。レーザチップは、ｐ領域１０３とｎ領域１０５との間に位置付けられ、前面１０７から裏面１０８へと長手方向（ｙ方向）において延伸する、活性領域１０１（実際にはｐ領域１０３の下方に位置付けられるべきであり、上面図において直接見えることはない）を含む。任意選択的に、ｎ領域１０５は、ｐ領域１０３より広い幅を有する。一対の第１垂直ストッパ２０１が、ｎ領域１０５のより広い幅に基づいて、ｐ領域１０３の２つの反対側を超えて形成される。任意選択的に、第１垂直ストッパ２０１は、ｙ方向に沿って細長い形状を有する。この上面図において、レーザチップはまた、１つまたは２つのアライメントマーク２０３をｐ領域１０３の上面に含む。各アライメントマーク２０３は、前面１０７に近い長手（ｙ）方向に沿っている線形状のフィーチャの一部分であり、ｐ領域１０３の上面における活性領域１０１の投影線から横方向距離ｄをおいてそれぞれ位置付けられている。任意選択的に、２つのアライメントマークが、２つの側において対称的に、ｐ領域１０３の上面における活性領域１０１の投影線に対して等しい距離ｄをおいて、形成される。任意選択的に、距離ｄは、フォトリソグラフィマスキングを使用するとともに、レーザ活性領域１０１の周辺にレーザ閉じ込め／クラッド層の再成長プロセスを実行することによって、サブミクロン精度で制御され得る。さらに、薄い金属膜２０５が、長手（ｙ）方向におけるアライメントを容易にするために顕微鏡下におけるレーザの前面の位置を特定するように構成されている、前面１０７と共有されている縁部を有するように形成される。
【0029】
図１Ａを参照すると、上面図において、レーザチップは、シリコンフォトニクスチップの表面３０上の予めセットアップされたチップサイト３００に対してフリップチップボンディングされるように設計される。上面図の中央に示されるように、チップサイト３００は、シリコンフォトニクスチップの表面３０上に立っており、ｙ方向に沿って細長い形状を有し、一対の第１垂直ストッパ２０１に実質的に等しい横方向間隔を有する、少なくとも一対の第２垂直ストッパ３０１を含む。チップサイト３００にはまた、シリコンフォトニクスチップの表面３０の表面に内接している２つのアライメントマーク３０３が形成され、これらは、サブミクロン精度で横方向（ｘ）方向においてレーザチップ上のアライメントマーク２０３と位置合わせするように設計されている。
【0030】
図１Ａを再び参照すると、右側の上面図において、レーザチップは、シリコンフォトニクスチップの表面３０におけるチップサイト３００にフリップボンディングされる。フリップチップボンディング位置において、レーザチップの上の一対の第１垂直ストッパ２０１は、表面３０の上の一対の第２垂直ストッパの上に停止しているかまたはそれと接合しており、これは、一対の第１垂直ストッパ２０１と一対の第２垂直ストッパ３０１との両方が実質的に等しい横方向間隔を有するからである。後ほど示されるように、第１垂直ストッパおよび第２垂直ストッパのそれぞれは、特定の高さ設計を有しており、レーザチップの活性領域１０１をシリコンフォトニクスチップにおける導波路と垂直（ｚ）方向において位置合わせさせる。これは、比較的に大きい垂直距離の公差窓での所望の＜３ｄＢの光結合損失を有する。レーザチップのアライメントマーク２０３は、シリコンフォトニクスチップの表面３０上のアライメントマーク３０３に位置合わせするのに使用されることにより、レーザチップの活性領域１０１がサブミクロン精度で横方向（ｘ）方向において導波路と位置合わせされて、活性領域から導波路に通過するレーザ光の＜３ｄＢの結合損失の達成をサポートし得る。薄い金属膜２０５は、前面１０７の位置を特定するための光学反射の良好なコントラストを生成するのに使用され得る。これは、活性領域から導波路に通過するレーザ光の＜３ｄＢの結合損失の達成をサポートするための、長手ｙ方向におけるアライメントのための重要な基準点である。
【0031】
図１Ｂを参照すると、側面図の上部は、シリコンフォトニクスチップの凹状表面３０上のレーザチップのフリップボンディングの（ｘ方向に沿っている）ＡＡ'平面に沿った断面図を示す。示されるように、ｐ領域１０３は、下を向くようになり、半田材料３０５を介して、シリコンフォトニクスチップの凹状表面３０（上のチップサイト３００）と接合する。同時に、一対の第１垂直ストッパ２０１を接近させて一対の第２垂直ストッパ３０１に接合させることで、活性領域１０１の垂直位置を決定する一方、ｐ領域の表面は余分の半田材料３０５を離れるように柔軟に押して、凹状表面３０の上部における半田材料３０５の残りの部分に定着し得る。
【0032】
側面図の下部は、シリコンフォトニクスチップの凹状表面３０における半田材料３０５を介したレーザチップのフリップボンディングのＢＢ'平面に沿った（ｙ方向に沿った）断面図を、ｐ領域１０３（底部）とｎ領域１０５（上部）との間に置かれた実質的に直線形状の活性領域１０１とともに示す。任意選択的に、活性領域１０１は、ｐ領域が半田材料３０５を介して凹状表面３０に定着すると、凹状表面３０の上方に高さｈ１であるように配置される。それがシリコンフォトニクスチップに形成されると、光導波路３１０は、レーザフリップチップの前面１０７を向いている凹状表面３０に関連付けられた側壁における受信ポートとともに、ｙ方向に沿って水平に置かれる。任意選択的に、側壁におけるポートを含む光導波路３１０は、凹状表面３０の上方に高さｈ２を有するように設計される。線形活性領域１０１と光導波路３１０との間において最大結合効率を有する理想的な光学アライメントは、図２に示されるように、ｈ１＝ｈ２または垂直方向の位置ずれｇ＝ｈ１－ｈ２＝０になるように完全な垂直アライメントを要求する。
【0033】
図２を参照すると、完全な垂直アライメントに対応する最大結合効率は、約－２ｄＢの結合損失に関連付けられ得る。レーザフリップチップボンディングの場合、シリコンフォトニクスチップにおける導波路ポートに対するレーザの活性領域の垂直アライメント位置は、レーザチップ内の活性領域に対する一対の第１垂直ストッパと、シリコンフォトニクスチップ内の光導波路に対する一対の第２垂直ストッパとの相対的位置によって主に決定される。活性領域１０１を側壁における光導波路３１０のポートに垂直方向の位置ずれｇ＝０であるように完璧に位置合わせする場合、最大結合効率が潜在的に与えられる。しかし、実際には、第２（または第１）垂直ストッパの停止面に形成されたいくつかの破片が常に存在し得、それにより、それらがレーザチップにまとめて接合される場合、活性領域１０１はより高い位置に配置されるように物理的に強制される。これは、最悪の許容可能な結合効率が－３ｄＢで与えられると、活性領域と光導波路３１０との間の結合効率がＲ０の範囲に含まれるようにする。Ｒ０は、したがって、垂直アライメントの公差範囲になる。任意選択的に、公差範囲Ｒ０は、０から約０．５～０．７μｍである。
【0034】
本発明の実施形態において、レーザチップの垂直アライメント設計は、レーザチップの形成プロセスの間、レーザチップが接合される対応するシリコンフォトニクスチップにおける凹状表面３０の上の光導波路３１０に対する第２垂直ストッパ３０１の停止面の垂直高さに基づいて、活性領域１０１に対するレーザチップにおける一対の第１垂直ストッパ２０１の停止面の垂直高さを調整するためのものである。ここで参照される停止面は、垂直ストッパの端面である。第１垂直ストッパ２０１の垂直高さは、ｎ領域１０３に対してより広い幅を有するｎ領域１０５におけるその基部に対する対応する停止面の高さである。第２垂直ストッパ３０１の垂直高さは、凹状表面３０におけるその基部に対する停止面に対応する高さである。垂直アライメント設計のターゲットは、光導波路３１０の約－０．５μｍ～－０．７μｍ下に垂直方向の位置ずれｇ＜０を意図的に設定するためのものである。この実施形態において、図２に示されるように、活性領域１０１と光導波路３１０との間の－３ｄＢの同じ許容可能な結合効率に対して、垂直アライメントの公差範囲Ｒ１は、ウィンドウサイズが－０．５～－０．７μｍから＋０．５～０．７μｍとほぼ２倍になる。
【0035】
別の態様において、本発明は、サブミクロン精度の３Ｄ受動光学アライメントでシリコンフォトニクスチップにフリップチップボンディングするためのレーザチップセットを形成する方法を提供する。図１は、サブミクロン精度の垂直アライメント公差を制御／調整するために垂直ストッパを使用するフィーチャと、シリコンフォトニクスチップのチップサイトにおける横方向アライメントを実現するためのレーザチップのｐ領域の上面のアライメントマークのフィーチャとを示す。図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施形態に係る、レーザダイオードのクラッド層の再成長前および再成長後に、レーザチップに横方向アライメントマークを形成する方法を示す概略図である。この図は単に一例であり、本明細書の特許請求の範囲を不当に限定するべきでない。当業者であれば、多くの変形形態、代替形態、および修正形態を認識するであろう。
【0036】
実施形態において、図３Ａは、レーザチップの形成プロセスの途中における概略図を示す。示されるように、活性層４００は、閉じ込め／クラッド層４０にわたって形成される。動作波長スペクトルに応じて、活性層４００は、１または複数の化合物半導体、または、多重量子井戸構造として構成されたＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＮＡ、ＧａＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＡおよびＡｌＧａＩｎＡの組み合わせを含む異なる半導体材料を含む。閉じ込め／クラッド層４０は通常、様々なドーピングプロファイルと、活性層４００のそれと比較して異なるエネルギーギャップとを有するＩｎＰベースの半導体材料を含む。任意選択的に、閉じ込め／クラッド層４０は、ｎ型不純物でドーピングされ、ｎ領域１０５（レーザチップのｎ領域１０５、図１を参照）として構成される。
【0037】
図３Ａを参照すると、３Ｄ受動光学アライメントでシリコンフォトニクスチップにフリップチップボンディングするためのレーザチップセットを形成する方法は、活性領域１０１（図１）が形成される活性層４００にわたって第１の幅ｗ１の第１酸化膜マスク４０１を、第１アライメントマークが形成される活性層４００にわたって第２の幅ｗ２の第２酸化膜マスク４０２を配置することを含む。図３Ａは、幅ｗ１の第１酸化膜マスク４０１から横方向距離ｓだけ離れて形成された幅ｗ２の第２酸化膜マスク４０２を示す断面図である。これは、マスキングおよびフォトリソグラフィの成熟した技術を使用して行われ、ｗ１、ｗ２およびｓの寸法を設定するためのサブミクロン精度を実現し得る。任意選択的に、第１の幅ｗ１は、約１．５μｍ～３．５μｍに設定される。任意選択的に、第２の幅ｗ２は、図３Ａに示されるように、第１の幅ｗ１より約０．１μｍ～２μｍ、または１～３．５μｍ小さく設定される。任意選択的に、第２の幅ｗ２は、別の実施形態において図６Ａに示されるように、第１の幅ｗ１より約２．５μｍ～８．５μｍ、または１μｍ～５μｍ大きく設定される。任意選択的に、第１の幅ｗ１および第２の幅ｗ２は、サブミクロン精度で、それらの横方向の位置において１μｍと５μｍとの間の差を有するように構成されている。任意選択的に、第２酸化膜マスクと同様の第３酸化膜マスクが、等間隔ｄをおいて第１酸化膜マスクの反対側に形成され得、これは対称の第１アライメントマークを形成することを意図している。
【0038】
図３Ｂを参照すると、３Ｄ受動光学アライメントでシリコンフォトニクスチップにフリップチップボンディングするためのレーザチップセットを形成する方法は、レーザチップのｐ領域の再成長の上面にアライメントマーク２０３を形成すべく、図３Ａに示される構造に適用された再成長プロセスを実行する段階を含む。図３Ｂは、ｐ型の閉じ込め／クラッド層４０'とｎ型の閉じ込め／クラッド層４０との間に、第１酸化膜マスクの下の活性領域１０１と、第２酸化膜マスク（４０２）下の活性層（４００）のより狭いセクション１１２とを残しつつマスクが除去されたｐ型の閉じ込め／クラッド層４０'の再成長によって形成された、仕上げられたｐ領域の断面図を示す。この断面図には図示されていないが、活性領域１０１は、レーザチップの前面から裏面にかけて（断面に対して垂直である）長手ｙ方向において延伸する長い長さを有しており、その一方、より狭いセクション１１２は、長手ｙ方向においては単なる短い長さを有していることに留意されたい。特に、仕上げられたｐ領域の上面は、近傍のｐ型の閉じ込め／クラッド層４０'のより均一な成長速度に起因する活性領域１０１の形成をもたらした、先に配置された第１酸化膜マスクにわたって比較的に平坦化された領域４１１を有するプロファイルを含み、近傍のｐ型の閉じ込め／クラッド層４０'のより遅い成長速度に起因する活性層のより狭いセクション１１２の形成をもたらした、先に配置された第２酸化膜マスクにわたって短い長さを有する小さいピーク状／隆起状の隆起領域２０３の近くに、浅いバンカー領域４１３をも含む。
【0039】
図４は、本発明の実施形態に係る、クラッド層の再成長後にアライメントマークを形成するための活性層にわたってのＩｎＰ成長速度対酸化膜マスクの幅のプロットである。示されるように、異なる酸化膜マスクに関連付けられた再成長プロセス下でのクラッド層の成長は、再成長プロセスにおけるＩｎＰベースのクラッド層の成長増大は、酸化膜マスクの幅にほぼ線形的に依存するという興味深い効果を示す。この効果は、第２の幅ｗ２の第２酸化膜マスクに関連付けられた領域におけるＩｎＰベースの材料の成長速度を、マスクが除去された後の再成長プロセスの間、ｗ２より大きい第１の幅ｗ１（ｗ１＞ｗ２）の第１酸化膜マスクに関連付けられた領域におけるＩｎＰベースの材料の成長速度に対してより小さくさせる（図３Ａを参照）。したがって、再成長プロセスが進むにつれて、浅いバンカー領域４１３が形成され、先に配置された第２酸化膜マスク４０２（現在は、クラッド層の中央に残っている活性層１１２のより狭いセクションによって示されている）の位置の上部に対して実質的に垂直で位置付けられている、短い長さの隆起状の隆起領域２０３が効果的に形成させられる（図３Ｂ）。任意選択的に、第２の１つの隆起状の隆起領域が、活性領域に対して等間隔ｄを有する他の側における第３酸化膜マスクに基づいて形成され得る。
【0040】
図６Ａに示される別の実施形態において、第２マスク４０２の第２の幅ｗ２は、第１酸化膜マスク４０１の第１の幅ｗ１より大きくすることができる。任意選択的に、第１の幅ｗ１および第２の幅ｗ２は、サブミクロン精度でｓだけ離れて、それらの横方向の位置において１μｍと５μｍとの間の差を有するように構成されている。任意選択的に、第１の幅ｗ１は、約１．５μｍ～３．５μｍに設定される。第２の幅ｗ２は、約２．５μｍ～８．５μｍに設定される。図４に示される成長増大の効果は依然として同様に作用し、それにより、再成長プロセスにおけるＩｎＰベースのクラッド層の成長増大は、酸化膜マスクの幅にほぼ線形的に依存する。第２酸化膜マスクの近くの領域の周辺のクラッド層の成長速度は、第１酸化膜マスクの近くの領域の周辺のそれより大きくなる。再成長プロセスが図６Ａに示された構造に適用されると、異なる酸化膜マスクの幅に対して異なる成長速度を有する再成長プロセスは、レーザチップのｐ領域の再成長の上面の上にアライメントマーク２０３'（図６Ｂ）の形成をもたらす。図６Ｂは、ｐ型の閉じ込め／クラッド層４０'とｎ型の閉じ込め／クラッド層４０との間に、第１酸化膜マスクの下の活性領域１０１と、第２酸化膜マスク（４０２'）下の活性層（４００）のより広いセクション１１２'とを残しつつマスクが除去されたｐ型の閉じ込め／クラッド層４０'の再成長によって形成された、仕上げられたｐ領域の断面図を示す。この断面図には図示されていないが、活性領域１０１は、レーザチップの前面から裏面にかけて（断面に対して垂直である）長手ｙ方向において延伸する長い長さを有しており、その一方、より短いセクション１１２は、長手ｙ方向においては単なる短い長さを有していることに留意されたい。図６Ｂにおける仕上げられたｐ領域の上面は、近傍のｐ型の閉じ込め／クラッド層４０'のより均一な成長速度に起因する活性領域１０１の形成をもたらした、先に配置された第１酸化膜マスクにわたって比較的に平坦化された領域４１１を有するプロファイルを含み、近傍のｐ型の閉じ込め／クラッド層４０'のより速い成長速度に起因する活性層のより広いセクション１１２'の形成をもたらした、先に配置された第２酸化膜マスクにわたって短い長さを有する谷状の窪み領域２０３'の近くに、小山領域４４３をも含む。
【0041】
最終的には、レーザチップのｐ領域は、上面を有するｐ領域の形成の最終成長の後に形成されるので、隆起状の隆起領域２０３または谷状の窪み領域２０３'は、周囲の浅いバンカー領域４１３より高くなるように、または周囲の小山領域４４３より低くなるように形成され、図１において見られるように、ｐ領域の上面の上の第１アライメントマーク２０３または２０３'になる。任意選択的に、第１アライメントマーク２０３（２０３'）は、第１酸化膜マスク４０１に対する先に配置された第２酸化膜マスク４０２と同じである、ｐ領域の上面の上の活性領域１０１の投影線に対する横方向の位置を有する。酸化膜マスクはその横方向の位置においてサブミクロン精度で置かれ得るので、レーザチップの上に形成された第１アライメントマーク２０３（２０３'）は、シリコンフォトニクスチップへのレーザフリップチップボンディングのための所望の横方向アライメントを実現するために使用され得るのと同じサブミクロン精度を有する。任意選択的に、同様の隆起状／谷状の領域を有する別の第１アライメントマークが、ｐ領域の上面における活性領域の投影線に対して等間隔ｄをおいて反対側に対称的に形成され得る。
【0042】
図５Ａから図５Ｄは、本発明の実施形態に係る、レーザチップに横方向アライメントマークを形成する方法を示す概略図である。これら図は単に一例であり、本明細書の特許請求の範囲を不当に限定するべきでない。当業者であれば、多くの変形形態、代替形態、および修正形態を認識するであろう。特定の実施形態において、方法は、活性領域１０１（図１）が形成される活性層４００にわたって第１酸化膜マスク４０１と、その上にアライメントマークが形成される活性層４００にわたって第２の幅ｗ２の第２酸化膜マスク４０２とを配置する段階を含む。任意選択的に、酸化物層は、活性層４００の上層に堆積される。パターニング／リソグラフィ処理が酸化物層に実行されて、第１の幅ｗ１（および前面位置から裏面位置へと長手ｙ方向において延伸される第１長さ）を有する第１マスク４０１と、第２の幅ｗ２（および第１長さに平行して約１μｍであるかまたはそれより短い第２長さ）を有する第２マスク４０２とを画定する。任意選択的に、第１の幅ｗ１および第２の幅ｗ２は、サブミクロン精度でｓだけ離れて、それらの横方向の位置において１μｍと５μｍとの間の差を有するように構成されている。任意選択的に、酸化物エッチング処理が実行され、第１酸化膜マスク４０１および第２酸化膜マスク４０２の形成をもたらす（図５Ａを参照）。
【0043】
さらに、方法は、酸化膜マスクを部分的にアンダーカットして酸化膜マスクの周辺に隙間４２１、４２２、４２３が形成された活性層４００の下にあるｎ型の閉じ込め／クラッド層４０の余剰部分を含む、マスキングされていない活性層４００を除去するためのメサエッチングを含む（図５Ｂを参照）。さらに、方法は、図５Ｃに示されるように、それらの隙間４２１、４２２、４２３に電流遮断層４３１、４３２、４３３を形成する段階を含む。任意選択的に、電流遮断層４３１または４３２または４３３は、逆バイアスのｐ－ｎ接合層（例えば、最初にｐ型ＩｎＰ層、次にｎ型ＩｎＰ層）で作製される。任意選択的に、電流遮断層４３１または４３２または４３３は、ｐ－ｎ－ｉ－ｎ構造またはＦｅドーピング絶縁材料であり得る。逆バイアスのｐ－ｎ接合は、側面からの電流の流れを停止させる。電流は、逆バイアスのｐ－ｎ接合が存在しない活性領域からのみ流れる。これらの電流遮断層は、酸化膜マスクの幅に応じて、酸化膜マスクの周辺の成長速度が異なるようにする再成長増大効果を誘発する。任意選択的に、より速い再成長速度は、第２電流遮断層の上方に誘発されるより、電流遮断層の上方の領域に誘発される。任意選択的に、方法は、第１酸化膜マスクおよび第２酸化膜マスクを除去して、第１長さを有する活性領域１０１と短い第２長さを有する活性層１１２のより狭い第２セクションとを残す段階を含む。
【0044】
さらに、方法は、酸化膜マスクが除去された図５Ｃの構造に（ｐ型の）閉じ込め／クラッド層を追加するための再成長プロセスを実行する段階を含む。再成長プロセスは、活性領域１０１の周辺と、活性層１１２のより狭い第２セクションの周辺とに電流遮断層によって誘発される領域に対して異なる成長速度を有するレーザチップのｐ領域４０'を成長させるべく、ＭＯＣＶＤを使用してｐ型ＩｎＰベースの材料を堆積する段階を含む。任意選択的に、ＩｎＰベースの材料の成長速度を活性層１１２のより狭い第２セクションの周辺においてより低くして、結果として活性層１１２のより狭い第２セクションのすぐ上方に小山領域２０３をもたらしつつ浅いバンカー領域４１３を作成する。活性領域１０１の上方の領域は、相対的に均一な速度（浅いバンカー領域４１３より早い）で成長し、比較的に平坦化された領域４１１を実現する。さらに、方法は、活性領域１０１をカバーするための比較的に平坦な領域４１１と、活性層１１２のより狭い第２セクションにわたって長手方向において短い長さを有する隆起状の領域２０３とを含む上面を有するｐ領域４０'の形成を完了するために、最終成長を実行する段階を含む。ｐ領域４０'の上面において、隆起状の領域２０３は第１アライメントマークになる。任意選択的に、第１酸化膜マスクに対して等しい横方向距離ｓを有する反対部位に第３酸化膜マスクを配置することによって、同様の構造を有する別の隆起状の領域が反対側に形成され得る。したがって、任意選択的に、レーザチップに形成された第１アライメントマークは、活性領域に対して対称的な横方向位置を有する一対のアライメントマークであり得る。任意選択的に、これらのアライメントマークの横方向の位置は、レーザチップの活性領域の１つの側または対称的に２つの側においてサブミクロン精度で決定され得る。任意選択的に、これらのアライメントマークは、製造プロセスの設定に応じて、ｐ領域またはｎ領域のいずれかの上面において形成され得る。
【0045】
任意選択的に、上記に示されたようにレーザチップに形成された１つまたは２つの第１アライメントマークは、チップサイトが設計される（凹部）表面に形成された１つまたは２つの対応する第２アライメントマークを用いて、シリコンフォトニクスチップ上のチップサイトへのフリップチップボンディングのためのレーザを横方向に位置合わせするのに使用され得る（図１を参照）。シリコンフォトニクスチップ（の凹状表面）における第２アライメントマークは、活性領域と導波路ポートとの間の受動アライメントの要件を満たすために、サブミクロン精度で多くの方法で形成され得る。
【0046】
別の実施形態において、レーザチップは、チップ体の前面を特定することにより、レーザチップが長手方向に沿って（活性領域に沿って）うまく位置付けされ得るように構成される別のアライメントフィーチャを用いて形成される。図７は、本発明の実施形態に係る、レーザチップの前面を特定するための薄い金属膜を形成する方法を示す概略上面図である。この図は単に一例であり、本明細書の特許請求の範囲を不当に限定するべきでない。当業者であれば、多くの変形形態、代替形態、および修正形態を認識するであろう。示されるように、簡略化された図において、２つの隣接するチップダイが、レーザチップを作製するためのウェハの上に示されている。製造プロセスにおいてほぼ完了したダイ１を参照すると、ダイ１のレーザチップは、ｐ領域１０３、ｎ領域１０５、ｐ領域とｎ領域との間に埋設された活性領域１０１、２つの垂直ストッパ２０１、ｐ領域１０３の上面に形成された一対の第１アライメントマーク２０３を含む、図１に示されたすべてのフィーチャを含む。さらに、ダイ１のレーザチップはまた、ｐ領域１０３の上面に形成された薄い金属膜２０５を含む。任意選択的に、薄い金属膜２０５は、ｐ領域１０３の上面にパターンを有するｐ金属を形成する同じプロセスにおいて形成され得、これは、レーザチップに対する電気的接触を形成するように構成されている。特に、ダイ１およびダイ２は依然としてウェハにおいて単体である。薄い金属膜２０５は、ウェハ処理によって、ダイ１とダイ２との間の活性領域１０１に対して垂直である境界線１０７を横切ってパターニングおよび形成される。レーザチップを形成するためのウェハ処理の終了時に、ダイシング処理が実行され、それぞれの個々のレーザチップを取得するためにダイ１をダイ２から分離するように覆われた薄い金属膜を有する境界線を介してウェハを切断する。ダイシング処理は、２つのレーザチップ体のそれぞれに対して、薄い金属膜の劈開された縁部とファセットとを自動的に作成する。したがって、劈開された縁部を薄い金属膜２０５と共有する前面１０７を有するレーザチップが取得され、レーザチップがシリコンフォトニクスチップにフリップボンディングされる際に、劈開された縁部を自動的に長手方向に沿った光学アライメントのために前面１０７を特定するアライメントフィーチャとする。
【0047】
上記の説明は、特定の実施形態の完全な説明であるが、様々な修正形態、代替形態の構造および同等物が使用され得る。したがって、上記の説明および例示は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきでない。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【外国語明細書】