(57)【要約】集積ＤＷＤＭ送信機装置は、第１支持部品を覆うシリカ−オン−シリコン基板を有する。前記シリカ−オン−シリコン基板は、シリコン基板の上にあるシリカ層を有する。前記第１支持部品の熱膨張係数は、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致する。光合成器は、前記シリカ層内に位置し、複数の入力導波路と少なくとも１つの出力導波路とを有する。さらに、前記装置は、前記第１支持部品の側表面に取り付けられる第２支持部品を有する。１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップは、前記第２支持部品の上にある。前記１つ又はそれ以上の半導体チップの熱膨張係数は、前記第２支持部品の熱膨張係数に実質的に一致する。さらに、前記１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のレーザーを有し、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々は、前記複数の入力導波路の対応する１つに光学的に結合される。
2009525494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１支持部品と、
前記第１支持部品の上にあるシリカ−オン−シリコン基板であって、前記シリカ−オン−シリコン基板が、シリコン基板の上にあるシリカ層を有し、前記第１支持部品の熱膨張係数が、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致するところのシリカ−オン−シリコン基板と、
複数の入力導波路と少なくとも１つの出力導波路とを有する、前記シリカ層内の光合成器と、
前記第１支持部品の側表面に取り付けられる第２支持部品と、
前記第２支持部品の上にある１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップであって、前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーチップの熱膨張係数が、前記第２支持部品の熱膨張係数に実質的に一致し、前記１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップの各々が、１つ又はそれ以上のレーザーを有し、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々が、前記複数の入力導波路の対応する１つに光学的に結合されるところの１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップと、
を有する、集積高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）送信機装置。
【請求項２】
前記第１支持部品は、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々と前記複数の入力導波路の対応する１つとの間の位置合わせを可能にする厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１支持部品は、約１ｍｍの厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第２支持部品は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第２支持部品は、前記第１支持部品の側表面に結合されるバットである、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記光合成器は、アレイ導波路回折格子を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のインジウムリン（ＩｎＰ）レーザーを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１支持部品の下にある温度調節部品をさらに有する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記温度調節装置は、電熱クーラー（ＴＥＣ）をさらに有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記レーザーの中心周波数を微調整するために各々のレーザーの付近にマイクロヒーターをさらに有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第１支持部品と、
前記第１支持部品の上にあるうシリカ−オン−シリコン基板であって、前記シリカ−オン−シリコン基板が、シリコン基板の上にあるシリカ層を有し、前記第１支持部品の熱膨張係数が、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致するところのシリカ−オン−シリコン基板と、
複数の入力導波路と少なくとも１つの出力導波路とを有する、前記シリカ層内の光合成器と、
前記第１支持部品の側表面に取り付けられる第２支持部品と、
前記第２支持部品の上にある１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップであって、前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーチップの熱膨張係数が、前記第２支持部品の熱膨張係数に実質的に一致し、前記１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップの各々が、１つ又はそれ以上のレーザーを有し、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々が、前記複数の入力導波路の対応する１つに光学的に結合されるところの１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップと、
複数のマイクロヒーターであって、各々が、前記１つ又はそれ以上のレーザーの対応する１つに近接して位置される複数のマイクロヒーターと、
を有する、集積高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）送信機装置。
【請求項１２】
前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のＩｎＰレーザーを有し、前記第２支持部品は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
シリカ−オン−シリコン基板に光合成器を形成する段階であって、前記シリカ−オン−シリコン基板が、シリコン基板の上にあるシリカ層を有し、前記光合成器が、複数の入力導波路と少なくとも１つの出力導波路とを有するところの段階と、
第１支持部品を提供する段階であって、前記第１支持部品の熱膨張係数が、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致するところの段階と、
前記第１支持部品に前記シリカ−オン−シリコン基板を取り付ける段階と、
第２支持部品を提供する段階と、
前記第２支持部品の上部表面に１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップを載置する段階であって、前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの熱膨張係数が、前記第２支持部品の熱膨張係数に実質的に一致し、前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップが、１つ又はそれ以上のレーザーを有するところの段階と、
光結合を提供するために、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々を前記複数の入力導波路の対応する１つに位置合わせする段階と、
前記第１支持部品に前記第２支持部品を取り付ける段階と、
を有する集積ＤＷＤＭ送信機装置の製造方法。
【請求項１４】
前記光合成器を形成する段階は、
前記シリコン基板上に第１のドーピングされていないシリカの副層を形成する段階と、
前記第１のドーピングされていないシリカ副層上にドーピングされたシリカの副層を形成する段階と、
前記ドーピングされたシリカの副層の少なくとも第２部分をエッチングする段階と、
前記エッチングされたドーピングされたシリカの副層及び前記第１のドーピングされていないシリカの副層上に第２のドーピングされていないシリカの副層を堆積する段階と、
を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１支持部品は、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々と前記複数の入力導波路の対応する１つとの間の位置合わせを可能にする厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１支持部品は、約１ｍｍの厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記第２支持部品は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２支持部品は、前記第１支持部品の側表面に結合されるバットである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記光合成器は、アレイ導波路回折格子を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のＩｎＰレーザーを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１支持部品の下にある温度調節部品を追加することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記レーザーの中心周波数を微調整するために各々のレーザーの付近にマイクロヒーターを載置することをさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項２３】
多重電気信号を受ける複数の入力端子と、
第１支持部品と、
前記第１支持部品の上にあるシリカ−オン−シリコン基板であって、前記シリカ−オン−シリコン基板が、シリコン基板の上にあるシリカ層を有し、前記第１支持部品の熱膨張係数が、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致するところのシリカ−オン−シリコン基板と、
前記シリカ−オン−シリコン基板と前記第１支持部品に取り付けられる第２支持部品と、
前記第２部品の上にある１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップであって、前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップが、前記多重電気信号を受け、前記多重電気信号を対応する多重光信号に変換するための前記複数の入力端子に結合され、前記１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップの各々が、１つ又はそれ以上のレーザーを有するところの半導体レーザーアレイチップと、
前記多重光信号を前記多重チャンネルＤＷＤＭ信号に変換するための前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップに結合される光合成器であって、前記光合成器が、前記シリカ−オン−シリコン基板に位置し、前記光合成器が、各々が、対応する光信号を受けるための対応するレーザーに結合される複数の入力導波路と、前記多重チャンネルＤＷＤＭ信号を出力するための少なくとも１つの出力導波路と、を有する光合成器と、
を有する、多重電気信号を多重チャンネルＤＷＤＭ信号に変換する集積高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）送信機装置。
【請求項２４】
前記第１支持部品は、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々と前記複数の入力導波路の対応する１つとの間の位置合わせを可能にする厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１支持部品は、約１ｍｍの厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記第２支持部品は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２支持部品は、前記第１支持部品の側表面に結合されるバットである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記光合成器は、アレイ導波路回折格子を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のＩｎＰレーザーを有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記レーザーの中心周波数を微調整するために各々のレーザーの付近にマイクロヒーターをさらに有する、請求項２３に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバー伝達系を対象とする。より具体的には、本発明は、窒化アルミニウムサブマウント上の半導体（例えば、ＩｎＰ）レーザー／変調機チップにシリカ／シリコンＡＷＧを集積する方法及びシステムを提供する。単なる例示として、本発明は、波長多重送信機アレイに適用されている。しかしながら、本発明が、より広い範囲の適用性を有することは認識されるだろう。
【背景技術】
【０００２】
１９９０年代半ばの配置以来、集積高密度波長分割多重は、全ての長距離輸送及び地域的な基幹輸送ネットワークにおいて支配的な技術となっており、徐々に地下鉄領域のネットワークに進んで来ている。この技術が成熟してきているので、このようなシステム及び関連部品を製造するためのコストは、減少している。現在、価格の障壁は、レーザー、変調機及びＭＵＸ／ＤＥＭＵＸフィルターなどの各々の個々の光学部品のパッケージングに向かっている。
【０００３】
現在ＤＷＤＭ伝達システムの光学部品は、個々にパッケージングされる。これらの部品（例えば、１０Ｇ送信機）のパッケージングコストは、障壁となっており、さらなる価格の低下を妨げている。例えば、パッケージングされた分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーが数百ドルで販売されているのに対して、裸の分布帰還型（ＤＦＢ）レーザーチップは、ほんの数ドルである。従って、競争的であるＤＷＤＭシステム販売者にとって、この価格の障壁を取り除くことが望まれ、パッケージングコストを光学部品の製造における若干の関心にしている。
【０００４】
通常のＤＷＤＭ伝達システムでは、各々の光学部品は、レーザーまたはＭＵＸフィルタであるが、個々にパッケージングされる。例えば、ラインカードは、レーザー、変調機（または、集積されたレーザー／変調機）及び受信機を有する送信機／受信機モジュール付近に設けられる。このレーザーは、一般的にバタフライパッケージ内に置かれているインジウムリン（ＩｎＰ）チップとなる。ラインカードの光出力部は、しばしばシリカ−オン−シリコンから作られるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）を有する波長光合成器を用いて異なる波長のラインカードと結合される。これらのラインカードは、ファイバージャンパーを用いてマルチプレクサカードに結合され、次いで、結合された光出力部は、ファイバーネットワークに進む前に増幅される。
【０００５】
これらの従来のＤＷＤＭシステムは、いくつかの分野で有用であるが、それらは、広い用途におけるそれらの有効性を規定する多くの制限を有する。これらの制限の幾つかは、以下に検討され、本発明の実施形態に基づく改善された技術が提案される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、光ファイバー伝達系を対象とする。より具体的には、本発明は、窒化アルミニウムサブマウント上の半導体（例えば、ＩｎＰ）レーザー／変調機チップにシリカ／シリコンＡＷＧを集積する方法及びシステムを提供する。単なる例示として、本発明は、波長多重送信機アレイに適用されている。しかしながら、本発明が、より広い範囲の適用性を有することは認識されるだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特定の実施形態によれば、集積ＤＷＤＭ送信機装置は、第１支持部品と前記第１支持部品の上にあるシリカ−オンーシリコン基板とを有する。前記シリカ−オン−シリコン基板は、シリコン基板の上にあるシリカ層を有する。前記第１支持部品の熱膨張係数は、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致する。前記装置は、前記シリカ層内に光合成器も有し、それは、複数の入力導波路と少なくとも１つの出力導波路とを有する。さらに、前記装置は、前記第１支持部品の側表面に取り付けられる第２支持部品を有する。１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップは、前記第２支持部品の上に位置して載置される。前記１つ又はそれ以上の半導体チップの熱膨張係数は、前記第２支持部品の熱膨張係数に実質的に一致する。さらに、前記１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のレーザーを有し、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々は、前記複数の入力導波路の対応する１つに光学的に結合される。
【０００８】
本発明の他の実施形態によれば、集積ＤＷＤＭ送信機装置は、第１支持部品と前記第１支持部品の上にあるシリカ−オンーシリコン基板とを有する。前記シリカ−オン−シリコン基板は、シリコン基板の上にあるシリカ層を有する。前記第１支持部品の熱膨張係数は、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致する。前記装置は、前記シリカ層内に光合成器を有し、それは、複数の入力導波路と少なくとも１つの出力導波路とを有する。さらに、前記装置は、前記第１支持部品の側表面に取り付けられる第２支持部品を有する。１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップは、前記第２支持部品の上に位置して載置される。前記１つ又はそれ以上の半導体チップの熱膨張係数は、前記第２支持部品の熱膨張係数に実質的に一致する。さらに、前記１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のレーザーを有し、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々は、前記複数の入力導波路の対応する１つに光学的に結合される。前記送信機装置は、複数のマイクロヒーターも有し、前記複数のマイクロヒーターの各々は、前記１つ又はそれ以上のレーザーの対応する１つに近接して位置される。前記送信機装置の特定の実施形態では、前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のＩｎＰレーザーを有し、前記第２支持部品は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む。
【０００９】
他の実施形態によれば、本発明は、集積ＤＷＤＭ送信機装置の製造方法を提供する。前記方法は、シリカ−オン−シリコン基板に光合成器を形成することを含む。前記シリカ−オン−シリコン基板は、シリコン基板の上にあるシリカ層を有し、前記光合成器は、複数の入力導波路と少なくとも１つの出力導波路とを有する。前記方法は、第１支持部品を提供することを含む。前記第１支持部品の熱膨張係数は、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致する。例えば、前記第１支持部品は、約１ｍｍの厚さによって特徴付けられるシリコン基板である。前記方法は、前記第１支持部品に前記シリカ−オン−シリコン基板を取り付けることをさらに含む。前記方法によれば、第２支持部品が提供される。さらに、１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップは、前記第２支持部品の上部表面に載置される。前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの熱膨張係数が、前記第２支持部品の熱膨張係数に実質的に一致する。前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のレーザーを有する。前記方法は、光結合を提供するために、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々を前記複数の入力導波路の対応する１つに位置合わせすることも含む。さらに、前記方法は、前記第１支持部品に前記第２支持部品を取り付けることをさらに含む。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、本発明は、多重電気信号を多重チャンネルＤＷＤＭ信号に変換する集積高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）送信機装置を提供する。前記装置は、前記多重電気信号を受ける複数の入力端子を有する。前記装置は、第１支持部品と、前記第１支持部品の上にあるシリカ−オン−シリコン基板とを有する。前記シリカ−オン−シリコン基板は、シリコン基板の上にあるシリカ層を有する。前記第１支持部品の熱膨張係数は、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致する。前記装置は、前記シリカ−オン−シリコン基板に取り付けられ第２支持部品と、前記第１支持部品とを有する。１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップは、前記第２支持部品の上に載置される。前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップは、前記多重電気信号を受け、前記多重電気信号を対応する多重光信号に変換するための前記複数の入力端子に結合される。前記１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のレーザーを有する。さらに、前記装置は、前記多重光信号を前記多重チャンネルＤＷＤＭ信号に変換するための前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップに結合される光合成器を有する。前記光合成器は、例えば第２シリコン基板である前記第１支持部品の上に載置される前記シリカ−オン−シリコン基板に位置される。前記光合成器は、各々が、対応する光信号を受けるための対応するレーザーに結合される複数の入力導波路と、前記多重チャンネルＤＷＤＭ信号を出力するための少なくとも１つの出力導波路とを有する。
【００１１】
多くの利点が、従来技術に対して本発明によって達成される。例えば、特定の実施形態では、本発明は、ＡｌＮの良好な熱電導度に加えてＩｎＰとＡｌＮとの間の優れたＣＴＥ適合を用いた様々な光学部品を集積する方法を提供する。本発明の実施形態によれば、この方法は、生産物の信頼性及び生産量を増加させることに加えてさらなるコストの削減とシステムの設置領域におけるより大きなレーザーアレイチップに容易に拡大可能である。本発明の特定の実施形態によれば、大きなアレイチップは、ＡＷＧと送信機との間の光結合のさらなる発展を可能にする。例えば、これらの送信機が単一のアレイチップ上に形成された場合、導波路に対する高さの垂直変動は、送信機から送信機まで最小化されることができる。対照的に、大きなアレイチップは、ＣＴＥ不適合のために通常のフリップチップ結合で使用されないこともあり、従って、垂直高さは、チップからチップまで変動し、不均一な結合効率をもたらす。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態は、品質管理が集積の様々なレベルで容易に行われることができる生成物の製造における複雑性を減少させる技術を提供する。例えば、ＡｌＮ上のレーザーアレイは、専門家によって製造されることもあり、最終的な集積は、アレイのＡＷＧとの単純な位置合わせに対して減少され、産業における通常のパッケージングハウスを用いることによって製造されることができる。従って、最終的な生成物の性能変動は、最小であり、そのパッケージング生産量は、ＰＬＣ上に直接的にＩｎＰチップを集積することよりも実質的に大きいかもしれない。特定の実施形態では、レーザーアレイとＡＷＧとの間の光学的結合のためのバット接合を用いた方法が提供される。結果として、結合効率は、高いと予想される。一実施形態では、レーザー／導波路表面の両方は、高いレーザー性能及び安定性においてレーザーキャビティへの起りえる後方反射に加えて反射損失を減少させるために反射防止（ＡＲ）被覆されることができる。いくつかの実施形態では、本発明は、送信機の各々の個々のレーザーの中心周波数を調整するためのマイクロヒーターを用いるための方法及びシステムを提供する。
【００１３】
本発明の様々な追加の目的、特徴及び利点は、詳細な説明及び添付の図面を参照してより完全に理解されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１Ａは、本発明の実施形態によるハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した上面図である。図１Ｂは、本発明の実施形態による図１Ａのハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した断面図である。図２Ａは、本発明の実施形態によるハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した拡大上面図である。図２Ｂは、本発明の実施形態による図２Ａのハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した拡大断面図である。図３は、本発明の他の実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機システムの単純化した図である。図４Ａは、本発明の実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機の目的波長を維持するための方法の単純化したフローチャートである。図４Ｂから４Ｄは、本発明の上記実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機の目的波長を維持するための方法を示す単純化した波長図である。図５は、本願発明の他の実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機に形成するための方法の単純化したフローチャートである。図６Ａは、本発明の他の実施形態によるパッケージングされたハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した上面図である。図６Ｂは、本発明の実施形態による図４Ａのパッケージングされたハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した断面図である。
【００１５】
本発明は、光ファイバー伝送システムを対象とする。特に、本発明は、窒化アルミニウムサブマウント上の半導体（ＩｎＰ）レーザー／モジュレーターチップをシリカ／シリコンＡＷＧと集積する方法及びシステムを提供する。単に一例として、本発明は、波長多重送信機アレイに適用している。しかしながら、本発明は、非常に広範囲の適用性を有することが認識されるだろう。
【００１６】
上述の通り、通常のＤＷＤＭシステムの光学部品は、通常個々にパッケージングされる。個別的な光学部品は、しばしば大きな設置面積を有し、従ってサイズが大きい。例えば、バタフライパッケージの１０Ｇ送信機は、約３０×１４×１１．５ｍｍの典型的な寸法を有する。ＤＷＤＭシステムのラインサイドが１２個のこのような送信機を必要とする場合、それは、通常のラインカード上に適合させるためには大き過ぎるかなり大きな空間を占有する。マルチラインカード及び従って棚（シェルブズ）は、高いＤＷＤＭチャンネルカウントを支持するために必要とされ、このような寸法における障害をもたらす。さらに、これらのマルチプルラインカードは、ネットワークに進む前に合成器（マルチプレクサ）によって多重化される波長である必要がある。マルチプレクサカードへの接続は、しばしば多くのファイバーパッチコアを必要とし、ファイバー管理の費用に加えて複雑性が増加する。
【００１７】
ファイバー管理及び現場配置を単純化することに加えてＤＷＤＭ端子の接地面積を減少させるための試みにおいて、単一のＩｎＰチップ上にマルチプルレーザー、変調器、受信機及びＡＷＧをモノリシックに集積する大きな努力が過去数年に行われている。しかしながら、通常のモノリシック集積方法は、ＩｎＰ技術に大きく依存し、それは、その完成に至っていない。この技術の現在の生産量は、単一ＤＷＤＭレーザーチップであることを考慮に入れてもシリコン処理と比較して小さい。同一のチップ上に集積された多重素子に関して、その生産量は、指数関数的に減少することが予想されるかもしれない。さらに、パッシブＡＷＧは、通常、アクティブ素子、レーザー及び検出器に比べて集積されたチップの、より大きな領域を占有し、高価なＩｎＰ材料の非効率な使用をもたらす。ＩｎＰウエハの直径は、一桁大きいシリコンウエハにおける８”または場合によっては１２”と比べて、通常２”または３”である。ＩｎＰ上におけるユニット領域毎の処理コストは、シリコンウエハよりも２桁大きいこともある。高い処理コストと結びついた低いチップ生産量は、ＤＷＤＭ送信機をモノリシックに集積することを非経済的にする。
【００１８】
代替の技術は、ハイブリッド集積を必要とする。ＩｎＰチップにおけるモード変換（ビーム拡大器）の成功的な発展に関して、ＰＬＣを有するＩｎＰチップのハイブリッド集積は、実現可能になっている。ＩｎＰレーザーからＰＬＣ導波路への、２ｄＢほどの低さの結合損失が示され、多重ハイブリッド集積装置は、製造された。しかしながら、これらのハイブリッド集積アプローチは、生産量の増加とサイズの減少とを約束するが、他の集積／パッケージング問題を有する。例えば、ハイブリッド集積のアクティブ／パッシブ部品のベース材料は、様々な技術のためにしばしば異なる。結果として、通常のハイブリッド集積方法は、多くの制限に苦しむ。
【００１９】
通常のハイブリッド技術では、半導体レーザーまたは変調器は、ほとんどＩｎＰベースであり、ＡＷＧ及び他のパッシブ装置は、シリカ／シリコンベースである。２つの材料は、異なる熱的及び機械的特性を有する。例えば、ＩｎＰの熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約４．６ｐｐｍ／Ｋであるが、シリコンのＣＴＥは、〜３．０ｐｐｍ／Ｋである。ＤＭＬとＡＷＧの結合温度は、〜３００℃であり、送信機の動作温度は、〜３０℃である。従って、４つのＤＭＬレーザーについて２ｍｍのチップは、結合後にシリコン基板（ＡＷＧ）に比べて、〜１．１μｍまで収縮するだろう。このような不適合は、導波路位置合わせに影響を与えるだけでなく、レーザーチップに歪みをもたらし、それは、歪によって誘導される線幅拡大などのレーザー性能を低下させる。ＣＴＥの不適合に関する他の問題は、レーザー／ＰＬＣインターフェースにおけるストレスの増加である。この増加は、周辺環境の要求、例えば−６５から７５℃の温度サイクル要求に適合して複雑性をもたらすだろう。
【００２０】
上記から、半導体（ＩｎＰ）レーザー／変調器チップをＡＷＧと集積するための改善された技術が望まれることが分かる。
【００２１】
図１Ａは、本発明の一実施形態によるハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した上面図である。この図は、単に例示であって、それは、ここで特許請求の範囲を必要以上に限定すべきではない。当業者は、他の変形、修正及び代替を認識することができるだろう。示されるように、ハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機１００は、シリコンベンチ１０１を有する。特定の実施形態では、シリコンベンチ１０１は、シリカ−オン−シリコン基板、すなわち、シリコン基板の上にあるシリカ層を有する。ハイブリッド送信機１００は、このシリコンベンチ内に光合成器も有する。特定の実施形態では、この光合成器は、シリコンベンチのシリカ−オン−シリコン平面光波回路（ＰＬＣ）に形成されるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）１１０を有する。ハイブリッド送信機１００は、例えば、支持部品、例えばサブマウント１２６上に載置される、１つ又はそれ以上の多重レーザーアレイチップ１１４、１１５をさらに有する。好ましい実施形態では、このレーザーアレイチップは、ＩｎＰに形成されたＤＭＬレーザーを有する。特定の実施形態では、各々のＩｎＰレーザーアレイチップは、２つ又はそれ以上のレーザーを有する。当然のことながら、他の変形、修正及び代替がありえる。
【００２２】
特定の実施形態では、ＡＷＧ１１１は、１つの光出力ポート１１２、多重入力ポート１１３及び格子導波路１１６を有する。一実施形態では、出力ポート１１２は、光ファイバー１１９に光学的に結合され、それは、光学伝達システムに結合されるかもしれない。出力及び入力ポートは、例えば、すべて導波路の形態で実装されることができる。特定の実施形態では、格子導波路１１６は、入力及び出力ポートを結合するための多くの導波路を有する。これらの導波路は、波長分割多重機能及び波長分割逆多重機能を実施するために変化する長さを有する。ある実施形態では、ＡＷＧの各々の入力ポートは、中心波長と光送信に関連する通過帯域とを有する。
【００２３】
図１Ｂは、本願発明の実施形態によるハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機１００の単純化した断面図である。この図は、単に例示であり、それは、ここで特許請求の範囲を必要以上に限定すべきではない。当業者は、他の変形、修正及び代替を認識することができるだろう。示されるように、導波路は、シリコン基板１２４上に、ドーピングされていないシリカ層１２２に囲まれるドーピングされたシリカ領域１２１を有する。特定の実施形態では、ドーピングされたシリカ領域１２１は、ドーピングされていないシリカ領域より高い屈折率を有する。特定の例では、ドーピングされたシリカ領域１２１は、約１．４７の屈折率を有し、ドーピングされていないシリカ領域は、約１．４５の屈折率を有する。
【００２４】
本発明の特定の実施形態によれば、集積された送信機１００は、１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップを有し、各々のレーザーアレイチップは、２つ又はそれ以上のレーザーを有してもよい。図１Ａに示される特定の実施形態では、集積された送信機１００は、２つの直接変調レーザー（ＤＭＬ）アレイチップ１１４、１１５を有する。
【００２５】
図１Ｂに示されるように、このＤＭＬアレイチップは、サブマウント１２６上に載置される。一例では、このＤＭＬアレイチップは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）サブマウント１２６上に半田付けされる。さらに、シリコン基板１２４は、図１Ｂに示されるように、シリコンサブマウント１３２上に載置される。このＡｌＮサブマウント１２６は、シリコンサブマウント１３２に取り付けられる。特定の実施形態では、サブマウント１３２は、熱電クーラー（ＴＥＣ）などの温度調節部品１３４上に載置される。
【００２６】
図１Ａ及び１Ｂに示されるように、ハイブリッドＤＷＤＭ送信機１００は、シリカ−オン−シリコン平面光波回路（ＰＬＣ）で作られたアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と、ＩｎＰで作られた１つ又はそれ以上の多重直接変調レーザー（ＤＭＬ）アレイチップとを有する。この実施形態によれば、このレーザーチップは、送信アレイ及び次いで波長多重用のＡＷＧとのバット結合（butt join）を形成するために、エピダウン（エピタキシャル成長表面が下）またはエピアップ配置の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）サブマウント上に載置される。特定の実施形態では、ＡＷＧは、すべてが導波路の形態である１つの光出力ポートと多数（Ｎ）の入力ポートとを有する。各々の入力ポートは、周知の通過帯域を有するＩＴＵ−Ｔ標準（例えば、１９３．１ＴＨｚ）で定義される予め選択された波長における光を伝達する。
【００２７】
特定の実施形態では、各々のＤＭＬアレイは、１つより多いＤＭＬを有することができる。例えば、ＤＭＬは、分布帰還型（ＤＦＢ）タイプのレーザーでありえ、従って単一の周波数モードで動作される。２つの近接するＤＭＬの空間は、効率的な送信のためのそれらの動作波長と同調する導波路の空間と適合する。より一般的に、別の実施形態では、ＤＭＬアレイは、単一のＤＭＬチップでもありえる。このＤＭＬは、集積ＣＷレーザー及び変調器、例えば、電子吸収（ＥＡ）変調器を有する集積ＤＦＢレーザーによって置き換えることもできる。このレーザーは、分散型ブラッグ格子（ＤＢＲ）レーザーでもありえる。当然ながら、他の変形、修正及び代替がありえる。
【００２８】
本発明の実施形態によれば、ＣＴＥ不適合を最小化するために、チップは、窒化アルミニウムサブマウント上に載置される。熱的な不適合問題は、いくつかのサブマウント材料で生じることがありえる。例えば、半田（例えば、ＡｕＳｎ）がチップ取付後に凝固する場合、それは、チップをサブマウントにフリーズする。このアセンブリが半田の固相温度（例えば、２８０℃）から室温まで冷却されると、チップとサブマウントとの異なるＣＴＥは、レーザー構造体に望まれない応力を導入することがある。この効果は、半田が固くなり、半田の固相点と動作温度との間の温度差が大きくなると、しばしばより厳しいものになる。
【００２９】
本発明の実施形態によれば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、サブマウント材料として特定の所望の特性を有する。例えば、そのＣＴＥ（４．５ｐｐｍ／Ｋ）は、ＩｎＰのそれに厳密に一致する。この特性は、チップマウンティング後に凝固されたものと、装置の動作中に熱サイクルから生じるものとの両方である、レーザー構造体の望まれない応力を最小化することができる。さらに、高い等級のＡｌＮは、室温で２３０Ｗ／ｍ・Ｋの高い熱伝導率を示すことが知られている。Ｃｕなどの他の材料ほど高くないけれども、この値は、ＩｎＰの熱伝導率（室温における７０Ｗ／ｍ・Ｋ）より３倍大きく、それは、エピダウンまたはエピアップ配置における熱抵抗を減少させることによってレーザーアクティブ領域から放熱板への熱伝達を自然に高める。
【００３０】
さらに、ＡｌＮは、電気絶縁体であり、従って、それは、様々なパッシブモニタリング素子をキャリア（ＣｏＣ）アセンブリの集積チップに組み込むためのサブマウント上の電気接続の容易な形成を可能にする。従って、本発明の実施形態によれば、ＡｌＮ／ＡｕＳｎシステムは、載置された半導体レーザーの高い熱性能を保証し、同時に、十分に拡張可能な製造レベルの組立を提供する。本発明のいくつかの実施形態では、ＡｌＮは、高性能且つ高信頼性で低コストの集積ＤＷＤＭ送信機の経済的な量の製造を最終的に可能にすることを期待できる。本発明の他の実施形態では、ＡｌＮと同様の特性を有する他の材料は、レーザーサブマウントとして使用することもできる。
【００３１】
図２Ａは、本発明の一実施形態によるハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化された拡大上面図である。図２Ｂは、本発明の一実施形態による図２Ａのハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化された拡大断面図である。これらの図は、単に例示であって、それは、ここで特許請求の範囲を必要以上に限定すべきではない。当業者は、他の変形、修正及び代替を認識することができるだろう。
【００３２】
図２Ａに示されるように、ハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機２００は、アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）（図示されない）などの光合成器に結合される導波路２１２、２１３を有する。例として、導波路及びＡＷＧは、図１Ａに記載されるように、シリカ−オン−シリコン平面光波回路（ＰＬＣ）で作られる。集積された送信機２００は、サブマウント２２６上に載置されたレーザー２１４、２１５を有してもよい。レーザーの例は、図１Ａ及び１Ｂに関連して上記で検討されている。
【００３３】
図２Ｂは、シリコン基板２２４上のドーピングされていないシリカ層２２２で囲まれるシリカ導波路２１３を示す。特定の実施形態では、シリコン基板は、例えばシリコンサブマウントである支持部品２３２の上に載置される。この部品の位置合わせに関して様々な考慮がある。例えば、レーザー２１５は、約±２μｍの精度で垂直及び水平の両方にシリカ導波路２１３に位置合わせされる。他の例では、レーザー２１５の面間（出力ポート）の直接的な接触とシリカ導波路２１３はない。特定の例では、これらの面間の距離２１８は、約〜１０−２０μｍに維持される。当然のことながら、他の変形、修正及び代替がありえる。
【００３４】
特定の実施形態では、アレイ上のＤＭＬ間の物理的な分離及び従ってＡＷＧ入力導波路間の分離は、熱的なクロストーク、及び、高速データ変調による電気的なクロストークを最小化するために十分に大きく維持される。例えば、図２Ａのレーザー２１４とレーザー２１５との間の適切な距離は、ある実施形態では、約０．３−０．５ｍｍでありえる。当然のことながら、他の変形、修正及び代替がありえる。
【００３５】
上記は、集積ＤＷＤＭ送信機システムにおける部品の選択されたグループを用いて示されているが、多くの代替、修正及び変形がありえる。例えば、部品のいくつかは、拡張され及び／又は結合されてもよい。他の部品は、上記に記載されたものに挿入されてもよい。この実施形態によれば、部品の配置は、置き換えられた他のものと置換されてもよい。
【００３６】
本発明の一実施形態によれば、所望の空間を有するＡｌＮサブマウント上に載置された後、このＤＭＬアレイバーは、図２Ａ及び２Ｂに示されるようにシリカ−オン−シリコンＡＷＧと結合されたバットである。一実施形態では、ＤＭＬチップまたはチップアレイは、集積されたモードコンバーターを有し、２つのアレイ装置の位置合わせは、相対的に単純である。例えば、標準的なシリカの１５５０ｎｍモード直径において、ＰＬＣは、モード変換後のＩｎＰチップと同様に、典型的には〜８−１０μｍであり、〜７−１０°の出力光線発散を有する。従って、特定の実施形態では、＋／−２μｍほどの大きさの位置合わせの許容範囲が予想されることができ、かなり位置合わせ工程を単純化することができる。
【００３７】
本発明の実施形態によれば、ＡｌＮバー上に結合された送信機アレイとシリカ／シリコンＡＷＧとの間の全てのチャンネルに対する良好な光結合を得るためにアクティブな位置合わせが必要とされる。この位置合わせが所望の精度に達すると、ＡｌＮバーは、良好な熱伝導性を有するエポキシ樹脂によってＡＷＧ上に接着される。異なる材料の接合が異なるＣＴＥのために温度サイクルの下でクラックを生じない又は変形しないことを補償するために、特別な処置が行われる。特定の実施形態では、接合部におけるこのような機械的欠陥を防止するために、〜１ｍｍの厚さを有するシリコンサブマウントが使用される。シリカ／シリコンＡＷＧは、第一に、より強い接合部のためのその厚さを増加するために、図２Ｂに示されるようなシリコンサブマウント２３２上に良好な熱伝導性を有するエポキシ樹脂によって接着される。２つのピースは、導波路入力部が位置する側で面が位置合わせされている。エポキシ樹脂がセットされた後、この側は、この導波路コアに垂直である良好な表面を有するように研磨される。一実施形態では、ＡＷＧの入力部は、光の後方反射がレーザーキャビティに入ることを防止することに加えて、良好な光結合のために１５５０ｎｍにおける反射防止膜で被覆される。特定の実施形態では、サブマウントを含むＡＷＧチップの全体の厚さは、２−３ｍｍ程度である。他の実施形態では、より一般的には、ＡＷＧサブマウントは、シリコンのような同様の特性を有するあらゆる材料でありえる。より一般的には、ＡＷＧは、ＰＬＣ広帯域結合器またはＰＬＣ導波路ファン内臓集電装置によって置き換えることができる。後者は、ＤＭＬによって要求される幅広い導波路空間と標準的なＡＷＧで一般的に使用される狭い空間とを適合させるためのものである。
【００３８】
単に例として、０．５ｍｍだけ空間が空けられた１２個のＤＭＬ送信機のアレイを保持するＡｌＮバーは、好ましくは約１．５×２×６ｍｍの寸法を有する。導電フィルム電極を有する１．５×６ｍｍの表面は、レーザーチップを載置するために使用される。このチップの出力表面は、優れた光結合を保証することに加えて、ＡＷＧと直接的な接触を防止するために、〜１０−２０μｍの小さなリセス（図２Ａ及び２Ｂを参照）を有するＡｌＮサブマウントとを有する面ではないように選択される。次いで、ＡｌＮサブマウントのその側は、アクティブ位置合わせを用いてＡＷＧの入力側に接着される。次いで、全体のユニットは、〜２５℃に通常セットされた動作温度を制御するために電熱クーラー（ＴＥＣ）上に配置される。好ましくは、ＴＥＣの寸法は、アレイバーがＴＥＣによって接触されないようにして、それが、ＡＷＧを保持するシリコンサブマウントの寸法に適合するように選択される。
【００３９】
本発明の特定の実施形態によれば、このＡＷＧサブマウントは、ＡＷＧと同一の材料を使用し、この接合部配置は、温度変化によるアレイバーの垂直傾斜を引き起こさないだろう。−４０から＋８５℃まで（保管温度における標準範囲）の温度傾斜は、＋／−０．０４５μｍ未満のリセスの無視できるほどの変化を有するだろう。例えば、ＡＷＧは、典型的には、〜２５℃で動作される。この温度で、ＤＭＬの中心波長は、ＡＷＧ入力ポートの中心波長におおよそ適合し、例えば、１９３．１ＴＨｚ、１９３．２ＴＨｚ、１９３．３ＴＨｚなどである。ＡＷＧのこの中心波長は、温度に伴って〜０．０１ｎｍ／℃だけシフトし、ＩｎＰレーザーの中心波長は、温度に伴って〜０．１ｎｍ／℃だけシフトする。製造誤差のために、レーザーの中心波長は、ＴＥＣ動作温度において正確にＩＴＵ−Ｔグリッドに位置しない。この変化は、典型的には１ｎｍのオーダーである。特定の実施形態では、マイクロヒーターは、レーザーチップまたはＡｌＮレーザーサブマウント上に、各々のＤＭＬ導波路に近接して配置される。基板に対して局所温度を〜０−１０℃まで上昇させることによって、ＩＴＵグリッドに対するＤＭＬの中心波長を微調整することができる。
【００４０】
本発明の様々な実施形態は、ＡＷＧの生産量をさらに改善し、従って製造コストを低下させるために、バーニア（Ｖｅｒｎｉｅｒ）ＡＷＧを有するハイブリッド集積も有する。一実施形態では、バーニアＡＷＧは、入力及び出力の両方における追加のポートを加えることによって波長の有効屈折率などの導波路パラメータの若干の製造誤差のために起りえる中心波長シフトを償う。当然のことながら、当業者は、他の変形、修正及び代替を認識するだろう。
【００４１】
本発明の一実施形態によれば、ＤＭＬの中心波長の微調整のための方法が提供される。製造誤差のために、レーザーの中心波長は、温度を調整する温度調節部品におけるＩＴＵ−Ｔグリット上に正確に位置しないかもしれない。この変形は、例えば、１ｎｍのオーダーである。本発明の特定の実施形態では、マイクロヒーターは、ＤＭＬ導波路の温度を上昇させるために使用される。例えば、特定の実施形態では、マイクロヒーターは、レーザーチップまたはＰＬＣの上に、各々のＤＭＬ導波路に近接して配置される。本発明の特定の実施形態によれば、基板に対して約０−１０℃まで局所温度を上昇させることによって、ＩＴＵグリッドに対してＤＭＬの中心波長を微調整することができる。本発明のさらなる詳細は、図３を参照して以下に検討される。
【００４２】
図３は、本発明の他の実施形態による集積されたＤＷＤＭ送信機システムの単純化した図である。この図は、単に例示であって、それは、ここで特許請求の範囲を必要以上に限定すべきではない。当業者は、他の変形、修正及び代替を認識することができるだろう。図示されるように、集積された送信機システム３００は、図１Ａ及び１Ｂに関連して上記で検討された送信機１００と同様のハイブリッド集積送信機３５０を有する。簡単に参照できるように、装置の対応する部品は、同一の参照符号で示されている。示されるように、ハイブリッド集積送信機３５０は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）サブマウント１２６などの支持部品の上にあるレーザー１１５と、シリコン基板１２４の上にあるドーピングされていないシリカ層１２２を有するシリコンベンチ１０１内に形成されるシリカ導波路１２１とを有する。シリコン基板１２４は、例えばシリコン基板であるサブマウント１３２と電熱クーラー（ＴＥＣ）などの温度調節部品１３４とを有する支持部品１３０の上にある。特定の実施形態では、集積された送信機システム３００は、レーザー１１５の付近のマイクロヒーター３３５、光学分析器３６２及び制御器３６４も有する。光学分析器３６２は、集積ＤＷＤＭ送信機の出力導波路に光学的に結合され、それは、光ファイバー１１９を用いて光学伝達システムに光学的に結合される。制御器３６４は、光学分析器３６２とマイクロヒーター３３５とに電気的に結合される。図３では、マイクロヒーター３３５は、レーザー１１５の上に位置して示される。この実施形態によれば、マイクロヒーターは、レーザーの温度を調節するための位置に配置されることができる。例えば、マイクロヒーターは、シリコン基板上であってレーザーに近接して配置されることができる。一実施形態では、マイクロヒーターは、レーザーチップまたはＰＬＣ上に、各々のレーザーに近接して配置される。特定の実施形態では、マイクロヒーターは、図３に示されるようにレーザー１１５の付近に堆積される、金属ストリップなどの抵抗性素子である。
【００４３】
上記は、集積ＤＷＤＭ送信機システム用の部品の選択されたグループを用いて示されているが、多くの代替、修正及び変形がありえる。例えば、これらの部品のいくつかは、拡張され及び／又は結合される。他の部品は、上記に示されたものに挿入されてもよい。この実施形態によれば、部品のこの配置は、置き換えられた他のものと置換されてもよい。例えば、集積送信機３５０は、図２Ａ及び２Ｂに関連して上記に検討された送信機２００の特徴を有してもよい。
【００４４】
図４Ａは、本発明の実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機の目的波長を維持すための方法の単純化したフローチャートである。図４Ｂから４Ｄは、この方法による単純化された波長図である。これらの図は、単に例示であって、それは、ここで特許請求の範囲を必要以上に限定すべきではない。当業者は、他の変形、修正及び代替を認識することができるだろう。この方法は、図３の集積ＤＷＤＭシステム、図４Ａのフローチャート及び図４Ｂから４Ｄの波長図を参照して以下に簡単に概説されることができる。
（工程４１０）
所定の広範囲なＴＥＣ温度においてレーザー波長分布を決定する。２５℃のＴＥＣ温度における波長分布の例は、図４Ｂに示される。
（工程４２０）
対応するＩＴＵ−Ｔグリッドの目的波長以下に全てのレーザー波長をシフトするための第２の広範囲な温度にそのＴＥＣを調整する。一例が図４Ｃに示される。
（工程４３０）
各々のレーザーにおいて、光学分析器３６２を用いて出力導波路における中心波長を決定する。
（工程４４０）
制御器３６４を用いて、測定された中心波長と目的波長との間の偏差を決定する。
（工程４５０）
ＩＴＵ−Ｔグリッドに従って対応する目的波長に接近するようにレーザーの中心波長を増加させるために、制御器３６４を用いて、マイクロヒーター３３５の温度を調整する。図４Ｄは、ＩＴＵ−Ｔグリッドに従って対応する目的波長にシフトされた波長の例である。
【００４５】
上記の一連の工程は、本発明の実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機に関連する目的波長を維持するための方法を提供する。示されるように、この方法は、このグリッドの短い波長側に全てのレーザー波長をシフトさせるためのＴＥＣを用い、ＩＴＵ−Ｔグリッドに全てのレーザー波長をシフトするために必要とされる各々のレーザーにおける局所温度を増加させるための局所マイクロヒーターを用いる方法を含む組み合わせの工程を使用する。他の代替案は、ここで特許請求の範囲から逸脱することなく工程が付加され、１つ又はそれ以上の工程が除去され、または、１つ又はそれ以上の工程が異なる順序で提供されることもできる。本方法のさらなる詳細は、本明細書を通して認識されるだろう。
【００４６】
図５は、本発明の実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機を製造する方法の単純化したフローチャートである。この図は、単に例示であって、それは、ここで特許請求の範囲を必要以上に限定すべきではない。当業者は、他の変形、修正及び代替を認識することができるだろう。この方法は、図５のフローチャートを参照して以下に簡単に概説されることができる。
（工程５１０）
シリカ−オン−シリコン基板に光合成器を形成する。
（工程５２０）
第１支持部品を提供する。
（工程５３０）
第１支持部品にシリカ−オン−シリコン基板を取り付ける。
（工程５４０）
第２支持部品を提供する。
（工程５５０）
第２支持部品に１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップを載置する。
（工程５６０）
対応する入力導波路にレーザーを位置合わせする。
（工程５７０）
第１支持部品に第２支持部品を取り付ける。
【００４７】
示されるように、図５は、集積ＤＷＤＭ送信機装置を製造する方法を提供する。この方法は、シリカ−オン−シリコン基板に光合成器を形成する（工程５１０）ことを含む。シリカ−オン−シリコン基板は、シリコン基板の上にあるシリカ層を有し、光合成器は、複数の入力導波路と少なくとも１つの出力導波路とを有する。一実施形態では、光合成器は、アレイ導波路回折格子を有する。特定の実施形態では、光合成器を形成することは、以下の工程を含む。
−シリコン基板上に第１のドーピングされていないシリカの副層を形成する。
−第１のドーピングされていないシリカの副層上のドーピングされたシリカの副層を形成する。
−ドーピングされたシリカの副層の少なくとも第２部分をエッチングする。
−エッチングされたドーピングされたシリカの副層と第１のドーピングされていないシリカの副層との上に第２のドーピングされていないシリカの副層を堆積する。
【００４８】
工程５２０では、この方法は、第１支持部品を提供することを含む。第１支持部品の熱膨張係数は、シリコン基板の熱膨張係数と実質的に一致する。第１支持部品は、１つ又は複数のレーザーの各々と複数の入力導波路の対応する１つとの間の位置合わせを可能にする厚さを有する。一例として、第１部品は、約１ｍｍの厚さで特徴付けられるシリコン基板でありえる。工程５３０では、この方法は、第１支持部品にシリカ−オン−シリコン基板を取り付けることを含む。
【００４９】
工程５４０では、第２支持部品が提供される。工程５５０では、１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップが第２支持部品の上部表面に載置される。１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの熱膨張係数は、第２支持部品の熱膨張係数に実質的に一致する。１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のレーザーを有する。一実施形態では、レーザーアレイチップは、１つ又はそれ以上のＩｎＰレーザーを有する。熱膨張係数の一致のために、第２支持部品は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）サブマウントであってもよい。特定の実施形態では、レーザーアレイチップは、半田工程を用いて第２支持部品上に載置される。特定の実施形態では、マイクロヒーターは、レーザーの中心周波数の微調整のために各々のレーザーの付近に載置される。
【００５０】
工程５６０では、この方法は、光結合を提供するために、複数の入力導波路の対応する１つにレーザーの各々を位置合わせすることも含む。さらに、この方法は、第１支持部品に第２支持部品を取り付けることを含む（工程５７０）。一実施形態では、第２支持部品は、第１支持部品の側表面に結合されたバットである。例えば、第２支持部品は、良好な熱電導性を有するエポキシ樹脂によって第１支持部品に接着されることができる。他の実施形態では、この方法は、第１支持部品の下層となる温度調節部を追加することも含む。一例として、この方法は、図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、２Ｂ及び関連する記載によって実施される。
【００５１】
上記の一連の工程は、本発明の実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機装置を製造する方法を提供する。示されるように、この方法は、シリカ−オン−シリコン基板に光合成器を形成し、この基板の一部にレーザーアレイチップを載置する方法を含む工程の組み合わせを使用する。他の代替案は、ここで特許請求の範囲から逸脱することなく工程が付加され、１つ又はそれ以上の工程が除去され、または、１つ又はそれ以上の工程が異なる順序で提供されることもできる。本方法のさらなる詳細は、本明細書を通して認識されるだろう。
【００５２】
特定の実施形態では、適切な電気的ワイヤー結合後に、ＤＭＬチップ、ＡＷＧ、サブマウント及びＴＥＣは、ＤＷＤＭ送信機を形成するための単一のパッケージ内に置かれる。一実施形態では、送信機は、ＡＷＧ及びＤＭＬの温度、ＤＣ電流及びＤＭＬの変調を制御及び監視する多重電気入力部を有する。特定の実施形態では、送信機は、典型的には光ファイバーピグテールを用いて、多重チャンネルＤＷＤＭ信号を出力する単一の光出力部を有する。当然のことながら、他の変形、修正及び代替がありえる。
【００５３】
図６Ａは、本発明の他の実施形態によるパッケージングされたハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した上面図である。図６Ｂは、図６Ａのパッケージングされたハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した断面図である。これらの図は、単に例示であって、それは、ここで特許請求の範囲を必要以上に限定すべきではない。当業者は、他の変形、修正及び代替を認識することができるだろう。図６Ａに示されるように、パッケージングされた集積高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）送信機装置６６０は、多重電気信号を多重チャンネルＤＷＤＭ信号に変換することができる。特定の実施形態では、送信機装置６００は、パッケージ６０１内に多重電気信号と機能ブロック１００を受容するための複数の入力端子６１０を有する。一実施形態では、機能ブロック１００は、図１Ａ及び１Ｂに関連して上記で検討されたブロック１００と同様のハイブリッド集積送信機であってもよい。
【００５４】
送信機装置６００内のブロック１００は、図１Ａ及び１Ｂを参照して以下に検討される。特定の実施形態では、ハイブリッド集積送信機１００は、支持部品１３２と、その支持部品の上にあるシリカ−オン−シリコン基板を有するシリコンベンチ１０１とを有する。このシリカ−オン−シリコン基板は、シリコン基板１２４を覆うシリカ層１２２を有する。
【００５５】
ハイブリッド集積送信機１００は、１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップ（例えば、１１４及び１１５）も有し、それは、図６Ａで示されるような多重電気信号を受けるための入力端子６１０に結合される。このレーザーアレイチップは、多重電気信号を対応する多重光信号に変換する。この１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップ（例えば、１１４及び１１５）は、第２支持部品１２６の上にある。特定の実施形態では、１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップ（例えば、１１４及び１１５）の各々は、２つ又はそれ以上のレーザーを有する。
【００５６】
このハイブリッド集積送信機１００は、図１Ａ及び１Ｂで示されるシリカ−オン−シリコン平面光波回路（ＰＬＣ）内に作られるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）１６を有するかもしれない光合成器１１０も有する。この光合成器１１０は、この多重光信号を多重チャンネルＤＷＤＭ信号に変換するための１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップ（例えば、１１４及び１１５）に結合される。示されるように、光合成器１１０は、シリコン基板１２４の少なくとも一部の上にあるシリカ層１２２内に位置される。一実施形態では、光合成器１１０は、複数の入力導波路１１３を有し、それらの各々は、対応する光信号を受けるための１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップ内に対応するレーザーに結合される。光合成器１１０は、多重光信号を多重チャンネルＤＷＤＭ信号に変換し、それは、出力導波路１１２を通してその送信機の外側に送信されてもよい。当然のことながら、他の変形、修正及び代替がありえる。例えば、この実施形態によれば、送信機１００の１つより多い出力導波路がありえる。
【００５７】
一実施形態では、入力端子６１０は、６０５などの電気接続を介して送信機１００内のレーザーアレイチップに結合される。いくつかの実施形態では、パッケージングされたＤＷＤＭ送信機６００は、電気信号を高め、それらをレーザーアレイチップに結合するための電気増幅器６０３を有してもよい。一実施形態では、送信機の出力導波路は、例えば外部光学伝達システムに多重チャンネルＤＷＤＭ信号を送信するための光ファイバー６１９に結合されてもよい。特定の実施形態では、送信機は、ＡＷＧ及びパッケージングされた送信機装置６００の他の部品の温度の制御及び監視のための多重電気入力及び出力結合部も有する。
【００５８】
この実施形態によれば、本発明は、使用されてもよい様々な特徴を有する。これらの特徴には、以下のものが含まれる。
（１）ＩｎＰから作られる１つ又はそれ以上の多重直接変調レーザー（ＤＭＬ）アレイチップと、シリカ−オン−シリコン平面光波回路（ＰＬＣ）で作られるアレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）と、を有するハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機アレイ。
（２）ＣＴＥ不適合及びこの不適合に関連する複雑性を防止するための窒化アルミニウムサブマウント上の集積レーザーチップまたはアレイチップ。
（３）送信機の各々の個々のレーザーの中心周波数を調整するためのマイクロヒーターを用いるための方法及びシステム。
（４）光の後方反射がレーザーキャビティに入ることを防止するための反射防止（ＡＲ）膜を用いる方法。
（５）強力なバット接合（butt joint）のためのＡＷＧチップの厚さを増加するためのシリコンサブマウントを用いる方法。
【００５９】
示されるように、上記の特徴は、１つ又はそれ以上の実施形態でありえる。これらの特徴は、単に例示であって、それは、本願の範囲を必要以上に限定すべきではない。当業者は、他の変形、修正及び代替を認識することができるだろう。
【００６０】
多くの利点は、従来の技術に対して本発明によって達成される。例えば、特定の実施形態では、本発明は、ＡｌＮの良好な熱電導性に加えてＩｎＰとＡｌＮとの間の優れたＣＴＥ適合を用いた様々な光学部品を集積する方法を提供する。本発明の実施形態によれば、この方法は、生産物の信頼性及び生産量を増加させることに加えてさらなるコストの削減とシステムの設置領域におけるより大きなレーザーアレイチップに容易に拡大可能である。本発明の特定の実施形態によれば、大きなアレイチップは、ＡＷＧと送信機との間の光結合のさらなる発展を可能にする。例えば、これらの送信機が単一のアレイチップ上に形成された場合、導波路に対する高さの垂直変動は、送信機から送信機まで最小化されることができる。対照的に、大きなアレイチップは、ＣＴＥ不適合のために通常のフリップチップ結合で使用されないこともあり、従って、垂直高さは、チップからチップまで変動し、不均一な結合効率をもたらす。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態は、品質管理が集積の様々なレベルで容易に行われることができる生成物の製造における複雑性を減少させる技術を提供する。例えば、ＡｌＮ上のレーザーアレイは、専門家によって製造されることもあり、最終的な集積は、アレイのＡＷＧとの単純な位置合わせに対して減少され、産業における通常のパッケージングハウスを用いることによって製造されることができる。従って、最終的な生成物の性能変動は、最小であり、そのパッケージング産量は、ＰＬＣ上に直接的にＩｎＰチップを集積することよりも実質的に大きいかもしれない。特定の実施形態では、レーザーアレイとＡＷＧとの間の光結合のためのバット接合を用いた方法が提供される。結果として、結合効率は、高いと予想される。一実施形態では、レーザー／導波路表面の両方は、高いレーザー性能及び安定性においてレーザーキャビティへの起りえる後方反射に加えて反射損失を減少させるために反射防止被覆されることができる。
【００６２】
ここに記載された実施例及び実施形態が、単に例示の目的のためであり、その点で様々な修正及び変化が当業者によって提案され、本願の精神及び範囲と添付の特許請求の範囲の範囲に含まれることは理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１Ａ】本発明の実施形態によるハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した上面図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態による図１Ａのハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した断面図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態によるハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した拡大上面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施形態による図２Ａのハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した拡大断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機システムの単純化した図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機の目的波長を維持するための方法の単純化したフローチャートである。
【図４Ｂ】本発明の上記実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機の目的波長を維持するための方法を示す単純化した波長図である。
【図４Ｃ】本発明の上記実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機の目的波長を維持するための方法を示す単純化した波長図である。
【図４Ｄ】本発明の上記実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機の目的波長を維持するための方法を示す単純化した波長図である。
【図５】本願発明の他の実施形態による集積ＤＷＤＭ送信機に形成するための方法の単純化したフローチャートである。
【図６Ａ】本発明の他の実施形態によるパッケージングされたハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した上面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態による図４Ａのパッケージングされたハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機の単純化した断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００  ハイブリッド集積ＤＷＤＭ送信機
１０１  シリコンベンチ
１１０  アレイ導波路回折格子（ＡＷＧ）
１１２  光出力ポート
１１３  多重入力ポート１１３
１１４  多重レーザーアレイチップ
１１５  多重レーザーアレイチップ
１１６  格子導波路
１１９  光ファイバー
１２１  ドーピングされたシリカ領域
１２２  ドーピングされていないシリカ層
１２４  シリコン基板
１２６  サブマウント
１３２  サブマウント
１３４  温度調節部品
【図１Ａ】
2009525494.tif 000003
【図１Ｂ】
2009525494.tif 000004
【図２Ａ】
2009525494.tif 000005
【図２Ｂ】
2009525494.tif 000006
【図３】
2009525494.tif 000007
【図４Ａ】
2009525494.tif 000008
【図４Ｂ】
2009525494.tif 000009
【図４Ｃ】
2009525494.tif 000010
【図４Ｄ】
2009525494.tif 000011
【図５】
2009525494.tif 000012
【図６Ａ】
2009525494.tif 000013
【図６Ｂ】
2009525494.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月4日(2008.8.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１支持部品と、
前記第１支持部品の上にあるシリカ−オン−シリコン基板であって、前記シリカ−オン−シリコン基板が、シリコン基板の上にあるシリカ層を有し、前記第１支持部品の熱膨張係数が、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致するところのシリカ−オン−シリコン基板と、
複数の入力導波路と少なくとも１つの出力導波路とを有する、前記シリカ層内の光合成器と、
前記第１支持部品の側表面に取り付けられる第２支持部品と、
前記第２支持部品の上にある１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップであって、前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーチップの熱膨張係数が、前記第２支持部品の熱膨張係数に実質的に一致し、前記１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップの各々が、１つ又はそれ以上のレーザーを有し、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々が、前記複数の入力導波路の対応する１つに光学的に結合されるところの１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップと、
を有する、集積高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）送信機装置。
【請求項２】
前記第１支持部品は、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々と前記複数の入力導波路の対応する１つとの間の位置合わせを可能にする厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１支持部品は、約１ｍｍの厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第２支持部品は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第２支持部品は、前記第１支持部品の側表面に結合されるバットである、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記光合成器は、アレイ導波路回折格子を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のインジウムリン（ＩｎＰ）レーザーを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１支持部品の下にある温度調節部品をさらに有する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記温度調節装置は、電熱クーラー（ＴＥＣ）をさらに有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記レーザーの中心周波数を微調整するために各々のレーザーの付近にマイクロヒーターをさらに有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
第１支持部品と、
前記第１支持部品の上にあるうシリカ−オン−シリコン基板であって、前記シリカ−オン−シリコン基板が、シリコン基板の上にあるシリカ層を有し、前記第１支持部品の熱膨張係数が、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致するところのシリカ−オン−シリコン基板と、
複数の入力導波路と少なくとも１つの出力導波路とを有する、前記シリカ層内の光合成器と、
前記第１支持部品の側表面に取り付けられる第２支持部品と、
前記第２支持部品の上にある１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップであって、前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーチップの熱膨張係数が、前記第２支持部品の熱膨張係数に実質的に一致し、前記１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップの各々が、１つ又はそれ以上のレーザーを有し、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々が、前記複数の入力導波路の対応する１つに光学的に結合されるところの１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップと、
複数のマイクロヒーターであって、各々が、前記１つ又はそれ以上のレーザーの対応する１つに近接して位置される複数のマイクロヒーターと、
を有する、集積高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）送信機装置。
【請求項１２】
前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のＩｎＰレーザーを有し、前記第２支持部品は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
シリカ−オン−シリコン基板に光合成器を形成する段階であって、前記シリカ−オン−シリコン基板が、シリコン基板の上にあるシリカ層を有し、前記光合成器が、複数の入力導波路と少なくとも１つの出力導波路とを有するところの段階と、
第１支持部品を提供する段階であって、前記第１支持部品の熱膨張係数が、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致するところの段階と、
前記第１支持部品に前記シリカ−オン−シリコン基板を取り付ける段階と、
第２支持部品を提供する段階と、
前記第２支持部品の上部表面に１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップを載置する段階であって、前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの熱膨張係数が、前記第２支持部品の熱膨張係数に実質的に一致し、前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップが、１つ又はそれ以上のレーザーを有するところの段階と、
光結合を提供するために、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々を前記複数の入力導波路の対応する１つに位置合わせする段階と、
前記第１支持部品に前記第２支持部品を取り付ける段階と、
を有する集積ＤＷＤＭ送信機装置の製造方法。
【請求項１４】
前記光合成器を形成する段階は、
前記シリコン基板上に第１のドーピングされていないシリカの副層を形成する段階と、
前記第１のドーピングされていないシリカ副層上にドーピングされたシリカの副層を形成する段階と、
前記ドーピングされたシリカの副層の少なくとも第２部分をエッチングする段階と、
前記エッチングされたドーピングされたシリカの副層及び前記第１のドーピングされていないシリカの副層上に第２のドーピングされていないシリカの副層を堆積する段階と、
を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１支持部品は、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々と前記複数の入力導波路の対応する１つとの間の位置合わせを可能にする厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１支持部品は、約１ｍｍの厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２支持部品は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２支持部品は、前記第１支持部品の側表面に結合されるバットである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記光合成器は、アレイ導波路回折格子を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のＩｎＰレーザーを有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１支持部品の下にある温度調節部品を追加することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記レーザーの中心周波数を微調整するために各々のレーザーの付近にマイクロヒーターを載置することをさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項２３】
多重電気信号を受ける複数の入力端子と、
第１支持部品と、
前記第１支持部品の上にあるシリカ−オン−シリコン基板であって、前記シリカ−オン−シリコン基板が、シリコン基板の上にあるシリカ層を有し、前記第１支持部品の熱膨張係数が、前記シリコン基板の熱膨張係数に実質的に一致するところのシリカ−オン−シリコン基板と、
前記シリカ−オン−シリコン基板と前記第１支持部品に取り付けられる第２支持部品と、
前記第２部品の上にある１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップであって、前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップが、前記多重電気信号を受け、前記多重電気信号を対応する多重光信号に変換するための前記複数の入力端子に結合され、前記１つ又はそれ以上のレーザーアレイチップの各々が、１つ又はそれ以上のレーザーを有するところの半導体レーザーアレイチップと、
前記多重光信号を前記多重チャンネルＤＷＤＭ信号に変換するための前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップに結合される光合成器であって、前記光合成器が、前記シリカ−オン−シリコン基板に位置し、前記光合成器が、各々が、対応する光信号を受けるための対応するレーザーに結合される複数の入力導波路と、前記多重チャンネルＤＷＤＭ信号を出力するための少なくとも１つの出力導波路と、を有する光合成器と、
を有する、多重電気信号を多重チャンネルＤＷＤＭ信号に変換する集積高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）送信機装置。
【請求項２４】
前記第１支持部品は、前記１つ又はそれ以上のレーザーの各々と前記複数の入力導波路の対応する１つとの間の位置合わせを可能にする厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記第１支持部品は、約１ｍｍの厚さによって特徴付けられるシリコン基板を有する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
前記第２支持部品は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む、請求項２３に記載の装置。
【請求項２７】
前記第２支持部品は、前記第１支持部品の側表面に結合されるバットである、請求項２３に記載の装置。
【請求項２８】
前記光合成器は、アレイ導波路回折格子を有する、請求項２３に記載の装置。
【請求項２９】
前記１つ又はそれ以上の半導体レーザーアレイチップの各々は、１つ又はそれ以上のＩｎＰレーザーを有する、請求項２３に記載の装置。
【請求項３０】
前記レーザーの中心周波数を微調整するために各々のレーザーの付近にマイクロヒーターをさらに有する、請求項２３に記載の装置。
【国際調査報告】
2009525494.tif 000015
2009525494.tif 000016
2009525494.tif 000017