(57)【要約】  本発明は、高度に正確な深堀り反応性イオン・エッチング・プロセスを用いてエッチングされたシリコン反射型回折格子が、高い光学性能のシリカ・オン・シリコン導波路デバイス内に形成されたトレンチ内に取り付けられる、ハイブリッド・プレーナ型光波回路に関する。
2010506201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プレーナ型光波回路（ＰＬＣ）デバイスであって、
入力光ビームを発射するための入力ポートと、
第１の基板上のスラブ導波路であって、上部クラッドと下部クラッドの間のコア層を画定し、その中に下方に前記コア層まで形成されたトレンチを有するスラブ導波路と、
前記入力光ビームを回折するために、前記入力ポートに光学的に結合された前記トレンチ内に取り付けられた第２の基板上に設けられた反射型回折格子と、
前記反射型回折格子によって方向を変えられた前記入力光ビームの少なくとも一部分を出力するための、前記反射型回折格子と光学的に結合された第１の出力ポートと
を備え、前記コア層および前記反射型回折格子は、異なる材料から別々に製作される、ＰＬＣデバイス。
【請求項２】
前記反射型光デバイスが、シリコン、シリコンをベースとする材料、およびインジウム・リンからなる群から選択された材料内にエッチングされた、複数の歯状物を備える反射型回折格子である、請求項１に記載のＰＬＣデバイス。
【請求項３】
前記スラブ導波路が、シリカ・オン・シリコン構造体を備え、前記コア層がシリカである、請求項１または２に記載のＰＬＣデバイス。
【請求項４】
前記トレンチ内で前記コア層と前記反射型光デバイスの間に接着剤をさらに備え、前記接着剤は前記コア層の屈折率と整合する屈折率を有する、請求項１、２、または３に記載のＰＬＣデバイス。
【請求項５】
前記スラブ導波路上の表面異常を避けるように前記第２の基板を前記スラブ導波路から間隔をあけるための突起であって、前記第２の基板から延び、前記スラブ導波路の平坦部分と接触する接触面を有する突起をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のＰＬＣデバイス。
【請求項６】
前記接触面が、前記第２の基板に対して鋭角をなし、それにより、前記入力ビームを鋭角にて前記コア層に向けるように前記第２の基板が前記第１の基板に対して鋭角にて取り付けられる、請求項５に記載のＰＬＣデバイス。
【請求項７】
前記反射型回折格子が、前記入力光ビームを複数の構成波長に分離し、前記ＰＬＣデバイスは、前記複数の構成波長を出力するための複数の出力ポートをさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のＰＬＣデバイス。
【請求項８】
前記反射型回折格子が、前記第２の基板内に、湾曲面、凹面、または放物線状の反射面を備える、請求項１から７のいずれか一項に記載のＰＬＣデバイス。
【請求項９】
前記反射型回折格子を前記コア層と位置合わせするために、前記反射型回折格子上の第１の位置合わせ手段と、前記第１の位置合わせ手段と係合する前記トレンチ内の第２の位置合わせ手段とをさらに備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のＰＬＣデバイス。
【請求項１０】
前記反射型回折格子が、ファセット長によって定義される複数の反射壁と、側壁長によって定義される複数の側壁とを有し、前記ファセット長を前記側壁長で除した値で定義される前記回折格子のアスペクト比が３より大きい、請求項１から９のいずれか一項に記載のＰＬＣデバイス。
【請求項１１】
前記アスペクト比が５より大きい、請求項１０に記載のＰＬＣデバイス。
【請求項１２】
前記アスペクト比が１０より大きい、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記反射型回折格子が、ファセット長によって定義される複数の反射壁と、側壁長によって定義される複数の側壁とを有し、前記側壁長が前記入力光ビームの平均波長の２倍以下である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記側壁長が、前記入力光ビームの平均波長以下である、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
プレーナ型光波回路を形成する方法であって、
（ａ）上部クラッドと下部クラッドの間のコア層を含む第１の基板上に、スラブ導波路を形成するステップと、
（ｂ）前記スラブ導波路内に、下方に前記コア層までトレンチを形成するステップと、
（ｃ）第２の基板上に回折格子を形成するステップと、
（ｄ）前記回折格子を前記トレンチ内に取り付けるステップと
を含む方法。
【請求項１６】
ステップ（ｃ）が、前記コア層とは異なる適当な材料の前記回折格子をＤＲＩＥエッチングするステップと、前記回折格子を反射性材料で被覆するステップとを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記適当な材料が、シリコン、シリコンをベースとする材料、およびインジウム・リンからなる群から選択される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ステップ（ａ）が、シリカの前記コア層を形成するステップを含む、請求項１５、１６、または１７に記載の方法。
【請求項１９】
ステップ（ｄ）が、前記トレンチ内に前記回折格子を有して前記第２の基板を前記スラブ導波路上にフリップチップ・ボンディングするステップを含む、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
ステップ（ｄ）が、前記スラブ導波路と前記格子の間にエポキシを配置するステップを含み、前記エポキシは前記スラブ導波路の前記コア層と整合する屈折率を有する、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
ステップ（ｃ）が、前記スラブ導波路上の表面異常を避けるように前記第２の基板を前記スラブ導波路から間隔をあけるために、前記スラブ導波路の一部分と接触するための接触面を有する、前記第２の基板から延びる突起を形成するステップを含む、請求項１５から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記反射型回折格子を前記コア層と位置合わせするために、ステップ（ｂ）が、前記反射型回折格子上に第１の位置合わせ手段を形成するステップを含み、ステップ（ｃ）が、前記トレンチ内に第２の位置合わせ手段を形成するステップを含み、ステップ（ｄ）が、前記第１の位置合わせ手段を前記第２の位置合わせ手段と係合させるステップを含む、請求項１５から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
ステップ（ｃ）が、前記スラブ導波路の一部分と接触するための接触面を有する、前記第２の基板から延びる突起を形成するステップを含み、前記接触面は、前記第２の基板に対して鋭角をなし、前記入力光ビームの一部分を前記コア層に対して鋭角にて反射するように、前記第２の基板が前記第１の基板に対して鋭角にて取り付けられる、請求項１５から２２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレーナ型光波回路（ＰＬＣ）に関し、具体的には、多層導波路構造体上にハイブリッド化された反射型回折格子を有するＰＬＣに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学において、回折格子は、反射基板または透明基板上の微細な平行で等間隔の溝（「刻線」）のアレイであり、その溝により、反射されるまたは伝送される電磁エネルギーを「次数」または「スペクトル次数」と呼ばれる離散的な方向に集中させる、回折および相互干渉効果を生ずる。
【０００３】
溝の寸法および間隔は、当該の波長程度となる。光学の領域では、回折格子の使用は最も一般的であり、ミリメートル当たり数百または数千個の溝がある。
【０００４】
次数０は、正透過または正反射に相当する。より高い次数は、幾何（光線）光学によって予測される方向からの、入射ビームの偏向を生ずる。入射の法線角度が角度θの場合、幾何光学によって予測される方向からの、回折される光線の偏向は以下の式によって与えられ、ただし、ｍはスペクトル次数、λは波長、ｄは隣接する溝の対応する部分の間隔である。
【０００５】
【数１】
2010506201.tif 000003
【０００６】
回折されるビームの偏向角は波長に依存するので回折格子は分散性であり、すなわち、回折格子は入射ビームをその構成波長成分に空間的に分離し、スペクトルを生じる。
【０００７】
回折格子によって発生されるスペクトル次数は、入射ビームのスペクトル内容および格子上の単位距離当たりの溝の数に応じて重なり得る。スペクトル次数が高くなるほど、次に低い次数への重なりは大きくなる。回折格子は、モノクロメータおよび他の光学器械でしばしば用いられる。溝の断面形状を制御することにより、関心のある次数に回折エネルギーの大部分を集中させることが可能である。この技法は、「ブレージング」と呼ばれる。
【０００８】
当初は、高分解能回折格子は、刻線されていた。高品質の刻線機械の構築は、大きな事業であった。後のフォトリソグラフィ技法により、ホログラフィー干渉パターンから格子を生成することが可能となる。ホログラフィック格子は、正弦波状の溝を有し、同程度に明るくはないが、ブレーズ格子よりも迷光レベルがはるかに低くなるので、モノクロメータには好ましい。コピー技法により、マスタ格子から高品質の複製を作製することが可能であり、これは格子のコストを低減するのに役立つ。
【０００９】
プレーナ型導波路反射型回折格子は、規則的な並びで配置されたファセットのアレイを含む。簡単な回折格子の性能は、図１を参照して示される。複数の波長チャネルλ１，λ２，λ３、・・・を有する光学ビーム１は、格子ピッチΛ、および回折次数ｍを有する回折格子２に、特定の入射角θｉｎにて入る。次いで光学ビームは、次の回折格子の式に従い、波長および次数に応じて、角度θｏｕｔにて角度的に分散される。
【００１０】
【数２】
2010506201.tif 000004
【００１１】
回折格子の式（１）から、回折次数の形成の条件は、入射光の波長λＮに依存する。スペクトルの構成を考えるとき、回折角θＮｏｕｔが、入射波長θｉｎに対してどのように変化するかを知る必要がある。したがって入射角θｉｎは固定と仮定し、式（１）をθＮｏｕｔで微分することにより次式が導かれる。
【００１２】
【数３】
2010506201.tif 000005
【００１３】
量δθＮｏｕｔ／δλは、波長λの小さな変化に対応する回折角θＮｏｕｔの変化であり、これは回折格子の角分散として知られる。角分散は、次数ｍの増加、格子ピッチΛの減少、および回折角θＮｏｕｔの増加と共に増加する。回折格子の線形分散は、この項と系の実効焦点距離の積となる。
【００１４】
異なる波長λＮの光は、異なる角度θＮｏｕｔにて回折されるので、各次数ｍはスペクトルに引き伸ばされる。θＮｏｕｔは９０°を超えることはできないので、所与の回折格子によって発生することができる次数の数は、格子ピッチΛによって制限される。最も高い次数は、Λ／λＮによって与えられる。したがって、（大きなΛを有する）粗い格子は多くの次数を発生し、微細な格子が発生できるのは１つまたは２つだけとなり得る。
【００１５】
ブレーズ格子は、図１に示されるように回折格子の溝が、ブレーズ角ｗを有する直角三角形を形成するように制御されたものである。ブレーズ角ｗの選択は、特に所与の波長に対して、回折格子の全体的な効率プロファイルを最適化する機会を与える。
【００１６】
プレーナ型導波路回折をベースとするデバイスは、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）用の近赤外（１５５０ｎｍ）領域で優れた性能をもたらす。特に、通常、高い回折次数（４０から８０）、大きな入射角（約６０°）、および大きな格子ピッチにて動作するエシェル格子における進歩は、干渉する経路間での大きな位相差をもたらした。格子ファセットの寸法は回折次数と共にスケーリングされるので、このような大きな位相差は、回折をベースとするプレーナ型導波路デバイスの信頼性のある製造のために必要であると長い間考えられてきた。したがって既存のデバイスは、高い回折次数が必要なため、狭い波長範囲での動作に限定される。
【００１７】
プレーナ型光波回路内に直接エッチングされる反射型回折格子は、その高い性能と小さな寸法により、波長フィルタとしてしばしば用いられる。従来型のＰＬＣは、シリカ・オン・シリコン、シリコン・オン・インシュレ一夕（ＳＯＩ）、またはインジウム・リン（ＩｎＰ）を含む、いろいろないくつかのタイプの基板上に製作することができる。スラブ導波路の側面に形成された回折格子フィルタの典型的な構成を、図１に示す。すべての動作は、ページの平面に平行な２次元平面内にあり、すなわち光は（ページに垂直な）垂直方向において制限されるものと想定される。
【００１８】
図２および３にはもう１つのシステムが示され、このシステムでは、チップ１２内に設けられたスラブ導波路１１の縁部に、凹面反射型回折格子１０が形成される。入力ポートは導波路１３の端部によって定義され、導波路１３は、複数の波長チャネル（λ１，λ２，λ３、・・・）を含む波長分割多重（ＷＤＭ）入力信号をスラブ導波路１１に伝送するためにチップ１２の縁部からスラブ導波路１１に延びる。光は、入力ポートを通って２次元スラブ導波路１１内に入り、水平に拡がり、すなわち水平面内に分散する。続いて、光は複数の小さな反射ファセットからなる反射格子１０に遭遇する。１次の反射信号は、光の波長に基づいて１つの位置で強め合うように組み合わされ、そこには当該の波長チャネルを捕捉するために出力導波路１５の端部が配置される。
【００１９】
参照により本明細書に組み込まれる２００６年１２月１９日にＥｎａｂｌｅｎｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社に発行された米国特許第７，１５１，６３５号に記載される、図２に示されるような回折格子１０は、３より大きく、好ましくは５より大きく、潜在的には１０より大きいアスペクト比（Ｆ／Ｓ）、および波長チャネル（λ１，λ２，λ３、・・・）の平均波長以下の側壁長Ｓを有する。入力導波路１３は、入射角θｉｎが４５°未満、好ましくは３０度未満、潜在的には１５度未満、さらには６°未満となることを確実にするように配置され、格子ピッチΛは、格子１０が５以下、好ましくは３以下の次数にて回折を生じることを確実にするように選択される。回折格子１０は、入力信号を構成波長に分散させ、各波長チャネルを、出力導波路１５の端部の形での別々の出力ポート上に収束させ、それら端部は、チップ１２の縁部に戻るように伝送するために、ローランド円によって定義される格子１０の焦点線１６に沿って配置される。図示のデバイスはまた、導波路１５に入力されるいくつかの波長チャネルを、単一の出力信号に多重化し、入力導波路１３を通じてチップ１２の縁部から送出するために用いることもできる。入力および出力ポートは、光を発射または捕捉することができる、スラブ導波路１１上の位置を表すが、各ポートは他の伝送デバイスと光学的に結合することができ、または単に遮断することができる。
【００２０】
ＰＬＣにおいて図１および２に示されるような反射型回折格子を製作する場合の最大の課題の１つは、小さな反射ファセットを生成するのに必要な、非常に高品質のエッチングである。効率的な格子を製作するために克服しなければならない２つの主な課題があり、すなわちエッチングのほぼ完全な垂直性と、非常に平滑な側壁である。通常、図２に示される格子歯状物は、その反射率を改善するために、金属被覆されることになる。しかし、光は下にあるシリカ内を進むので、シリカ・エッチングのほぼすべての粗さおよび非垂直性に従う内側の金属から反射され、結果として格子の性能問題を生ずる。この問題を解消する唯一の方法は、粗さが非常に小さい、非常に高品質の垂直エッチングを開発することである。
【００２１】
残念ながら、通常ほとんどのエッチング・プロセスでは、良好な格子を作製するために必要なものとは反して、エッチングの垂直性と、エッチングされた壁面の粗さとの間にトレードオフが存在する。これは、ほとんどの材料系において当てはまるが、最近のシリコンの深堀り反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）の進歩により、シリコンに実施される場合にのみ、極めて深い、垂直で平滑なエッチングが可能になった。ＤＲＩＥプロセスは、ＭＥＭＳ構成部品および他の多くの応用分野での使用において、非常に一般的となった。
【００２２】
しかし、シリコンをＰＬＣ導波路として用いるのは、非常に制限があり、通常、結果として低性能の構成部品となる。最新の電気通信システムで必要とされる高性能で低損失の構成部品を実現するために、ほとんどのＰＬＣフィルタ・チップはシリカ・オン・シリコン基板内に製作され、その場合、光はシリコンの上の薄いガラス層内のみを進む。ＤＲＩＥ技術は、シリカ・ウェハに適用することはできるが、エッチングの結果は、シリコンで見られるものほど良好ではない。この理由により、事実上すべての、シリカ内にエッチングされる反射型回折格子は、エッチングされたミラーの垂直性および／または粗さに関連する性能問題を生ずる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許第７，１５１，６３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の目的は、高精度の回折格子が高品質の導波路構造体とは別々に製造される、ハイブリッドＰＬＣデバイスを実現することにより、従来技術の欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
したがって、本発明は、プレーナ型光波回路（ＰＬＣ）デバイスに関し、このデバイスは、
入力光ビームを発射するための入力ポートと、
第１の基板上のスラブ導波路であって、上部クラッドと下部クラッドの間のコア層を画定し、その中に下方にコア層まで形成されたトレンチを有するスラブ導波路と、
入力光ビームを回折するためにトレンチ内に取り付けられた第２の基板上の反射型回折格子と、
入力光ビームの少なくとも一部分を出力するための第１の出力ポートと
を備え、コア層および反射型回折格子は、異なる材料から別々に形成されるものであり、
反射型光デバイスは、スラブ導波路内で可能であるよりも高精度でエッチングされる。
【００２６】
本発明のもう１つの実施形態は、プレーナ型光波回路を形成する方法に関し、この方法は、
（ａ）上部クラッドと下部クラッドの間のコア層を含む第１の基板上に、スラブ導波路を形成するステップと、
（ｂ）スラブ導波路内に、下方にコア層までトレンチを形成するステップと、
（ｃ）第２の基板上に回折格子を形成するステップと、
（ｄ）回折格子をトレンチ内に取り付けるステップとを含む。
【００２７】
本発明について、本発明の好ましい実施形態を表す添付の図面を参照して、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来型の反射型回折格子を示す図である。
【図２】従来型の凹面反射型回折格子を示す図である。
【図３】図２の凹面反射型回折格子を有する、従来型のＰＬＣデバイスを示す図である。
【図４】本発明によるハイブリッドＰＬＣデバイスの断面図である。
【図５】図５ａは位置合わせマーカを有する、図４のデバイスの反射型回折格子の代替実施形態の上面図である。図５ｂは図５ａの反射型回折格子の側面図である。
【図６】図４のデバイスのＰＬＣ導波路チップの上面図である。
【図７】本発明によるハイブリッドＰＬＣデバイスの代替実施形態の断面図である。
【図８】図８ａはスペーサ突起を有する、図４のデバイスの反射型回折格子の代替実施形態の上面図である。図８ｂは図８ａの反射型回折格子の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図４を参照すると、本発明による、たとえばシリカ・オン・シリコンであるＰＬＣチップ２１は、シリコン基板２６上に形成された上部クラッド層２３と下部クラッド層２４の間のシリカ（または他のいくつかの高品質の導波材料）のコア層２２を有し、図３に示されるレイアウトと概観および機能が非常に似たように製作される。しかし、高品質の格子歯状物をシリカ材料系内に直接エッチングするのは非常に難しいので、別個の反射型回折格子２８を収容するために、下方にコア層２２を貫通して下部クラッド層２３内へ、またはそれより深く、単なる深いトレンチ２７がエッチングされ、格子２８はトレンチ２７内に取り付けられる。トレンチ２７は、目的とする格子２８よりわずかに大きな輪郭を有するが、全体的には格子２８の形状に従い、格子歯状物はなく、単なる連続する壁面をもつだけである。トレンチ２７のエッチングされた壁面の垂直性および平滑度は、決定的に重要ではない。
【００３０】
目的とする格子２８は、シリコン、シリコンをベースとする材料、またはインジウム・リン（ＩｎＰ）材料など、コア層２２とは異なる材料の純粋な基板３１を用いた別個のウェハ格子チップ２９上に、ＤＲＩＥシステムなどのはるかに高精度を有する最先端のエッチング・システムを用いてエッチングされ、その結果、格子２８の歯状物のための非常に垂直で平滑な側壁となる。高度に反射性の歯状物の側壁を生成するために、格子２８上に金などの反射性材料の薄い層が堆積される。格子２８の三角形の歯状物は比較的小さいので、通常、数千個のこのような格子が、標準の６インチのシリコン・ウェハ上に収まることになる。格子２８は、入力光学ビームを、たとえば最大８、１６、または４０以上の複数の構成波長チャネルに分離するための上述の回折格子１０と、同様または同一であることが好ましい。
【００３１】
格子２８はダイシングされ、反転されて、シリカＰＬＣチップ２１上のエッチングされたトレンチ２７内に挿入される。通常、全プロセスは、自動化されたフリップチップ・ボンダを用いて行われ、ボンダはＰＬＣ基板２６上に格子チップ２９を位置合わせし、トレンチ２７内の所定位置に格子２８を落とし、はんだボンディング・プロセスを完了させ、このはんだボンディング・プロセスは、基板３１上の対応するはんだパッドとＰＬＣチップ２１の間に、はんだ３２を配置し、または単にそれらの間に予め配置された既存のはんだバンプを加熱して、ＰＬＣチップ２１上の所定位置に格子チップ２９を固定するものである。
【００３２】
格子２８に向かって進む光は、通常なら、シリカＰＬＣチップ２１内にエッチングされた粗いトレンチ２７での散乱によって高い損失を受けるが、この損失をなくすために、格子トレンチ２７の一端近くに、屈折率が整合するエポキシ３５が分注される。格子チップ２９とトレンチ２７は、たとえばそれらの間に一定の間隙をもつように設計され、それによりエポキシ３５は、格子２８とトレンチ２７のエッチングされたシリカ壁面の間の薄い間隔にわたって吸い上がり（ｗｉｃｋ）、すべてのクラックを完全に充填し、実質的に格子２８をシリカ・トレンチ２７内に沈めるようになる。次いで、屈折率が整合するエポキシ３５は、たとえば１００℃の焼成により硬化され、その時にエポキシ３５は屈折率が、ＰＬＣチップ２１のコア２２内に用いられるたとえばシリカなどの導波路材料の屈折率とほぼ同一になるように硬化し、それによってトレンチ２７のすべての粗さおよび非垂直性を含む、導波路材料内のどのような光学的界面もなくし、シリカ・チップ２１を通って直接反射格子２８に至るまで、連続する屈折率を生ずる。
【００３３】
したがって、非常に低損失のシリカまたは他のいくつかの高品質の導波材料を用いたハイブリッドＰＬＣデバイスが生成され、また、シリコンまたは他の高精度エッチング材料を用いることにより使用可能となるＤＲＩＥの能力を利用して、高精度または平滑な光学格子２８が構築される。結果として、両方の材料系の最も優れたものが、ハイブリッド方式により統合されて１つの構成部品を形成する。
【００３４】
提案されている構成はまた、別のいくつかの材料系および格子構成に対して実施することができる。反射格子および凹面反射格子に対してだけでなく、同じ技法は特に、ＰＬＣチップ内の隘路の周りに効率的に光を経路設定するために、格子チップ２９を１つまたは複数の反射性の表面、または少なくとも部分的に反射性の表面を有する別のチップに置き換えることにより、非常に平滑な凹面、湾曲面、または放物面のミラーなどの効率的なミラーを生成するために用いることができる。
【００３５】
このようなフィルタの最も効果的な応用分野の１つは、接続通信市場向けのダイプレクサまたはトリプレクサの製作であり、具体的には、参照により本明細書に組み込まれる、２００６年１２月１９日にＥｎａｂｌｅｎｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社に発行された米国特許第７，１５１，６３５号で開示されたものなどの反射面と無反射側壁を交互にもつ三角形の歯状物を有するステップ型回折格子を含む、２００６年６月２７日にＢｉｄｎｙｋらに発行された米国特許第７，０６８，８８５号、２００６年１２月１２日にＢａｌａｋｒｉｓｈｎａｎらに発行された米国特許第７，１４９，３８７号、および２００７年４月２４日にＰｅａｒｓｏｎらに発行された米国特許第７，２０９，６１２号で開示されたものであり、これらすべてを参照により本明細書に組み込む。Ｅｎａｂｌｅｎｃｅ特許で開示された回折格子は、格子２８が多重化／逆多重化するように設計される、たとえば１５５０ｎｍの入力光の平均波長の２倍以下、好ましくは入力光の平均波長以下の側壁長Ｓを必要とする。さらに、ファセット長を側壁長で除した値で定義される回折格子のアスペクト比は、３より大きく、好ましくは５より大きく、さらに好ましくは１０より大きい。上述の仕様は、高度に正確な製造プロセスを必要とし、シリカ・オン・シリコン構造体で実現するのは難しいが、シリコンの深堀り反応性イオン・エッチングでは実現可能である。
【００３６】
好ましくは、格子チップ２９は、深堀り反応性イオン・エッチング（ＤＲＩＥ）プロセスを用いてエッチングされる単結晶シリコン基板、シリコンをベースとする基板、またはＩｎＰ基板を含む。ＤＲＩＥプロセスは、比較的標準的であり、世界中のウェハ製造会社から容易に利用可能であり、通常、シリコン・エッチング・プラズマ（ＳＦ６）と不動態化プラズマ（Ｃ４Ｆ８）を交互に行うエッチング・プロセスを用い、結果として格子２８の平滑で垂直なエッチングにより、非常に高いアスペクト比のウェルを生ずる。
【００３７】
格子ウェハは、格子２８自体だけを含むので、標準の６インチウェハ上に非常に多数の、しばしば数千個の格子チップ２９を含むことができる。格子２８および位置合わせマーク４１を画定するために、図５ａおよび５ｂに示されるように単一層のエッチング・プロセスを用いることができる。位置合わせマーク４１は、位置合わせマーク４１と格子歯状物の間にマスク位置合わせ誤差がないことを確実にするために、格子２８の歯状物を画定するマスクと同じマスクを用いて、格子２８の構造体内にエッチングされた凹みまたは穴である。位置合わせマーク４１は、図５ｃに示される、ＰＬＣチップ２１上、具体的にはトレンチ２７内のマーカ４２に対応する、たとえば十字形、三角形などの特定の形状を有する。
【００３８】
図４に示されるようなＰＬＣチップ２１にハイブリッド方式により取り付けられた格子２８の場合は、反射格子２８の壁面の垂直性は、格子チップ２９すなわち基板３１の下面が取り付けられる、ＰＬＣチップ２１の平坦な水平上面３０によって確立される。多くのＰＬＣ製作プロセスでは、すべてにわたって平坦な上面３０は、常には実現できないが、通常、多くの場合、ＰＬＣチップ２１の上面３０のトポロジーは、異常な粗い部分４６とは別に一定の平坦部分４５を有して、チップごとおよびウェハごとに、非常に再現可能である。したがって、図７に示される本発明の代替実施形態は、前述の回折格子２８と同様な反射型回折格子５８と平行に、基板５１から延びる１つまたは複数のバンプまたはスペーサ突起５２を有する格子チップ４９を含む。スペーサ突起５２は、格子５８と同じ製造ステップおよび／またはプロセスを用いて形成することができる。
【００３９】
図７に示されるものと同様な技法は、制御された鉛直角とするために格子５８に意図的に角度をもたせるために用いることができる。たとえば、平坦部分２５を有するＰＬＣチップ２１上において、格子チップ４９上のバンプ５２に、角度をもたせた表面を組み入れることにより、格子５８の意図的な非垂直性を加えることができ、それによって基板５１は基板２６およびコア層２２に対して鋭角にて取り付けられる。この鋭角は、光が水平方向から垂直方向へ向きを変えて進むことを可能にするように４５°以下とすることができるが、±２０°未満、または±１０°未満の角度が、より実用的である。通常、不正確なエッチング・プロセスを補償するには、±６度未満の角度で十分である。したがって、より大きな角度を用いて、一部またはすべての光を下部クラッド２３または上部クラッド２４内へ反射させて反射信号の一定の減衰をもたらすことが可能であり、またはそのような他の用途が可能である。
【００４０】
本発明の用途の一例は、電気通信システムにおいて光の波長を分離するために用いられるハイブリッド・フィルタ・チップである。米国特許第７，０６８，８８５号で開示されたもののような、ファイバ・ツー・ザ・ホーム（ＦＴＴＨ）システムで用いられるトリプレクサがそのような構成部品であり、ハイブリッド格子２は、様々な上りおよび／または下り波長を分離するために用いられる。
【００４１】
本発明は、過去においてウェハ製造会社にとって重要な問題であった、プレーナ型光波回路（ＰＬＣ）反射格子技術に伴う非常に挑戦を要するエッチング要件の多くを緩和する。本発明は、これらのエッチング要件を、シリコンにおける新しいＤＲＩＥ技術を利用することができるハイブリッド格子へ移す。その結果、ウェハ製作コストの低減、およびはるかに簡単な、容易に他の製造会社への移転が可能な導波路プロセスをもたらす。
【００４２】
本発明は、低損失のシリカ導波路ＰＬＣ１を、高品質のＤＲＩＥエッチングされたシリコン格子２と、ハイブリッド方式により統合することによって従来技術の欠点を克服する。ハイブリッド方式による統合は、通常、レーザおよび検出器をＰＬＣ基板上に取り付けるために用いられる最新のフリップチップ・ボンディング技法によって可能となる。さらに、本発明は、ボンディング時に、格子の垂直性を意図的に変化させる手段を提供する。
【符号の説明】
【００４３】
２１  シリカＰＬＣチップ、ＰＬＣチップ、シリカ・チップ
２２  コア層、コア
２３  上部クラッド層
２４  下部クラッド層
２６  シリコン基板、ＰＬＣ基板、基板
２７  格子トレンチ、トレンチ、シリカ・トレンチ
２８  反射型回折格子、格子、直接反射格子、光学格子、反射格子
２９  ウェハ格子チップ、格子チップ
３０  水平上面、上面
３１  基板
３２  はんだ
３５  エポキシ
４１  マーク
４２  マーカ
４５  平坦部分
４６  異常な粗い部分
４９  格子チップ
５１  基板
５２  バンプ
５８  格子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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