用于集成dwdm发射器的方法和系统的制作方法

专利名称：用于集成dwdm发射器的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及光纤光传送技术。具体而言，本发明涉及集成DWDM发射 器的方法和系统。
背景技术：
本发明涉及光纤光传送系统。具体而言，本发明提供一种方法和系统， 用于縮小光发射器系统的尺寸并降低其成本。仅仅是作为实例，已经将本 发明应用于DWDM光输送系统。但是应当认识到，本发明具有广泛得多的 应用范围。
自从90年代中期首次开发出来开始，密集波分复用(DWDM， Dense Wavelength Division Multiplexing)已经成为远距离和区域骨干输送网络的 主流技术，并且正在逐步发展成城域网。在常规DWDM系统中，每个光组 件，不管它是激光器还是MUX滤光器，都是各自封装的。围绕一个或几个 光组件构建线路卡。例如，给定波长的发射器卡包括激光器和调制器(或 者集成激光器/调制器)。座落在激光器封装内的激光器芯片通常是用磷化铟
(InP)半导体化合物制造的。多个发射器线路卡不同波长的光输出通过多 路复用线路器卡合并，这个多路复用器线路卡包括一些MUX滤光器。常用 的MUX滤光器基于硅基二氧化硅(silica-on-silicon)制造的阵列波导光栅
(AWG, Array Waveguide Grating)。线路卡之间的光连接是通过光纤进行 的。然后用光放大器放大从多路复用器线路卡输出的光并将它发射到传输 光纤中去。
即使这些常规DWDM系统在某些领域有用，但是它们有很多局限性， 限制了它们的更多应用。下面讨论这些局限性的一部分，然后给出基于本 发明的实施例的改进技术。

发明内容
本发明涉及光纤光传送系统。具体而言，本发明提供一种方法和系统， 用于縮小光输送系统的尺寸并降低其成本。仅仅是作为实例，已经将本发
明应用于DWDM光发射器系统。但是应当认识到，本发明具有广泛得多的 应用范围。
在一个具体实施例中，本发明提供一种集成DWDM发射器装置，包括: 支撑部件以及与支撑部件重叠的硅基二氧化硅基片。支撑部件包括温度调 整部件。在一个实施例中，温度调整部件包括热电冷却器(TEC)。硅基二 氧化硅基片包括二氧化硅层和硅层。硅基二氧化硅基片对应于基片表面， 基片表面包括第一表面区域和第二表面区域。在一个实施例中第一表面区 域和第二表面区域不共面。这种集成DWDM发射器装置还包括二氧化硅层 中的光复用器，光复用器包括多个输入波导和至少一个输出波导。在一个 具体实施例中，这种光复用器包括阵列波导光栅(AWG)。这种装置还包括 与硅基二氧化硅基片的第一表面区域重叠的一个或多个半导体激光器阵列 芯片。在一个具体实施例中， 一个或多个激光器阵列芯片中的每一个用倒 装片方法安装在硅基二氧化硅基片的第一表面区域上。在一个实施例中， 一个或多个激光器阵列芯片中的每一个包括两个或多个激光器，两个或多 个激光器的每一个光耦合到多个输入波导中对应的一个。在一个实例中， 一个或多个激光器阵列芯片中的每一个包括两个或多个InP激光二极管。在 一个具体实施例中，光复用器与硅层重叠，并且位于第二表面区域下面。
根据本发明的另一个实施例，提供一种DWDM发射器系统。这种 DWDM发射器系统包括支撑部件以及与所述支撑部件重叠的硅基二氧化 硅基片。所述支撑部件包括温度调整部件。在一个具体实施例中，温度调 整部件包括热电冷却器(TEC)。硅基二氧化硅基片包括二氧化硅层和硅层。 硅基二氧化硅基片对应于基片表面，基片表面包括第一表面区域和第二表 面区域。在一个实施例中，第一表面区域和第二表面区域不共面。DWDM 发射器系统还包括硅基二氧化硅基片第一表面区域下面二氧化硅层内的光 复用器。光复用器包括多个输入波导和至少一个输出波导。DWDM发射器 系统还包括与硅基二氧化硅基片的第二表面区域重叠的一个或多个半导体 激光器阵列芯片。 一个或多个激光器阵列芯片中的每一个包括两个或多个激光器。两个或多个激光器中的每一个光耦合到多个输入波导中对应的一 个。发射器系统还包括多个微型加热器，多个微型加热器中的每一个与激
光器之一相邻放置。DWDM发射器系统还包括光分析器和控制器。分析器 光耦合到输出波导控制器电耦合到光分析器和多个微型加热器，用于利用 与中心波长有关的信息调整温度调整部件的温度。
在一个替换实施例中，本发明提供一种方法，用于维持与集成DWDM 发射器有关的目标波长。这种方法包括提供集成DWDM发射器，这种集成 发射器包括安装在硅基二氧化硅基片上的多个InP激光二极管。这种集成发 射器还包括硅基二氧化硅基片下的热电冷却器(TEC)以及对应的多个微型 加热器。每个微型加热器与多个激光二极管中的每一个相邻放置。这种方 法还包括确定预定全局TEC温度下的激光波长分布，并将TEC调整到第二 全局温度，以便将每个激光波长偏移到符合ITU-T栅格的对应目标波长以 下。这种方法然后精细调谐每个激光二极管的波长。对于多个激光二极管 中的每一个，这种方法调整对应微型加热器的温度，以便将其中心波长增 大到符合所述ITU-T栅格的对应目标波长。
在另一个实施例中，本发明提供一种制造集成DWDM发射器装置的方 法。这种方法包括提供硅层并在二氧化硅层内形成光复用器，二氧化硅层 位于硅层上。在一个实施例中，光复用器包括多个输入波导和至少一个输 出波导。这种方法包括去除二氧化硅层的至少第一部分，露出表面。在一 个具体实施例中，露出的表面是二氧化硅表面。在另一个实施例中，露出 的表面是硅表面。这种方法还包括将一个或多个半导体激光器阵列芯片安 装到表面。安装可以采用例如倒装片安装方法。 一个或多个半导体激光器 阵列芯片中的每一个包括两个或多个激光器，两个或多个激光器中的每一 个光耦合到多个输入波导中对应的一个。在一个具体实施例中， 一个或多 个半导体激光器阵列芯片中的每一个用InP制作。这种方法包括将硅层附着 到支撑部件，支撑部件包括温度调整部件。在一个具体实施例中，形成光 复用器包括在硅层上形成第一未掺杂二氧化硅子层；在第一未掺杂二氧化 硅子层上形成掺杂二氧化硅子层；腐蚀掺杂二氧化硅子层的至少第二部分； 在经过腐蚀的掺杂二氧化硅子层和第一未掺杂二氧化硅子层上沉积第二未 掺杂二氧化硅子层。相对于常规技术，利用本发明能够得到很多好处。例如，在特定的实
施例中，本发明提供的方法和装置将二氧化硅/硅AWG用作基板来安装半 导体(InP)激光器/调制器芯片。因为硅基二氧化硅每单位面积的处理成本 比InP的低两个数量级，因此能够以低得多的成本制作本发明的实施例中的 AWG。硅基二氧化硅AWG是成熟得多的技术。例如，硅基二氧化硅制作 的AWG中传输损耗比InP制作的小得多。此外，根据本发明的一个实施例， 没有AWG， InP芯片可以做得小得多。根据本发明的一个实施例，高产出 率和小尺寸能够明显地降低用于混合集成的InP芯片的成本。就完成的器件 而言，本发明的一个实施例中的混合集成DWDM发射器的尺寸可以与单片 集成DWDM发射器的尺寸相比拟。因此根据本发明的实施例，集成DWDM 发射器的小尺寸优点得以保持。
通过参考详细说明和后面的附图，能够更加全面地理解本发明的各个 附加目的、特征和优点。


图1A是本发明一个实施例中混合集成DWDM发射器的一个简化顶视
图IB是本发明一个实施例中图1A所示混合集成DWDM发射器的一 个简化剖视图2A是本发明另一个实施例中混合集成DWDM发射器的一个简化展 开顶视图2B是本发明另一个实施例中图2A所示混合集成DWDM发射器的 一个简化展开剖视图3是本发明另一个实施例中集成DWDM发射器系统的一个简化视
图4A是本发明一个实施例中集成DWDM发射器中维持目标波长的方 法的简化流程图4B 4D是本发明上述实施例中集成DWDM发射器里维持目标波长 的方法的简化波长图；以及
图5是本发明一个实施例中集成DWDM发射器制造方法的简化流程
10图。
具体实施例方式
本发明涉及光纤光传送系统。具体而言，本发明提供方法和设备用于 縮小光发射器系统的尺寸并降低其成本。仅仅是作为实例，已经将本发明
应用于DWDM光输送系统。但是要认识到，本发明具有广泛得多的应用范 围。
如上所述，常规DWDM系统中的光部件通常都是单独封装的。很大程 度上，封装成本决定了部件价格。例如，裸芯分布式反馈(DFB)激光器 芯片只值几美元，而封装好的DFB激光器则要卖到几百美元，主要是因为 封装成本。因此很难进一步降低常规DWDM系统设计的价格。另外，每个 都用各自的部件制造的多个线路卡使得縮小DWDM终端的尺寸非常困难。
在最近几年里，已经有人努力通过单片集成将多个激光器/调制器和 AWG集成到单个InP芯片上。这样，能够显著地縮小DWDM终端的尺寸。 单片集成方法严重地依赖于InP芯片处理技术，仍然需要完善。与硅处理相 比，InP处理的产出率很低，即便是对于单个元件芯片。产量随单个芯片上 集成的多个元件呈指数规律下降。另外，与有源元件(例如激光器)相比， 属于无源元件的AWG通常都在集成芯片中占据大得多的面积。这就导致价 格高昂的InP材料的利用率很低。
按照一般的经验，InP晶片的尺寸比硅晶片的尺寸小一个数量级。例如， InP晶片的尺寸通常是2英寸或3英寸，而硅晶片的尺寸则是8英寸甚至12 英寸。InP晶片每单位面积的处理成本比硅晶片高两个量级。芯片产出率低， 再加上很高的处理成本，使得在InP芯片上单片集成DWDM发射器很不经 济。由此可见，需要改善DWDM发射器设计技术。
依赖于实施例，本发明包括可以使用的各种特征。这些特征包括
1. 将硅基二氧化硅平面光波电路(PLC)用作台面来安装InP芯片， 因此PLC的无源波导光耦合到有源InP波导，例如半导体激光器；
2. 混合集成DWDM发射器包括用InP制作的一个或多个直接调制激 光器(DML)阵列芯片以及用硅基二氧化硅平面光波电路(PLC)制作的 阵列波导光栅(AWG);以及3.提供一种方法用来利用光分析器和耦合到集成DWDM发射器的热 电冷却器(TEC)来维持所述集成发射器的中心波长。
如上所述，上述特征可能在一个或多个实施例中。这些特征仅仅是实 例，不应当将它们理解为限制应用范围。本领域普通技术人员会找到许多 变化、改进和替换。
图1A是本发明一个实施例中混合集成DWDM发射器的简化顶视图。
这个图只是一个例子，不应当将它理解为限制这里的权利要求的范围。本 领域普通技术人员会找到许多变化、改进和替换。如上所述，混合集成 DWDM发射器100包括硅台面101。在一个具体实施例中，硅台面101包 括硅基二氧化硅基片。混合发射器100还包括硅台面中的光复用器。在一 个具体实施例中，光复用器包括硅台面中用硅基二氧化硅平面光波电路 (PLC)制作的阵列波导光栅(AWG) 110。混合发射器100还包括一个或 多个激光器阵列芯片，例如114和115。在一个优选实施例中，激光器阵列 芯片包括用InP制作的DML激光器。在一个具体实施例中，每个InP激光 器阵列芯片都包括两个或多个激光器。当然，还会有其它变化、改进和替 换。
在一个具体实施例中，AWG 110包括一个光输出端口 112，多个输入 端口 113和光栅波导116。在一个实施例中，输出端口 112光耦合到光纤119， 后者可以耦合到光传输系统。例如，输出和输入端口能够全部用波导实现。 在一个具体实施例中，光栅波导116包括多个波导，用于耦合到输入和输 出端口。这些波导具有变化的长度，用于进行波分复用和去复用。在一些 实施例中，AWG的每个输入端口具有与光传输有关的中心波长和通带。在 一个具体实施例中，中心波长对应于和ITU-T标准定义的频率有关的特定 波长，例如193.1 THz。
图1B是本发明一个实施例中混合集成DWDM发射器100的简化剖视 图。这个图仅仅是一个例子，不应当将它理解为限制这里的权利要求的范 围。本领域普通技术人员会找到许多变化、改进和替换。如图所示，波导 包括掺杂二氧化硅区域121，这个区域由硅基片124上未掺杂二氧化硅层 122包裹。在一个具体实施例中，与未掺杂二氧化硅区域相比，掺杂二氧化 硅区域121具有较高的折射指数。在一个具体实例中，掺杂二氧化硅区域121的折射指数为大约1.47，未掺杂二氧化硅区域的折射指数为大约1.45。 在图IB中，用波导121来说明输入端口 113、光栅波导116和输出端口 112 中部分波导的剖面。
根据本发明的实施例，集成发射器100包括一个或多个激光器阵列芯 片，每个激光器阵列芯片可以包括两个或多个激光器。在图1A所示的具体 实施例中，集成发射器100包括两个直接调制激光器(DML)阵列芯片114 和115。在这个具体实例中，每个DML阵列芯片114和115包括用InP制 作的四个直接调制激光器(DML)。在一个具体实施例中，DML是分布式 反馈(DFB)激光器类型的，因此工作于单频模式。在一些实施例中，每 个DML工作在ITU-T标准规定的特定波长(频率)附近，例如193.1 THz。 当然，本领域技术人员会认识到还会有其它变化、改进和替换。
根据本发明的一些实施例，DML阵列也可以是单个DML芯片。在另 一个实施例中，DML可以用集成CW激光器和调制器替换，例如用具有电 子吸收(EA， Electro-Absorption)调制器的集成DFB激光器替换。在替换 实施例中，激光器还可以是分布式布拉格光栅(DBR)激光器。在各个实 施例中，AWG可以用宽带NX1PLC波导合成器替换。在特定实施例中， 可以用掺铒光纤放大器(EDFA)或掺铒波导放大器(EDWA)来补偿宽带 合成器的过度损耗。
如图1A所示，根据本发明的一些实施例，DML阵列芯片安装在硅台 面101的一部分上，在AWG110的输入端口 113的附近。在一个实施例中， 这一安装是利用p面向下的倒装片方法实现的。根据实施例的不同，还可 以使用利用合适粘合剂的其它结合方法。在图1B中，硅台面101包括硅基 二氧化硅基片。硅台面的区域包括AWG波导。在硅台面的另一个区域中， 去掉二氧化硅的一部分，可以将DML阵列芯片安装在硅基片上剩余二氧化 硅的表面。在另一个实施例中，去掉硅台面第二区域中的二氧化硅层，将 DML阵列芯片安装在露出的硅表面上。
根据本发明的一个具体实施例，硅台面安装在支撑部件130上，如图 1B所示。在一个具体实施例中，支撑部件130包括可选的基台132和温度 调整部件134。温度调整部件将波导、AWG和DML这种光学部件保持在 合适的工作温度，例如 25"C。在一个具体实施例中，温度调整部件包括热电冷却器(TEC)。在特定实施例中，集成发射器100还包括每个激光器附 近的微型加热器用于进行温度调整。在一个实施例中，在工作温度上，DML 的中心波长近似匹配AWG输入端口的波长，例如193.1 THz、 193.2THz、 193.3 THz等。典型情况下，AWG的中心波长会以-0.01 nm/'C随温度漂移， InP激光器的中心波长会以 0.1nm广C随温度漂移。在一些实施例中，支撑 部件130还包括温度调整部件134上的基台132。在一些实施例中，基台 132由包含具有机械强度的金属或陶瓷材料制作。基台还具有良好的导热性 能，以满足温度调整部件控制光学部件(例如激光器和波导)的温度需要。
根据本发明的实施例，混合集成的主要困难源自两种波导之间的空间 模式失配。对于l，550nm波长窗口的应用，标准二氧化硅PLC的模式直径 通常是大约8 10微米，输出束散大约7~10度，与标准单模光纤的相似。 另一方面，标准InP激光器的模式直径通常是大约2微米，输出束散大约 35度。由于模式失配，光耦合效率很低，典型情况下为IO分贝耦合损耗。 由于激光器输出的发散角很大，因此还要求的贴装精度很高。这些缺点会 严重地限制混合方法的利用。
在本发明的具体实施例中，用InP芯片中的模式转换器(或光束扩展器) 来增大可以跟PLC波导的模式直径相比拟的激光器输出模式直径。这样就 能够将耦合损耗降低到 3分贝，并放宽对准要求。根据本发明的实施例， 提供一些方法用于改善对准和降低耦合损耗。下面讨论更多细节。
图2A是本发明另一个实施例中混合集成DWDM发射器的简化展开顶 视图。这些图只是例子，不应当不合理地限制权利要求的范围。本领域技 术人员能够想到其它变化、改进和替换。如图2A所示，混合集成DWDM 发射器200包括耦合到光复用器的波导212和213，例如阵列波导光栅 (AWG)(没有画出)。作为例子，波导和AWG都用硅基二氧化硅平面光 波电路(PLC)制作，如图1A所示。集成发射器200还包括DFB激光器 214和215。前面结合图1A和1B讨论了DFB激光器的例子。在本发明的 一个具体实施例中，波导212和213分别相对于激光器214和215有一个 倾斜角，以便使AWG输入波导小平面的反射最小，因为DFB激光器的性 能因为光反射而下降。这个倾斜布局在图2A中用217表示。在一个具体实 施例中，反射光偏离激光轴大约20度或更大的角。图2B是本发明一个实施例中混合集成DWDM发射器200的简化展开 剖视图。这个图只是一个实例，不应当不适当地限制权利要求的范围。本 领域技术人员能够想到其它变化、改进和替换。如图所示，发射器200的 剖视图包括二氧化硅波导213，该波导由硅基片224上的未掺杂二氧化硅层 222包裹。在一个实施例中，激光器波导215以大约±2微米的准确度在水 平方向和垂直方向上与二氧化硅波导213对准。在一些实施例中，激光器 215的小平面(输出端口)与二氧化硅波导213之间没有任何直接接触。在 一个具体实例中，这些小平面之间的距离218保持在大约30微米内。当然， 可能有其它变化、改进和替换。
在一个实施例中，阵列中各个激光器之间的物理间隔，以及对应AWG 输入波导之间的间隔，保持足够大，以便使因为高速数据调制而引起的热 串扰和电串扰最小。仅仅作为一个实例，如图2A所示，激光器214和215 之间的合适距离为大约0.3-0.5毫米。
根据本发明的一个具体实施例，激光器芯片、AWG以及包括TEC的 支撑部件，经过适当的电丝焊(electric wire bonding)以后，被放到单个封 装内来形成DWDM发射器。根据实施例的不同，发射器可以具有各种输入 和输出。例如，发射器可以具有控制和监视AWG和DML温度、直流电流 和DML的射频调制等的多个电输入。在另一个实例中，发射器具有单个光 输出，通常是通过光纤引出线，发送出多通道DWDM信号。
根据本发明的一个实施例，混合集成的另一个重要问题是InP和硅之间 的热膨胀失配。InP的热膨胀系数为大约4.6X10-6°C-1，硅的热膨胀系数为 大约2.6X10-6'C-1。在本发明的一个具体实施例中，DML和AWG的焊接 是在大约300摄氏度进行的，而发射器的工作温度为大约30摄氏度。因此， 2毫米芯片，这个尺寸相当于大约四个DML阵列，在焊接后相对于硅基片 (AWG)将收縮-1.1微米。这种失配不仅会影响波导对准，还会给激光器 芯片带来应力(strain),这会降低激光器性能。例如，应力会引起激光器的 中心波长偏离设计波长。
在本发明的一个具体实施例中，热失配问题可以通过利用单个DML芯 片来最小化。但是，这会显著地增加将激光器芯片组装到PLC台面上去的 时间。当DWDM通道的数量很多时，例如N:40时，这个问题会变得更加尖锐。根据本发明的另一个实施例，对于DWDM发射器，优选多个小的 DML阵列，每个的尺寸都小于或等于2毫米。每个DML激光器阵列都可 以包括两个或多个激光器。当然，还会有其它变化、改进和替换。例如， 通过利用低温焊接技术，根据本发明的一些实施例，可以包括尺寸大于2 毫米的DML阵列。
根据本发明的一个实施例，提供一种方法用来精细调整DML的中心波 长。由于制造公差，在温度调整部件工作温度下，激光器的中心波长可能 不会刚好落在ITU-T栅格上。这一变化通常在例如1纳米的量级上。在本 发明的特定实施例中，用微型加热器来提高DML波导的温度。例如，在一 个具体实施例中，临近每个DML波导放置微型加热器，在激光器芯片上或 者在PLC上。根据本发明的具体实施例，通过将局部温度相对于基板提高 大约0 10摄氏度，就能够将DML的中心波长精细调整到ITU栅格上。下 面将参考图3讨论这一方法的更多细节。
图3是本发明另一个实施例中集成DWDM发射器系统的简化视图。这 个图只是一个实例，不应当不恰当地限制权利要求的范围。本领域技术人 员会想到其它变化、改进和替换。如图所示，集成发射器系统300包括类 似于上面结合图1A和1B讨论的发射器100的混合集成发射器350。为了
方便起见，设备的对应部分用相同数字标出。如图所示，混合集成发射器 350包括激光器115，硅台面IOI中形成的二氧化硅波导121，其中硅台面 101包括与硅层124重叠的未掺杂二氧化硅层122。硅基板124与支撑部件 130重叠，后者包括温度调整部件134，例如热电冷却器(TEC)，以及可选 基台132。在一个具体实施例中，集成发射器系统300还包括靠近激光器 115的微型加热器335、光分析器362和控制器364。光分析器362光耦合 到集成DWDM发射器的输出波导，后者可能通过光纤119光耦合到光通信 系统。控制器364电耦合到光分析器362和微型加热器335。在一个实施例 中，微型加热器邻近每个激光器放置，在激光器芯片上或者在PLC上。在 一个具体实施例中，微型加热器是电阻元件，例如金属带，沉积在激光器 115附近，如图3所示。
尽管上面利用集成DWDM发射器系统的选定组部件进行了说明，但是 会有许多替换、改进和变化。例如， 一些部件可以被放大和/或组合。其它部件可以插入上面标出的那些。根据实施例的不同，部件的布局可以交换。
例如，集成发射器350可以包括上面结合图2A和2B讨论的发射器200中 的特征。
图4A是本发明一个实施例中集成DWDM发射器保持目标波长的方法 的简化流程图。图4B 4D是这一方法的简化波长图。这些图只是实例，不 应当不恰当地限制权利要求的范围。本领域技术人员会想到其它变化、改 进和替换。下面将参考图3中的集成DWDM系统，图4A中的流程图和图 4B 4D中的波长图简要概述这一方法。
1. (过程410)确定预定全局TEC温度下的激光波长分布。图4B示出 了 25摄氏度的TEC温度下波长分布的一个实例。
2. (过程420)将TEC调整到第二全局温度，以便将所有激光波长偏 移到对应ITU-T栅格的目标波长以下。图4C给出了一个实例。
3. (过程430)对于每个激光器，采用光分析器362确定输出波导处的
4. (过程440)利用控制器364确定被测中心波长和目标波长之间的偏
差；
5. (过程450)用控制器364调整微型加热器335的温度，将激光器的 中心波长增加到接近TIU-T栅格的对应目标波长。图4D是偏移到ITU-T 栅格的对应目标波长的波长实例。
以上过程序列提供本发明的实施例中保持与集成DWDM发射器有关 的目标波长的方法。如上所述，这一方法使用过程的组合，这些过程包括 利用TEC将所有激光波长偏移到栅格较短波长一侧，并根据需要利用局部 微型加热器提高每个激光器的局部温度，将所有激光波长偏移到ITU-T栅 格的途径。还可以提供其它替换，在其中增加步骤，去掉一个或多个步骤， 或者按照不同的序列提供一个或多个步骤，而不偏离这里给出的权利要求 的范围。在整个本说明书中可以找到本方法的更多细节。
图5是本发明一个实施例中制作集成DWDM发射器的方法的简化流程
图。这个图只是实例，不应当不恰当地限制权利要求的范围。本领域技术 人员会想到其它变化、改进和替换。可以参考图5简要概述这一方法。 1.(过程510)提供硅层；2. (过程520)在硅层上二氧化硅层中形成光复用器；
3. (过程530)去掉二氧化硅层的至少第一部分，露出表面；
4. (过程540)将一个或多个半导体激光器阵列芯片安装到表面；以及
5. (过程550)将硅层附着到支撑部件。
如上所述，图5提供制作集成DWDM发射器装置的一种方法。该方法 包括(过程510)提供硅层和(过程520)在硅层上二氧化硅层中形成光复 用器。在一个实施例中，光复用器包括多个输入波导和至少一个输出波导。 在一个具体实施例中，光复用器包括阵列波导光栅。在过程530中，这一 方法包括去掉二氧化硅层的至少第一部分，露出表面。根据这个实施例， 露出的表面可以是硅表面或二氧化硅表面。在过程540中，这一方法还包 括将一个或多个半导体激光器阵列芯片安装到表面。在一个具体实施例中， 每个激光器阵列芯片包括两个或多个InP激光二极管。安装可以用例如倒装 片安装方法进行。 一个或多个激光器阵列芯片中的每一个包括两个或多个 激光器，两个或多个激光器中的每一个光耦合到多个输入波导中对应的一 个。这一方法包括(过程550)将硅层附着到支撑部件，支撑部件包括温度 调整部件。在一个具体实施例中，形成光复用器的过程(过程520)包括以 下过程在硅层上形成第一未掺杂二氧化硅子层；在第一未掺杂二氧化硅 子层上形成掺杂二氧化硅子层；腐蚀掺杂二氧化硅子层的至少第二部分； 在经过腐蚀的掺杂二氧化硅子层和第一未掺杂二氧化硅子层上沉积第二未 掺杂二氧化硅子层。
以上过程序列提供一种方法用于制作本发明一个实施例中的集成 DWDM发射器装置。如上所述，这一方法使用过程的组合，这些过程包括 在硅基二氧化硅基片中制作光复用器以及在基片一部分上安装激光阵列芯 片的方法。还可以提供其它替换，在其中增加步骤，去掉一个或多个步骤， 或者按照不同的顺序提供一个或多个步骤，而不偏离这里给出的权利要求 的范围。在整个本说明书中可以找到本方法的更多细节。
相对于常规技术，本发明的方法有很多好处。例如，在特定实施例中， 本发明提供方法和装置，它们将二氧化硅/硅AWG用作基片来安装半导体 (InP)激光器/调制器芯片。因为硅基二氧化硅单位面积的处理成本比InP 的低两个量级，因此能够以低得多的成本制作本发明的实施例中的AWG。硅基二氧化硅AWG是更加成熟的技术。例如，跟InP制作的相比，硅基二 氧化硅制作的AWG的传输损耗小得多。此外，根据本发明的实施例，没有 AWG，可以将InP芯片制作得小得多。本发明的实施例中的高产出率和小 尺寸能够显著地降低用于混合集成的InP芯片的成本。就完成后的器件而 言，本发明的具体实施例中的混合集成DWDM发射器的尺寸能够与单片集 成DWDM发射器的相比拟。因此，本发明的实施例保持了集成DWDM发
射器尺寸小的优点。
尽管说明和描述了本发明的优选实施例，但是很清楚，本发明不限于 这些实施例。数不清的改进、改变、变化、替换和等同替换对于本领域技 术人员而言都是显而易见的，它们不会偏离本发明的权利要求的实质和范 围。
权利要求
1. 一种集成DWDM发射器装置，所述装置包括支撑部件，所述支撑部件包括温度调整部件；与所述支撑部件重叠的硅基二氧化硅基片，所述硅基二氧化硅基片包括二氧化硅层和硅层，所述硅基二氧化硅基片对应于基片表面，所述基片表面包括第一表面区域和第二表面区域，所述第一表面区域和所述第二表面区域不共面；所述二氧化硅层中的光复用器，所述光复用器包括多个输入波导和至少一个输出波导；以及与所述硅基二氧化硅基片的第一表面区域重叠的一个或多个半导体激光器阵列芯片，所述一个或多个激光器阵列芯片中的每一个包括两个或多个激光器，所述两个或多个激光器中的每一个光耦合到所述多个输入波导中对应的一个；其中所述光复用器与所述硅层重叠，位于所述第二表面区域以下。
2. 如权利要求l所述的装置，其中所述光复用器包括阵列波导光栅。
3. 如权利要求l所述的装置，其中所述一个或多个半导体激光器阵列 芯片中的每一个用倒装片方法安装在所述硅基二氧化硅基片的第一表面区 域上。
4. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个半导体激光器阵列 芯片中的每一个包括两个或多个InP激光器。
5. 如权利要求l所述的装置，还包括多个微型加热器，所述微型加热 器中的每一个与所述激光器之一相邻放置。
6. 如权利要求1所述的装置，其中与所述一个或多个激光器阵列芯片 中的每一个有关的两个或多个激光器以大约0.3-0.5毫米的距离分隔开。
7. 如权利要求1所述的装置，其中所述光复用器包括固有二氧化硅层 中的掺杂二氧化硅波导。
8. 如权利要求l所述的装置，其中所述两个或多个激光器中的每一个 与所述多个输入波导中所述对应的一个，它们之间的耦合的特征在于大约 20度或更大的倾斜角。
9. 如权利要求l所述的装置，其中所述两个或多个激光器中的每一个 与所述多个输入波导中所述对应的一个，它们之间的耦合包括特征为大约 30微米或更小距离的间隙。
10. 如权利要求1所述的装置，其中所述支撑部件还包括基台，所述 基台包括包含金属或包含陶瓷的材料。
11. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个半导体激光器阵 列芯片中每一个的特征在于垂直于激光轴的方向上2毫米或更小的宽度。
12. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个半导体激光器阵 列芯片中每一个的特征在于2毫米或更大的宽度，所述激光器阵列芯片中 的每一个用低温焊接方法安装。
13. 如权利要求1所述的装置，其中所述温度调整部件包括热电冷却 器(TEC)，所述TEC能够在摄氏10度的范围内改变温度。
14. 如权利要求l所述的装置，还包括光分析器，光耦合到所述输出波导，用于在所述输出波导处测量中心 频率；以及控制器，电耦合到所述光分析器和所述温度调整部件，用于利用与所 述中心波长有关的信息调整所述温度调整部件的温度。
15. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个半导体激光器阵 列芯片中的每一个包括直接调制激光器。
16. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个半导体激光器阵 列芯片中的每一个包括分布式反馈DFB激光器。
17. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个半导体激光器阵 列芯片中的每一个包括具有电子吸收(EA)调制器的集成DFB激光器。
18. 如权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个半导体激光器阵 列芯片中的每一个包括分布式布拉格光栅(DBR)激光器。
19. 如权利要求l所述的装置，其中所述光复用器包括宽带NX1PLC 波导合成器。
20. 如权利要求19所述的装置，还包括掺铒光纤放大器(EDFA)或 者掺铒波导放大器(EDWA)，用于补偿宽带合成器的过度损耗。
21. —种DWDM发射器系统，包括 支撑部件，所述支撑部件包括温度调整部件；与所述支撑部件重叠的硅基二氧化硅基片，所述硅基二氧化硅基片包 括二氧化硅层和硅层，所述硅基二氧化硅基片对应于基片表面，所述基片 表面包括第一表面区域和第二表面区域，所述第一表面区域和所述第二表 面区域不共面；所述硅基二氧化硅基片第一表面区域下的所述二氧化硅层中的光复用 器，所述光复用器包括多个输入波导和至少一个输出波导；以及与所述硅基二氧化硅基片的第二表面区域重叠的一个或多个半导体激 光器阵列芯片，所述一个或多个激光器阵列芯片中的每一个包括两个或多 个激光器，所述两个或多个激光器中的每一个光耦合到所述多个输入波导多个微型加热器，所述多个微型加热器中的每一个与所述激光器之一 相邻放置；光分析器，光耦合到所述输出波导，用于在所述输出波导处测量中心 波长；以及控制器，电耦合到所述光分析器和所述多个微型加热器，用于利用与 所述中心波长有关的信息调整所述温度调整部件的温度。
22. 如权利要求21所述的装置，其中所述光复用器包括阵列波导光栅。
23. 如权利要求21所述的装置，其中所述一个或多个半导体激光器阵 列芯片中的每一个用倒装片方法安装在所述硅基二氧化硅基片的第二表面 区域上。
24. 如权利要求21所述的装置，其中所述一个或多个半导体激光器阵 列芯片中的每一个包括两个或多个InP激光二极管。
25. —种用于维持与集成DWDM发射器有关的目标波长的方法，该方 法包括提供集成DWDM发射器，所述集成发射器包括安装在硅基二氧化硅基 片上的多个InP激光二极管以及对应的多个微型加热器，每个微型加热器与 所述多个激光二极管之一相邻放置，所述集成发射器还包括所述硅基二氧 化硅基片下的热电冷却器(TEC);确定预定全局TEC温度下的激光波长分布；将所述TEC调整到第二全局温度，以便将所述每个激光波长偏移到符 合ITU-T栅格的对应目标波长以下；对于所述多个激光二极管中的每一个，调整所述对应微型加热器的温 度，以便将其中心波长增大到接近符合所述ITU-T栅格的所述目标波长。
26. 如权利要求25所述的方法，其中所述集成DWDM发射器还包括:与所述温度调整部件重叠的硅基二氧化硅基片； 所述硅基二氧化硅基片中第一区域里的阵列波导光栅；以及 InP激光器阵列芯片，所述InP激光器阵列芯片安装在所述硅基二氧化 硅基片中的第二区域上。
27. —种制造集成DWDM发射器装置的方法，该方法包括 提供硅层；在二氧化硅层内形成光复用器，所述二氧化硅层位于所述硅层上，所 述光复用器包括多个输入波导和至少一个输出波导；去除所述二氧化硅层的至少第一部分，以露出表面； 将一个或多个半导体激光器阵列芯片安装到所述表面，所述一个或多 个半导体激光器阵列芯片中的每一个包括两个或多个激光器，所述两个或 多个激光器中的每一个光耦合到所述多个输入波导中对应的一个； 将所述硅层附着到支撑部件，所述支撑部件包括温度调整部件， 其中所述形成光复用器包括在所述硅层上形成第一未掺杂二氧化硅子层； 在所述第一未掺杂二氧化硅子层上形成掺杂二氧化硅子层； 腐蚀所述惨杂二氧化硅子层的至少第二部分； 在经过腐蚀的所述掺杂二氧化硅子层和所述第一未掺杂二氧化 硅子层上沉积第二未掺杂二氧化硅子层。
28. 如权利要求27所述的方法，其中所述一个或多个半导体激光器阵 列芯片中的每一个包括用InP制造的两个或多个激光二极管。
29. 如权利要求27所述的方法，其中所述露出的表面是硅表面。
30. 如权利要求27所述的方法，其中所述露出的表面是二氧化硅表面。
31. 如权利要求27所述的方法，其中在所述表面上安装一个或多个半 导体激光器阵列芯片是利用倒装片安装方法进行的。
全文摘要
一种集成DWDM发射器装置，包括支撑部件以及与支撑部件重叠的硅基二氧化硅基片。支撑部件包括温度调整部件。硅基二氧化硅基片与支撑部件重叠，并且包括二氧化硅层和硅层。硅基二氧化硅基片包括对应的基片表面，基片表面包括第一表面区域和第二表面区域。在一个实施例中这两个表面区域不共面。这种发射器装置包括二氧化硅层中的光复用器，光复用器包括多个输入波导和至少一个输出波导。这种发射器装置还包括与硅基二氧化硅基片的第一表面区域重叠的一个或多个半导体激光器阵列芯片。这些激光器阵列芯片中的每一个包括两个或多个激光器，两个或多个激光器光耦合到多个输入波导中对应的那些。
文档编号H04B10/04GK101427494SQ200780014656
公开日2009年5月6日 申请日期2007年9月11日 优先权日2006年10月2日
发明者白聿生 申请人:华为技术有限公司