DE69434104T2 - Optoelektronische Hybridintegrationsplattform und optisches Sub-Modul - Google Patents

Optoelektronische Hybridintegrationsplattform und optisches Sub-Modul Download PDF

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Kuniharu Naka-gun Kato
Kazuyuki Mito-shi Moriwaki
Akio Nishiibaraki-gun Sugita
Masahiro Mito-shi Yanagisawa
Toshikazu Mito-shi Hashimoto
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Untermodul und eine optische hybridintegrierte Schaltung, die mit einer Opto-Vorrichtung oder dem optischen Untermodul ausgestattet ist.
  • Mit dem jüngsten Fortschritt bei der optischen Kommunikation und optischen Informationsverarbeitung besteht ein Bedürfnis zur Entwicklung einer optoelektronischen Integrationsschaltung, bei der aktive Vorrichtungen in optische Wellenleiter mit geringem Verlust und dergleichen eingearbeitet sind, um mittels einer elektrischen Hochfrequenzschaltung angesteuert zu werden.
  • Zum Erzielen einer Schaltung, in die aktive Vorrichtungen auf dem optischen Wellenleiter eingearbeitet sind und die hochfrequenzmäßig angesteuert wird, sind für die optoelektronische Platine drei Bedingungen erforderlich, und zwar 1) eine optische Wellenleiterfunktion mit geringen Verlusten, 2) die Funktion einer optischen Bank zum Einarbeiten einer Opto-Vorrichtung auf dem gleichen Substrat und zum Verhindern einer Achsabweichung und 3) eine zum Ansteuern der Opto-Vorrichtung erforderliche elektrische Hochfrequenz-Verdrahtungsfunktion.
  • Jedoch wurde eine die obigen drei Bedingungen erfüllende Schaltung nicht aus dem Stand der Technik erhalten.
  • Als ein Beispiel für den Stand der Technik zeigt 1 eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer sogenannten "optischen Siliziumbank" zeigt, bei der unter Verwendung einer Führungsnut 2 und Positionierungsbezugsoberflächen 3a, 3b und 3c, die auf einem Silizium-Substrat 1 ausgebildet sind, eine Lichtleitfaser bzw. ein optischer Wellenleiter 4 und ein Halbleiterlaser (LD) 5 auf dem Silizium-Substrat integriert sind. Da die Führungsnut bei diesem Aufbau aufgrund der guten Verarbeitbarkeit des Silizium-Substrates mit einer großen Präzision ausgebildet werden kann, kann die Integration des optischer Wellenleiters 4 mit Opto-Vorrichtungen, wie beispielsweise dem Halbleiterlaser (LD) 5 und einem Fotodetektor (PD) leicht erreicht werden. Da das Silizium-Substrat zudem hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit überlegen ist, dient es gleichfalls als eine gute Wärmesenke bzw. als guter Kühlkörper für Opto-Vorrichtungen.
  • Weiterhin ist die elektrische Verdrahtung bzw. die elektrische Leitungsführung 6 direkt auf der Oberfläche des Silizium-Substrats 1 oder durch einen sehr dünnen Oxidfilm von weniger als 0,5 μm Dicke ausgebildet, jedoch hat diese Struktur das Problem einer merklichen Beeinträchtigung der Hochfrequenzeigenschaften der elektrischen Leitungsführung bzw. Leitung 6. Das heißt, um die elektrische Leitung 6 mit überlegenen Hochfrequenzeigenschaften auszubilden, muss die elektrische Leitungsschicht eine ausreichende Dicke haben und auf einem Isolator mit geringem dielektrischem Verlust ausgebildet sein. Jedoch ist das Silizium-Substrat 1 in Bezug auf seine Dicke sehr dünn, der Widerstand ist nicht hoch genug, um die Hochfrequenzeigenschaften sicherzustellen und hat einen spezifischen elektrischen Widerstand von etwa 1 kΩ/cm.
  • 2 zeigt die Hochfrequenzeigenschaften einer 0,6 mm langen koplanaren Leitung, die direkt auf dem Silizium-Substrat ausgebildet ist (T. Suzuki et al.: Microwave Workshop Digest (1993) S. 95). Die Achse der Ordinate bezeichnet die Übertragungscharakteristik S21 des S-Parameters und die Achse der Abszisse bezeichnet eine Frequenz (GHz). Der Verlust der 0,6 mm langen Leitung beträgt etwa 0,4 dB (2 GHz) und etwa 0,8 dB (10 GHz), die sich auf 1 cm umgerechnet als 7 dB (2 GHz) und 13 dB (10 GHz) darstellen, was somit einen wesentlichen Verlust bedeutet.
  • Andererseits wird bei einer bestückten optischen Schaltung beziehungsweise Bestückungsschaltung mit einer optischen Wellenleiterfunktion die Anwendung von auf Siliziumdioxid basierten optischen Wellenleitern, die auf dem Silizium-Substrat ausgebildet sind, erwartet. Optische Wellenleiter gemäß dem Stand der Technik schließen 1) einen "optischen Wellenleiter in Stegbauart", bei dem der Kern mit einer dünnen Überumhüllungsschicht geschützt ist, wie in 3A und 3B dargestellt, und 2) einen "eingebetteten optischen Wellenleiter" ein, bei dem der Kern in einer ausreichend dicken Überumhüllungsschicht eingebettet ist, wie in 3C und 3D dargestellt.
  • 4 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein Beispiel des optischen Wellenleiters der Stegbauart zeigt, die in einem Dokument beschrieben ist, bei diesem Dokument handelt es sich um "Hybrid-Integrated 4 × 4 Optical Gate Matrix Switch Using Silica-Based Optical Waveguides and LD Array Chips" in IEEE J. Lightwave Technol., Band 10, Seiten 383–390, 1992, von Y. Yamada et al. Dieses Beispiel zeigt eine optische hybridintegrierte Schaltung, die einen optischen Wellenleiter 7 auf Siliziumdioxidbasis, der auf dem Silizium-Substrat 1 ausgebildet ist, und eine Halbleiter-Opto-Vorrichtung 8 enthält. Bei diesem Beispiel ist ein Halbleiterlaser-Verstärker mit SLA bezeichnet. Der optische Wellenleiter 7 hat die Struktur eines optischen Wellenleiters in der Stegbauart, bei dem ein auf einer dicken Unterumhüllungsschicht 7c, welche wiederum auf dem Silizium-Substrat 1 ausgebildet ist, ausgebildeter Kern 7a durch sehr dünne Umhüllungsschichten 7b und 7c geschützt ist. Der SLA 8 ist oberflächenbepackt beziehungsweise oberflächenbestückt, und zwar in einem Aufbau mit der Oberseite nach unten, bei dem eine aktive Schicht 8a in der Nähe des Wellenleiterendes nach unten gewandt ist, und eine Wärmesenke bzw. Kühlkörper 9 zur Wärmeableitung ist auf der Rückseite bereitgestellt. Da bei einer derartigen Struktur der Kern lediglich mit sehr dünnen Umhüllungsschichten 7b und 7c bedeckt ist, bestehen dabei Probleme, dass 1) der optische Wellenleiter einen hohen Verlust hat, 2) er wahrscheinlich von externen Störungen beeinträchtigt werden kann und 3) die Bildung eines Richtkopplerschaltkreises schwierig ist. Insbesondere ist der Richtkoppler ein unverzichtbares Schaltungselement, um eine optische Schaltung hoher Leistungsfähigkeit herzustellen, und die Unmöglichkeit der Bildung desselben bedeutet, dass die Anwendung des optischen Wellenleiters der Stegbauart auf einen engen Bereich begrenzt ist.
  • Somit erfüllt der optische Wellenleiter der Stegbauart nicht hinreichend die optische Wellenleiterfunktion. Die elektrische Verdrahtungsfunktion bzw. Leitungsführungsfunktion wird hier nicht weiter untersucht.
  • 5 zeigt ein Beispiel einer "optischen Wellenleiterschaltung mit Terrasse" (Yamada, Kawachi, Kobayashi: Japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 63-131104, "Optische hybridintegrierte Schaltung"), bei dem ein optischer Wellenleiter in einer Aussparung 1a auf einem Silizium-Substrat 1 mit Unregelmäßigkeiten ausgebildet ist und eine Vorrichtung auf einem vorspringenden Teil 1b angebracht ist. Gemäß 5 ist eine Unterumhüllungsschicht 10c eines optischen Wellenleiters 10 auf Siliziumdioxidbasis in der Aussparung 1a des Silizium-Substrats 1 ausgebildet, und eine Kernschicht 10b ist darauf ausgebildet, und schließlich ist eine Einbettungs-Umhüllungsschicht 10a ausgebildet. Die obere Oberfläche der Unterumhüllungsschicht 10c und die obere Oberfläche des vorspringenden Teils 1b des Silizium-Substrats liegen höhenmäßig auf einer Linie und der vorspringende Teil 1b kann als eine Höhenbezugsoberfläche der Opto-Vorrichtung 8 verwendet werden. Eine derartiges Substrat 1 erfüllt die Funktion einer optischen Wellenleiters mit geringem Verlust und die Funktion einer optischen Bank, jedoch ist eine Funktion zum Bereitstellen von Hochfrequenzleitungen nicht im geringsten berücksichtigt. Wenn es mit einer elektrischen Leitung ausgestattet wird, wird diese auf dem vorspringenden Teil 1b des Silizium-Substrats 1 ausgebildet, welches die Anforderungen für Hochfrequenzeigenschaften nicht erfüllt. In 5 bezeichnet das Bezugszeichen 8a eine aktive Schicht und 11 bezeichnet eine Bezugsoberfläche zur Vorrichtungspositionierung.
  • 6 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt, welche in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 62-242362 offenbart ist. Diese Schaltung umfasst annähernd eine Zwischenschicht 12, die auf einem Silizium-Substrat 1 bereitgestellt ist, einen darauf bereitgestellten optischen Wellenleiter 13 auf Siliziumdioxidbasis, einen Vorrichtungshalterungstisch 14 mit der gleichen Höhe von der oberen Oberfläche des Silizium-Substrats 1 wie die Zwischenschicht 12, einen Halbleiterlaser 15, der auf dem Haltetisch 14 in einem Aufbau mit der Oberseite nach unten gehalten ist, und einen elektrischen Leitungsführungstisch 16 mit einem leitfähigen Film 16a, welcher mittels eines Golddrahtes elektrisch mit der oberen Elektrode des Halbleiterlasers 15 verbunden ist und auf eine vorspringende Weise auf der oberen Oberfläche des Silizium-Substrats 1 bereitgestellt ist. Die Bezugszahl 17 bezeichnet eine Wärmesenke.
  • Bei einem derartigen Schaltungsaufbau besteht ein Vorteil darin, dass Opto-Vorrichtungen, wie beispielsweise ein Halbleiterlaser, mit einer sehr hohen Positionierungspräzision ausgestattet werden können, da eine Höhendifferenz von der oberen Oberfläche der Zwischenschicht 12 zu dem Kern des Wellenleiters 13 gleich der Höhendifferenz von der oberen Oberfläche des Vorrichtungshaltetisches 14 zu der aktiven Schicht 15a des Halbleiterlasers 15 eingestellt ist.
  • Jedoch ist selbst bei dieser Schaltung der optische Wellenleiter 13 auf die Stegbauart beschränkt, neigt (der optische Wellenleiter 13) dazu, durch externe Störungen beeinträchtigt zu werden, und kann (der optische Wellenleiter 13) keine optische Wellenleiterfunktion mit geringem Verlust bereitstellen.
  • 7 ist eine schematische Perspektivansicht, die einen Aufbau einer optischen hybridintegrierten Schaltung darstellt, welche in der Veröffentlichung der Japanischen Patentanmeldung Nr. 5-2748 offenbart ist. Diese Schaltung umfasst hauptsächlich einen optischen Wellenleiter 18, der vorspringend mit annähernd der gleichen Höhe auf dem Silizium-Substrat angeordnet ist, eine Optischer Wellenleiterführung 19, eine Opto-Vorrichtungsführung 20, einen Haltetisch 21 für elektrische Leitungen, einen ersten leitfähigen Film (gemeinsame Elektrode) 22, der bzw. die auf dem Silizium-Substrat 1 angeordnet ist, einen auf der oberen Oberfläche der Halterung 21 für die elektrischen Leitungen angeordneten zweiten leitfähigen Film 23, welcher von dem ersten leitfähigen Film 22 isoliert ist, einen entlang der Optischer Wellenleiterführung 19 angeordneten Optischer Wellenleiter 24 und eine Laserdiode 25 als eine entlang der Opto-Vorrichtungsführung 20 angeordnete Opto-Vorrichtung.
  • Die Schaltung mit diesem Aufbau hat einen Vorteil dahingehend, dass das Silizium-Substrat als eine Wärmesenke dienen kann, da die Opto-Vorrichtung direkt auf dem Silizium-Substrat angebracht ist.
  • Jedoch ist selbst mit dieser Schaltung der optische Wellenleiter 18 auf die Stegbauart beschränkt, neigt dazu, durch externe Störungen beeinträchtigt zu werden, und kann keine optische Wellenleiterfunktion mit einem geringen Verlust bereitstellen.
  • 8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die den Aufbau einer optischen Wellenleitervorrichtung zeigt, welche in der Offenlegungsschrift der Japanischen Patentanmeldung Nr. 5-60952 offenbart ist. Diese Vorrichtung umfasst im wesentlichen ein Silizium-Substrat 1, einen auf dem Substrat 1 ausgebildeten optischen Wellenleiter und eine Halbleitervorrichtung 27, die in einem Aufbau mit einer Oberseite nach unten in einer Aussparung des Silizium-Substrats 1 angebracht ist.
  • Da der optische Wellenleiter 26 in einem konvexen Bereich des Silizium-Substrats 1 ausgebildet ist, kann eine Unterumhüllung einer ausreichenden Dicke bei der Vorrichtung mit diesem Aufbau nicht ausgebildet werden. Daher hat sie einen großen Übertragungsverlust, neigt dazu, durch externe Störungen beeinträchtigt zu werden und erfüllt eine ausreichende optische Wellenleiterfunktion nicht.
  • Weiterhin sind bei der obigen Vorrichtung die Anforderungen für Hochfrequenzeigenschaften nicht erfüllt, da die elektrische Leitung 28 auf dem Silizium-Substrat 1 bereitgestellt ist.
  • Wie vorstehend beschrieben, erfüllt die optische Hybrid-Integrationstechnologie gemäß dem Stand der Technik die obigen drei Anforderungen nicht. Insbesondere wurde die elektrische Hochfrequenzverdrahtungs- bzw. -leitungsführungsfunktion nicht berücksichtigt.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optoelektronische hybridintegrierte Schaltung bereitzustellen, welche die drei vorstehend beschriebenen Funktionen erfüllt.
  • Weiterhin wird ein optisches Untermodul bereitgestellt, das die drei vorstehend beschriebenen Funktionen erfüllt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gemäß den beigefügten unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Abwandlungen davon sind in den beigefügten abhängigen Patentansprüchen definiert.
  • 1 ist eine schematische Perspektivansicht, die einen als „optische Bank aus Silizium" bezeichneten Aufbau zeigt;
  • 2 ist ein Graph, der die Hochfrequenzeigenschaften einer 0,6 mm langen koplanaren Leitung veranschaulicht, die direkt auf dem Silizium-Substrat ausgebildet ist;
  • 3A ist eine Querschnittsansicht, die eine Plattform mit einer Struktur eines optischen Wellenleiters in Stegbauart zeigt;
  • 3B ist eine Querschnittsansicht, die ein Befestigungsteil bzw. einen Befestigungsbereich für eine Opto-Vorrichtung der in 3A gezeigten Plattform darstellt;
  • 3C ist eine Querschnittsansicht, die eine Plattform mit einer Struktur eines optischen Wellenleiters der eingebetteten Bauart zeigt;
  • 3D ist eine Querschnittsansicht, die einen Befestigungsbereich für eine Opto-Vorrichtung der in 3D gezeigten Plattform zeigt;
  • 4 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine Plattform mit einem optischen Wellenleiter einer Stegbauart zeigt;
  • 5 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine Plattform mit einem optischen Wellenleiter einer eingebetteten Bauart zeigt;
  • 6 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt, welche in der offengelegten Japanischen Patentanmeldung Nr. 62-242 362 offenbart ist;
  • 7 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Aufbau einer optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt, welche in der veröffentlichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 5-2748 offenbart ist;
  • 8 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein Beispiel einer herkömmlichen Opto-Halbleitervorrichtung zeigt;
  • 9 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein erstes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 10 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein zweites erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 11 ist eine Querschnittsansicht, die einen Befestigungsbereich für eine Opto-Vorrichtung der Schaltung gemäß 10 zeigt;
  • 12 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A' in 10;
  • 13 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B' in 10;
  • 14A bis 14D sind Querschnittsansichten, die jeweils ein erläuterndes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Plattform darstellen;
  • 14A ist eine Querschnittsansicht, die ein Verfahren zur Ausbildung eines Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiters auf einem Substrat zeigt;
  • 14B ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt zum Ausbilden von Siliziumterrassen zum Anbringen einer Opto-Vorrichtung beziehungsweise einer elektrischen Schaltung zeigt;
  • 14C ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt zum Entfernen einer Schicht aus Polyimid zeigt, welche auf den in 14B gezeigten Terrassen ausgebildet ist, um die Terrassen freizulegen;
  • 14D ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt zur Ausbildung eines elektrischen Leitungsführungsteils bzw. -bereiches auf der Polyimidschicht zeigt;
  • 15 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein drittes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 16A bis 16E sind Querschnittsansichten, die jeweils ein weiteres erläuterndes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Plattform darstellen;
  • 16A ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt zum Ausbilden eines einer Siliziumterrasse auf einem Substrat entsprechenden Teils zeigt;
  • 16B ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt zur Ausbildung einer Unterumhüllungsschicht eines Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiters in bzw. auf einer Ausnehmung des Substrats zeigt;
  • 16C ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt zum Ausbilden eines Kernmusters und einer Überumhüllungsschicht auf der Unterumhüllungsschicht zeigt;
  • 16D ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt zum Entfernen des Kernmusters und der Überumhüllungsschicht zum Freilegen der Siliziumterrasse zeigt;
  • 16E ist eine Querschnittsansicht, die einen Schritt zum Ausbilden eines elektrischen Leitungsführungsbereiches auf der Unterumhüllungsschicht zeigt;
  • 17 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein viertes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung darstellt;
  • 18 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A' in 17;
  • 19 ist ein Graph, der den Krümmungsradius des Substrats und die Achsabweichung zwischen dem LD-Array und einem optischen Wellenleiterkern darstellt;
  • 20 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine Opto-Vorrichtung als einen einzelnen Körper zeigt, welcher der Array-Opto-Vorrichtung gemäß 18 entspricht;
  • 21 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A' in 20;
  • 22 ist eine Querschnittsseitenansicht, welche die Schaltung wie in 18 gezeigt darstellt;
  • 23 ist eine Querschnittsseitenansicht, die eine Schaltung zeigt, deren koplanares Leitungsteil verglichen mit 18 abgesenkt ist;
  • 24 ist eine Querschnittsseitenansicht, die eine Schaltung zeigt, deren koplanares Leitungsteil auf einem Unterumhüllungsteil ausgebildet ist, und deren Unterumhüllungsteil verglichen mit 18 dick ist;
  • 25 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein fünftes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 26 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie D-D' in 25;
  • 27 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein sechstes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung darstellt;
  • 28 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie C-C' in 27;
  • 29 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein siebtes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung darstellt;
  • 30 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie E-E in 29;
  • 31 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein achtes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung darstellt;
  • 32 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie X-X' in 31;
  • 33 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein neuntes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 34 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein elftes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 35 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein zwölftes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung;
  • 36 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein dreizehntes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 37 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein vierzehntes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 38 ist eine schematische Perspektivansicht, welche eine Plattform zeigt, die bei einem fünfzehnten erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung verwendet wird;
  • 39 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 38;
  • 40 ist eine schematische Perspektivansicht, welche eine Plattform zeigt, die bei einem sechzehnten erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung verwendet wird;
  • 41 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' in 40;
  • 42 ist eine schematische Perspektivansicht, welche ein siebzehntes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 43 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C' in 42;
  • 44A ist eine schematische Perspektivansicht, die ein achtzehntes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 44B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' in 44A;
  • 45A ist eine schematische Perspektivansicht, die ein neunzehntes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 45B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' in 45A;
  • 46 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein Verfahren zur Montage beziehungsweise Befestigung einer funktionalen Opto-Vorrichtung auf einem Unterträger der in den 45A und 45B gezeigten Schaltung zeigt;
  • 47 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein zwanzigstes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 48 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie D-D' in 47;
  • 49 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine in einem einundzwanzigsten erläuternden Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung verwendete Plattform zeigt;
  • 50 ist eine Querschnittsansicht, welche die Plattform gemäß 49 mit einer Verwindung zeigt;
  • 51 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine in einem zweiundzwanzigsten erläuternden Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung verwendete Plattform zeigt;
  • 52 ist eine schematische Perspektivansicht, welche ein zweiundzwanzigstes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 53 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III' in 52;
  • 54 ist eine Querschnittsansicht, die die Schaltung gemäß 53 nach dem Rückfluss einer Lötmittelperle beziehungsweise nach einer Aufschmelzlötung zeigt;
  • 55 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine in einem dreiundzwanzigsten erläuternden Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung verwendete Plattform zeigt;
  • 56 ist eine schematische Perspektivansicht, welche eine Struktur der Plattform gemäß 55 zeigt, wenn als Substrat für die Plattform ein Alaunerde-Substrat für eine flache beziehungsweise ebene Oberfläche verwendet wird und wenn als optischer Wellenleiter für die Plattform ein optischer Wellenleiter auf Siliziumdioxidbasis verwendet wird;
  • 57 ist eine schematische Draufsicht auf einen Grundriss, der ein fünfundzwanzigstes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 58 ist eine vergrößerte detaillierte Perspektivansicht, welche den Teil VIII in 57 zeigt;
  • 59 ist eine schematische Draufsicht auf einen Grundriss, der ein sechsundzwanzigstes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 60A ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie Xa-Xa' in 59, wobei die Ansicht eine Laserdiode zeigt, die auf der Plattform befestigt ist;
  • 60B ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie Xb-Xb' in 59, wobei die Ansicht ein Modulationsfeld zeigt, das auf der Plattform montiert ist;
  • 61 ist eine schematische Draufsicht auf einen Grundriss, der ein siebenundzwanzigstes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 62 ist eine schematische Draufsicht auf einen Grundriss, der ein achtundzwanzigstes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • die 63A und 63B sind Figuren eines Verfahrens zur Ausrichtung einer auf dem Schaltkreis gemäß 62 zu montierenden beziehungsweise zu befestigenden funktionalen Opto-Vorrichtung;
  • 63A ist eine schematische Draufsicht auf einen Grundriss, der eine Einstellung des Kerns und die Befestigung eines Halbleiterlaser-Feldes bzw. -Arrays als der funktionalen Opto-Vorrichtung zeigt;
  • 63B ist eine schematische Draufsicht auf einen Grundriss, der eine Kerneinstellung und eine Befestigung des Modulatorfeldes als funktionale Opto-Vorrichtung zeigt;
  • 64 ist eine schematische Draufsicht auf einen Grundriss, der ein neunundzwanzigstes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 65 ist eine schematische Draufsicht auf einen Grundriss, der ein dreißigstes erläuterndes Beispiel einer optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 66 ist eine schematische Perspektivansicht, welche eine Opto-Vorrichtung und einen Träger in beziehungsweise bei einem ersten Ausführungsbeispiel eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer Plattform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist;
  • 67 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 66;
  • 68 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer Plattform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist;
  • 69 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein drittes Ausführungsbeispiel eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer Plattform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist;
  • 70 ist eine schematische und perspektivische Explosionsdarstellung, die ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt, wobei der Schaltkreis die optischen Untermodule gemäß der 66 und 67 verwendet;
  • 71 ist eine Querschnittsdarstellung entlang der Linie B-B' in 70;
  • 72 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C' in 70;
  • 73 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein viertes Ausführungsbeispiel eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer Plattform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist;
  • 74 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein zweites Ausführungsbeispiel einer optoelektronischen erfindungsgemäßen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 75 ist eine schematische und perspektivische Explosionsdarstellung, die ein fünftes Ausführungsbeispiel eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer Plattform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist;
  • 76 ist eine schematische und perspektivische Explosionsdarstellung, welche ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßem optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt;
  • 77 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein sechstes Ausführungsbeispiel eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer Plattform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist;
  • 78 ist eine schematische Perspektivansicht, welche ein siebtes Ausführungsbeispiel eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer Plattform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist;
  • 79 ist eine schematische Perspektivansicht, welche ein achtes Ausführungsbeispiel eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer Plattform einer erfindungsgemäßen optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist;
  • 80 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D' in 79; und
  • 81 ist eine schematische Perspektivansicht, welche ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigt.
  • Erläuterndes Beispiel 1
  • 9 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein erstes erläuterndes Beispiel einer optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Die Bezugszahl 1 bezeichnet ein Substrat und das vorliegende erläuternde Beispiel verwendet ein mit einem Vorsprung und einer Aussparung auf der Oberfläche versehenes Silizium-Substrat. Die Bezugszahl 30 bezeichnet eine Siliziumterrasse, die als ein Befestigungsteil bzw. -bereich für eine Opto-Vorrichtung dient, wobei die vorspringende obere Oberfläche des Silizium-Substrats 1 verwendet wird. Die Bezugszahl 31 bezeichnet einen als optischen Wellenleiter des vorliegenden erläuternden Beispiels verwendeten optischen Wellenleiter, der in einer optimalen Position in einer in der Siliziumterrasse 30 ausgebildeten V-Nut gehalten wird. Die Bezugszahl 52 bezeichnet eine Dünnfilmelektrode zur Kontaktierung der auf der Siliziumterrasse 30 angeordneten Opto-Vorrichtung mit der Oberflächenelektrode, wobei die Dünnfilmelektrode durch Strukturierung eines 1 μm dicken Au-Sn Lötmittels auf einem 0,5 μm dicken thermischen Oxidfilm, der auf der Oberfläche der Siliziumterrasse 30 bereitgestellt ist, ausgebildet ist. Diese Dünnfilmelektrode 52 ist elektrisch mit einem Oberflächenelektrodenmuster bzw. einer Oberflächenelektrodenstruktur 51 der funktionalen Opto-Vorrichtung verbunden, welche auf der Oberfläche einer in bzw. auf einer Aussparung des Silizium-Substrats des Bereichs der elektrischen Leitungsführung ausgebildeten dielektrischen Schicht 50 angeordnet ist. Die Bezugszahl 35 bezeichnet eine Siliziumterrasse für eine elektronische Schaltung. Die Terrasse 35 ist von einer dielektrischen Schicht 33 umgeben, und ein Leitermuster beziehungsweise eine Leiterstruktur 51 für eine elektronische Schaltung ist auf der Oberfläche ausgebildet. Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel hat die Silizium-Aussparung eine Stufe von 80 μm, die dielektrische Schicht 50 hat eine Dicke von 50 μm und das Leitermuster 51 auf der dielektrischen Schicht 50 ist durch eine 5 μm dicke Au-Plattierung bzw. Auflage ausgebildet. Im Ergebnis ist eine Stufe von 25 μm zwischen der oberen Oberfläche der Terrasse 35 und der oberen Oberfläche der Leiterstruktur 51 ausgebildet.
  • Die Bezugszahl 37 bezeichnet eine funktionale Opto-Vorrichtung, und das vorliegende erläuternde Beispiel verwendet einen Halbleiterlaser (LD). Die Vorrichtung 37 wird auf ein Vorrichtungs-Befestigungsbereich auf der Siliziumterrasse 30 in einer mit der Oberseite nach unten gerichteten Konfiguration gebracht, wobei die aktive Schicht nach unten gewandt ist, wodurch eine Positionierung in der Höhenrichtung zwischen dem optischen Wellenleiter und dem Halbleiterlaser (LD) ohne Kernverstellung erreicht wird. Die Positionierung in der lateralen Richtung kann durch Überwachung des optischen Kopplungswirkungsgrades des optischen Wellenleiters und des Halbleiterlasers (LD) erfolgen, oder unter Verwendung einer an der Substratseite ausgebildeten Führungsstruktur ohne Kerneinstellung erfolgen. In diesem Fall kontaktiert die Elektrode auf der Seite der aktiven Schicht des Halbleiterlasers (LD) 37 die Dünnfilmelektrode 52 auf der Siliziumterrasse 30 und ist elektrisch mit einem Leitungsmuster bzw. einer Leiterstruktur 38 auf der dielektrischen Schicht 50 verbunden. Bei der Dünnfilmelektrode 52 wird das Lötmittel mittels Hitze geschmolzen, um den Halbleiterlaser (LD) 37 auf dem Substrat zu fixieren. Da bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel der Halbleiterlaser (LD) unter Verwendung der Dünnfilmelektrode 52 auf der Siliziumterrasse 30 wie vorstehend gezeigt fixiert wird, kann die Siliziumterrasse 30 als eine Wärmesenke verwendet werden. Da gleichzeitig die elektrische Verdrahtung mit Ausnahme der Verbindung zu der funktionalen Opto-Vorrichtung auf der eine ausreichende Dicke aufweisenden dielektrischen Schicht 50 bereitgestellt ist, können überlegene Hochfrequenzeigenschaften erzielt werden.
  • Die elektronische Schaltung 38 ist auf der Siliziumterrasse 35 mit der die Vorrichtung bildenden nach unten gewandten Oberfläche angeordnet. Da die obere Oberfläche der Leiterstruktur 51 auf der dielektrischen Schicht 50 um 25 μm niedriger als die obere Oberfläche der Siliziumterrasse 35 eingestellt ist, kann in diesem Fall, wenn eine etwa 25 μm dicke Lötperle verwendet wird, die Oberfläche des Mittenabschnitts der elektronischen Schaltung mit der oberen Oberfläche der Siliziumterrasse 35 kontaktiert werden, und gleichzeitig kann die Elektrode der elektronischen Schaltung mit der Leiterstruktur 51 der dielektrischen Schicht 50 ohne Verwendung einer elektrischen Verdrahtung kontaktiert werden. Daher ist bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel eine Wärmeableitung bei der die Siliziumterrasse 35 verwendenden elektronischen Schaltung möglich und eine hochfrequenztaugliche elektrische Verdrahtung wird durch das Silizium-Substrat 1 nicht erreicht.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann mit dem optoelektronischen hybridintegrierten Substrat die Funktion der Siliziumterrasse als optische Bank, das heißt, die Funktion zur Positionierung der optischen Achse zwischen der funktionalen Opto-Vorrichtung und dem optischen Wellenleiter, die Funktion der Wärmeableitung der funktionalen Opto-Vorrichtung und der elektronischen Schaltung erreicht sowie die Funktion der hochfrequenztauglichen elektrischen Leitungsführung bereitgestellt werden.
  • Erläuterndes Beispiel 2
  • 10 ist eine schematische Perspektivansicht, die den gesamten Aufbau eines zweiten erläuternden Beispiels der optoelektronischen optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. 11 ist eine schematische Querschnittsansicht in der Nähe der in 10 gezeigten Schaltung, 12 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Fläche A-A' in 10, und 13 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Fläche B-B' in 10.
  • Gemäß der Darstellung in 10 verwendet das Bepackungssubstrat bzw. das bestückte Substrat des vorliegenden erläuternden Beispiels das mit einem Vorsprung und einer Aussparung auf der Oberfläche versehene Silizium-Substrat 1 gemäß dem erläuternden Beispiel 1. In der optischen Wellenleitereinheit ist ein optischer Wellenleiter 40 auf Siliziumdioxidbasis in bzw. auf der Aussparung des Silizium-Substrats 1 ausgebildet. Gemäß der Darstellung in 12 ist die Siliziumterrasse 35 auf dem Opto-Vorrichtungs-Befestigungsbereich bereitgestellt. In dem elektrischen Leitungsführungsbereich ist eine Polyimidharz umfassende dielektrische Schicht 50 in beziehungsweise auf der Aussparung des Silizium-Substrats ausgebildet, wobei die Leitermuster 51 und 510 auf der Oberfläche und im Inneren ausgebildet sind. Die Siliziumterrasse 35 für eine elektronische Schaltung ist in der Mitte des elektrischen Verdrahtungsabschnitts angeordnet.
  • Gemäß der Darstellung in 11 gibt es in dem Bereich des optischen Wellenleiters auf der linken Seite der Siliziumterrasse 35 eine Stufe von 17 μm in der Silizium-Aussparung und ein optischer Wellenleiter 40 auf Siliziumdioxidbasis, der eine Unterumhüllung 41 (20 μm dick), einen Kern 42 (6 μm × 6 μm) und eine Überumhüllung 43 (15 μm dick) aufweist, ist darauf aufgestapelt beziehungsweise schichtweise angeordnet. Auf die Wellenleiterstruktur wird als „Struktur eingebetteter Bauart" Bezug genommen, welche überlegene optische Wellenleitereigenschaften hat, da die Kernstruktur in einer Umhüllungsschicht mit einer ausreichenden Dicke eingebettet ist.
  • Die Siliziumterrasse 30 hat eine geneigte Seitenoberfläche, und die obere Oberfläche und die elektrische Verdrahtungsseitenoberfläche sind mit einer Dünnfilmelektrode 52 versehen, welche durch Strukturieren eines 1 μm dicken Au-Sn Lötmittels ausgebildet ist. Der Abstand von der Oberfläche der Dünnfilmelektrode 52 zur Mitte des optischen Wellenleiterkerns beträgt 5 μm. Diese Größe ist gleich dem Abstand von der Oberfläche des befestigten Halbleiterlasers (LD) zu der aktiven Schicht und eine Positionierung in der Höhenrichtung des optischen Wellenleiterkerns 42 und der funktionalen Opto-Vorrichtung kann ohne Einstellung bzw. Ausrichtung erzielt werden, indem die funktionale Opto-Vorrichtung auf der Siliziumterrasse 30 in einem Zustand, in dem die Oberseite nach unten gedreht ist, wobei die Oberfläche der aktiven Schicht nach unten gewandt ist, befestigt wird.
  • Der elektrische Verdrahtungsabschnitt auf der rechten Seite der Silizium-Terrasse enthält die dielektrische Schicht 50, die ein 15 μm dickes Polyimid auf der Aussparung von 25 μm Tiefe in dem Silizium aufweist, die Leiterstruktur 51, die eine auf der Oberfläche ausgebildete 5 μm dicke Au-Struktur aufweist, und die innerhalb ausgebildete Leiterstruktur 510. Die Leiterstruktur 51 auf der dielektrischen Schicht 50 kontaktiert elektrisch die Dünnfilmelektroden 52, die auf der oberen Oberfläche und der Seitenoberfläche der Silizium-Terrasse ausgebildet sind. In diesem Fall gibt es eine Stufe von etwa 10 μm zwischen der Oberfläche der Silizium-Terrasse 35 und der Oberfläche der dielektrischen Schicht 50, und eine solche elektrische Verdrahtung kann erreicht werden zwischen zwei Schichten mit unterschiedlichen Höhen, da die Seitenoberfläche der Silizium-Terrasse geneigt ist. Wenn die Seitenoberfläche der Silizium-Terrasse 35 annähernd vertikal ausgebildet ist, ist es schwierig, die zwei Schichten ohne Verwendung eines Drahtes elektrisch zu verbinden, da die elektrische Verdrahtung beziehungsweise die elektrische Leitungsführung durch die Stufe zwischen der Dünnfilmelektrode auf der Silizium-Terrasse und der Leiterstruktur auf der dielektrischen Schicht geöffnet bzw. unterbrochen ist.
  • In dem in 10 gezeigten elektrischen Verdrahtungsabschnitt bzw. Leitungsführungsbereich ist die Silizium-Terrasse für eine elektronische Schaltung in der Mitte bereitgestellt, wo die elektronische Schaltung angeordnet ist. Die elektrische Leitungsführung, welche die Silizium-Terrasse für eine Opto-Vorrichtung und die Silizium-Terrasse für eine elektronische Schaltung miteinander verbindet, ist als eine koplanare Leitung ausgebildet, die einen Mittenleiter 51a und einen Masseleiter 51b umfasst. Die elektrische Leitungsführung um die elektronische Schaltung ist durch eine Mikrostreifen-Leitungsführung gebildet, welche die Oberflächenleitungsstruktur 51 und den Masseleiter 510 umfasst, der in dem dielektrischen Material bereitgestellt ist. Gemäß der Darstellung in 13 sind der Masseleiter 51b der koplanaren Leitungsführung und der Masseleiter 510 der Mikrostreifen-Leitungsführung mit einer Durchgriffselektrode 520 verbunden, die in der dielektrischen Schicht ausgebildet ist.
  • Im Vergleich der koplanaren Leitungsführung und der Mikrostreifen-Leitungsführung kann erstere leicht ausgebildet werden, da sie auf einer einzelnen Schicht einer elektrischen Leitungsführung ausgebildet ist, jedoch ist die Leitungsführungsdichte nicht hoch. Andererseits hat letztere eine Mehrfachschicht einer elektrischen Verdrahtung bzw. Leitungsführung und erfordert eine komplexe Herstellungsarbeit, kann jedoch eine hohe Leitungsführungsdichte erzielen. Da bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel Polyimid verwendet wird, was leicht zu einer Mehrschichtleitungsführung als einer dielektrischen Schicht in dem elektrischen Leitungsführungsbereich ausgebildet werden kann, ist die Bildung der Mikrostreifen-Leitungsführung möglich. Durch die Verwendung einer derartigen Bepackungssubstratstruktur ist die Integration der funktionalen Opto-Vorrichtung und der elektronischen Schaltung mit einer Anzahl von Verbindungsanschlüssen möglich.
  • Die auf dem Bepackungssubstrat befestigte funktionale Opto-Vorrichtung 37 ist ein Halbleiterlaser (LD), der auf einem Unterträger 44 befestigt ist, welcher durch Verarbeiten eines wärmeleitfähigen Materials, wie beispielsweise dem Silizium-Substrat ausgebildet ist. Der Unterträger 44 hat einen Vorsprung und eine in bzw. auf der Oberfläche ausgebildete Aussparung und ist so fixiert, dass nach dem elektrischen Anschließen eines Leitungsmusters bzw. einer Leiterstruktur von der Vorsprungsoberfläche an die Aussparungsoberfläche die Rückseite des Halbleiterlasers (LD) die Aussparung kontaktiert, und die Rückseite des Halbleiterlasers und die Leitungsstruktur auf dem Unterträger elektrisch miteinander verbunden sind. Um den an dem Träger befestigten Halbleiterlaser (LD) auf der Silizium-Terrasse 30 zu befestigen, wird die Seitenoberfläche der aktiven Schicht des Halbleiterlasers (LD) nach unten gedreht und mit der Silizium-Terrasse 30 kontaktiert. Die Elektrode auf der Seite der aktiven Schicht des Halbleiterlasers (LD) und eine erste Dünnfilmelektrode 53a berühren einander direkt, und die Elektrode auf der Rückseite des Halbleiterlasers (LD) berührt eine zweite Dünnfilmelektrode 53b auf dem Bepackungssubstrat durch den Unterträger. Da der Abstand von der Dünnfilmelektrodenoberfläche auf der Silizium-Terrasse zu dem Wellenleiterkernmittelpunkt und der Abstand von der Halbleiterlaser-(LD) Vorrichtung zu der aktiven Schicht gleich sind bzw. auf einer Linie liegen, ist in diesem Fall die Positionierung in der Höhenrichtung mit dem optischen Wellenleiter durch lediglich Befestigen des Halbleiterlasers (LD) abgeschlossen. Die Positionierung innerhalb der Oberfläche erfolgt durch Überwachung des Kopplungseffektes des optischen Wellenleiters mit dem Halbleiterlaser (LD). Die Silizium-Terrasse ist eine Bezugsoberfläche mit hoher Präzision, wenn die Vorrichtung befestigt wird und dient gleichzeitig als eine Wärmesenke bzw. als Kühlkörper.
  • Die elektronische Schaltung wird auf der Silizium-Terrasse unter Verwendung einer Lötperle befestigt, wobei die Vorrichtungsoberfläche nach unten gewandt ist, wie bei dem erläuternden Beispiel 1. In diesem Fall ist, wie vorstehend beschrieben, die Höhe der dielektrischen Schicht auf dem elektrischen Leitungsführungsbereich und dem darauf ausgebildeten Leitungsmuster bzw. der darauf ausgebildeten Leiterstruktur niedriger als die obere Oberfläche der Silizium-Terrasse. Als Folge der Struktur ist es möglich, die elektronische Schaltung auf der Silizium-Terrasse zu kontaktieren/befestigen und direkt alle Elektroden der elektronischen Schaltung direkt mit der Leiterstruktur auf der dielektrischen Schicht nicht durch die elektrische Leitungsführung auf der Silizium-Terrasse zu verbinden. Folglich kann die elektrische Schaltung mit überlegenen Wärmeabstrahlungseigenschaften und für Hochgeschwindigkeitsbetrieb befestigt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel die Silizium-Terrasse für eine elektronische Schaltung in dem elektrischen Leitungsführungsbereich bereitgestellt und die Höhe der Leiterstrukturoberfläche um die Schaltung ist niedriger als die Silizium-Terrasse eingestellt. Daher können bei der optischen hybridintegrierten Schaltung gemäß dem vorliegenden erläuternden Beispiel die Elektroden der elektronischen Schaltung und die Leiterstruktur auf der dielektrischen Schicht unter Verwendung von Lötperlen direkt elektrisch verbunden werden und gleichzeitig kann eine Bepackung bzw. Bestückung mit der elektronischen Schaltung erfolgen, während der Kontakt mit der Silizium-Terrasse beibehalten wird. Da die Seitenoberfläche der Silizium-Terrasse geneigt ist, kann weiterhin, ungeachtet der Stufe zwischen der oberen Oberfläche der Silizium-Terrasse und der Leiterstruktur auf der dielektrischen Schicht, die auf der Silizium-Terrasse für die Opto-Vorrichtung bereitgestellte Dünnfilmelektrode und die Leiterstruktur auf der dielektrischen Schicht elektrisch miteinander verbunden werden. Daher können die Elektrodenanschlüsse der funktionalen Opto-Vorrichtung auf der Silizium-Terrasse bereitgestellt werden, um den Wärmesenkeneffekt bzw. Kühlkörpereffekt zu verbessern, und alle von den Elektrodenanschlüssen unterschiedlichen elektrischen Leitungsführungen können auf der dielektrischen Schicht ausgebildet werden, wodurch überlegene Hochfrequenzeigenschaften erzielt werden.
  • Mit dem vorliegenden erläuternden Beispiel können die optische Bankfunktion, das heißt, die Positionierungsfunktion für die optische Achse zwischen der funktionalen Opto-Vorrichtung und dem Optischer Wellenleiter und die Wärmesenken- bzw. Kühlkörperfunktion der funktionalen Opto-Vorrichtung und der elektronischen Schaltung ermöglicht werden, und die Hochfrequenztauglichkeit der elektrischen Leitungsführungsfunktion kann bereitgestellt werden.
  • Das Bepackungs- bzw. Bestückungssubstrat gemäß dem vorliegenden erläuternden Beispiel kann beispielsweise gemäß den in 14A bis 14D gezeigten Schritten hergestellt werden. Zuerst wird durch ein später beschriebenes Verfahren eine Aussparung auf dem Silizium-Substrat 1 ausgebildet und der optische Wellenleiter 40 auf Siliziumdioxidbasis mit der Unterumhüllungsschicht 41, der Kernstruktur 42 und der Überumhüllungsschicht 43 ausgebildet (14A). Dann wird die Oberfläche des Silizium-Substrats 1 verarbeitet, um die Silizium-Terrasse 30 für eine Opto-Vorrichtung und die Silizium-Terrasse 35 für eine elektronische Schaltung auszubilden. In diesem Fall wird an der Bodenoberfläche der Silizium-Aussparung in der Nähe der Silizium-Terrasse 35 für die elektronische Schaltung der Silizium-Leitungsfilm, wie beispielsweise Gold oder Kupfer als eine Masseleitungsschicht ausgebildet (14B). Darauf wird als ein dielektrisches Material für den elektrischen Leitungsführungsbereich Polyimid beschichtet und ausgehärtet, unnötiges Polyimid wird durch Trockenätzen oder dergleichen entfernt, um die Silizium-Terrassen 30 und 35 freizulegen. Weiterhin wird die Polyimidschicht 50 geätzt, so dass die Schicht um eine vorbestimmte Stufe von der Silizium-Terrasse verringert wird (14C). Schließlich wird die Leiterstruktur 51 auf der Oberfläche des dielektrischen Materials 50 ausgebildet, und die Dünnfilmelektrode 52 wird auf der Silizium-Terrasse 30 für die Opto-Vorrichtung ausgebildet, um elektrisch mit der Leiterstruktur 51 auf der dielektrischen Schicht 50 verbunden zu sein.
  • Erläuterndes Beispiel 3
  • 15 ist eine schematische Perspektivansicht, die einen Aufbau eines dritten erläuternden Beispiels der optischen hybridintegrierten Schaltung darstellt. Ein wesentlicher Unterschied des vorliegenden erläuternden Beispiels gegenüber dem erläuternden Beispiel 2 ist der, dass die dielektrische Schicht des elektrischen Leitungsführungsbereiches unter Verwendung des gleichen Materials wie dem des optischen Wellenleiters ausgebildet ist.
  • Das heißt, die Silizium-Aussparung ist durch Bereitstellen einer Stufe von 33 μm von beziehungsweise ausgehend von der Oberfläche der Silizium-Terrasse mit dem optischen Wellenleiter und dem elektrischen Leitungsführungsbereich ausgebildet. In der dem optischen Wellenleiter entsprechenden Silizium-Aussparung ist der optische Wellenleiter 40 auf Siliziumdioxidbasis mit der Unterumhüllung 41 (35 μm dick), dem Kern 42 (6 μm × 6 μm) und der Überumhüllung 43 (30 μm dick) ausgebildet. Andererseits ist bei der dem elektrischen Leitungsführungsbereich entsprechenden Silizium-Aussparung die Unterumhüllungsschicht 41 des optischen Wellenleiters auf Siliziumdioxidbasis als die dielektrische Schicht 50 ausgebildet. Sie hat eine Dicke von 25 μm und ist 10 μm niedriger als die obere Oberfläche der Silizium-Terrasse 10 für die Opto-Vorrichtung und der Silizium-Terrasse 35 für die elektronische Schaltung. Da die Höhe der oberen Oberfläche der Leiterstruktur des elektrischen Leitungsführungsbereiches niedriger eingestellt ist als die obere Oberfläche der Silizium-Terrasse, kann die wichtige elektrische Leitungsführung bzw. Verdrahtung vollständig auf der dielektrischen Schicht ausgebildet sein und unter Verwendung von Lötperlen verbunden beziehungsweise angeschlossen werden, und die elektronische Schaltung und die Silizium-Terrasse können kontaktiert werden. Daher hat das Bepackungssubstrat hochfrequenztaugliche elektrische Eigenschaften und eine gute Vorrichtungswärmeableitungsfunktion.
  • Die Struktur des vorliegenden erläuternden Beispiels, bei der das dielektrische Material des elektrischen Leitungsführungsbereiches und des optischen Wellenleiters aus dem gleichen Material gebildet sind, hat einen Effekt zur Vereinfachung des Substratausbildungsschritts. Zu diesem Zweck wird der Substratausbildungsprozess mit Bezug auf 16A bis 16E beschrieben. Ein erster Schritt der Substratherstellung besteht im Bilden einer der Silizium-Terrasse entsprechenden Stufe auf dem Substrat (16A). Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel, bei dem Silizium als das Substrat verwendet wird, kann eine gewünschte Stufe durch anisotropes Ätzen unter Verwendung einer Alkali-Ätzlösung, wie beispielsweise KOH, ausgebildet werden. Durch geeignetes Auswählen der Kristallorientierung des Silizium-Substrats kann die Silizium-Terrassen-Seitenoberfläche wie dargestellt mit einer Neigung von etwa 7° ausgebildet werden. Danach wird die Unterumhüllungsschicht 41 des dielektrischen optischen Wellenleiters, wie beispielsweise einem auf Siliziumdioxid beruhenden optischen Wellenleiter, auf der Substrat-Aussparung ausgebildet, und die Oberfläche wird durch Polieren oder dergleichen abgeflacht bzw. geglättet (16B). Dann werden die Kernstruktur 42 und die Überumhüllungsschicht 43 des optischen Wellenleiters ausgebildet (16C). Danach wird der in dem die Silizium-Terrasse enthaltenden Bereich der elektrischen Leitungsführung ausgebildete optische Wellenleiter durch Ätzen entfernt, um die Silizium-Terrasse freizulegen. Dabei kann in dem Ätzschritt des auf Siliziumdioxid beruhenden optischen Wellenleiters und des polymeren Wellenleiters (optischer Wellenleiter aus Polyimid und so weiter), das heißt, beim reaktiven Ionenätzen unter Verwendung einer Mischung aus CF4 und H2 oder O2 Gas als einer Ätze, das Silizium-Substrat 1 als eine Ätzbegrenzungsschicht verwendet werden. Daher schreitet das Ätzen der Oberfläche nicht weiter fort, wenn die Silizium-Terrassen 30 und 35 mit dem Fortschreiten des Ätzens freigelegt werden.
  • Andererseits schreitet das Ätzen des Teils bzw. des Bereichs des optischen Wellenleiters fort. Als ein Ergebnis kann die Stufe zwischen der dielektrischen Oberfläche des elektrischen Leitungsführungsbereiches und der Silizium-Terrasse durch einen einzelnen Ätzschritt ausgebildet werden (16D).
  • Schließlich wird die Leiterstruktur auf der dielektrischen Oberfläche des elektrischen Leitungsführungsbereiches ausgebildet, und die Dünnfilmelektroden werden auf der Oberfläche und der geneigten Oberfläche der Silizium-Terrasse ausgebildet, um das Bepackungssubstrat gemäß dem vorliegenden erläuternden Beispiel auszubilden (16E). In diesem Fall wird ein anisotropes Ätzen des Silizium-Substrats in dem in 16A dargestellten Schritt verwendet, eine Neigung kann automatisch auf der Silizium-Terrassen-Seitenoberfläche ausgebildet werden. Da dieses Verfahren leicht die Neigung der Silizium-Terrassen-Seitenoberfläche ausbilden kann, kann die elektrische Leitungsführung selbst mit einer Stufe zwischen der Silizium-Terrasse und der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht ohne Leitungsunterbrechung zwischen diesen beiden ausgebildet werden.
  • Durch Ausbilden des dielektrischen optischen Wellenleiters und der dielektrischen Schicht des elektrischen Leitungsführungsbereiches unter Verwendung des gleichen Materials kann folglich der Herstellungsprozess, verglichen mit der Bildung beider Teile aus unterschiedlichen Materialien, vereinfacht werden.
  • Zudem bewirkt die Tatsache, dass die Silizium-Terrassen-Seitenoberfläche wie vorstehend beschrieben geneigt ist, anstatt vertikal ausgebildet zu sein, eine merkliche Erleichterung bei einer Bepackungssubstratherstellung. Das heißt, wenn die Silizium-Terrassen-Seitenoberfläche annähernd vertikal ausgebildet ist, beispielsweise bei dem Bepackungssubstrat gemäß 9, ist es, wenn es eine Stufe zwischen der Silizium-Terrasse für eine Opto-Vorrichtung und der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht 50 gibt, schwierig, die Dünnfilmelektrode 52 auf der Silizium-Terrasse 30 und die Leiterstruktur 51a auf der dielektrischen Schicht 50 elektrisch miteinander zu verbinden. Daher erfordert die Ausbildung der oberen Oberfläche der Silizium-Terrasse und der oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht ohne eine Stufe in dem Prozess gemäß 16, um eine elektrische Leitungsführung, wie in 9 dargestellt, unter Verwendung einer Silizium-Terrasse mit einer vertikalen Seitenoberfläche zu bewirken, eine sehr genaue Steuerung hinsichtlich der Ätzzeit und Ätzrate des optischen Wellenleiters, was die Herstellung des Bepackungs-Substrats mit diesem Aufbau extrem schwierig gestaltet. Diese Schwierigkeit wird durch Neigen der Seitenoberfläche der Silizium-Terrasse, wie vorstehend beschrieben, beseitigt.
  • Erläuterndes Beispiel 4
  • 17 ist eine schematische Perspektivansicht eines vierten erläuternden Beispiels der optischen hybridintegrierten Schaltung, und 18 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in 17. Die Figuren zeigen einen Wellenleiter 60 einer eingebetteten Bauart, bei dem eine Unterumhüllungsschicht 60c, ein Kern 60b und eine Überumhüllungsschicht 60a auf dem Silizium-Substrat 1 integriert sind. Da das in 17 dargestellte Beispiel zur Befestigung einer Vierer-Array Opto-Vorrichtung mit 400 μm Abstand vorgesehen ist, sind die Kerne 60b in Intervallen von 400 μm angeordnet.
  • Wie in 18 dargestellt, ist eine koplanare Leitung 61 ausgebildet, die einen Mittenleiter 61a in einem 400 μm Intervall und einen Masseleiter 61b umfasst. Eine Breite W des Mittenleiters 61a, ein Spaltintervall S zwischen den Mittenleitern 61a und dem Masseleiter 61b, und eine Dicke H der Wellenleiterschicht auf Siliziumdioxidbasis zwischen der koplanaren Leitung 61 und dem Silizium-Substrat 1 sind wichtige Parameter, welche die Hochfrequenzeigenschaften der koplanaren Leitung 61 beeinflussen. Die Parameter werden später mit Bezug auf eine Tabelle beschrieben.
  • Ein Befestigungsbereich 63 für eine Opto-Vorrichtung 62 ist durch Ätzen der Überumhüllungsschicht 60a zum Freilegen der oberen Oberfläche der Unterumhüllungsschicht 60c ausgebildet, wo elektrische Leitungsführungsschichten 63a und 63b ausgebildet sind. In diesem Fall wird eine 5 μm dicke Au-beschichtete Leitung für die elektrischen Leitungsführungsschichten 61a, 61b, 63a und 63b verwendet, und die Länge der Leitungsführungsschichten 63a und 63b ist auf weniger als 1 mm eingestellt, um den Verlust zu verringern.
  • Der Mittenleiter 61a der vier koplanaren Leitungen 61 ist mittels Goldbandleitungen 64 mit Kupfer, mit einem Block, und mit einem als Grundpfosten bezeichneten Führungspfosten 65a verbunden, ist mit dem Bereich der elektrischen Leitungsführungsschicht (Elektrode) 63a auf der Unterumhüllung 60c verbunden und ist mit vier Elektroden 62c unter der Opto-Vorrichtung 62 durch eine eine Gold-Zinn-Legierung aufweisende Lötstruktur 66 verbunden.
  • Der Masseleiter 61b der koplanaren Leitung 61 ist auf ähnliche Weise mittels einer Goldbandleitung 64 mit dem Führungspfosten 65b verbunden, mit dem elektrischen Leitungsführungsschicht (Elektrode) 63b auf der Unterumhüllung 60c verbunden und mit dem elektrischen Leitungsführungsschicht 67a eines Silizium-Unterträgers 67 über die Lötstruktur 66 verbunden. Dabei ist der Silizium-Unterträger auf der Oberfläche mit einer leitfähigen Schicht 67a versehen und wird durch Verbinden der Elektrode 62b auf der Rückseite der Opto-Vorrichtung 62 mit der leitfähigen Schicht 67a der Aussparung mittels eines Gold-Zinn-Lötmittels gehalten. Daher ist es mit der an dem Befestigungsbereich 63 befestigten Opto-Vorrichtung 62 möglich, das Vierer-Array über die koplanare Leitung 61 hochfrequenzmäßig anzusteuern.
  • Mit der an dem Befestigungsbereich 63 befestigten Opto-Vorrichtung 62 sind vier aktive Schichten 62a der Opto-Vorrichtung 62 optisch mit dem Kern 60b des optischen Wellenleiters auf Siliziumdioxidbasis an der Vorderseite gemäß 17 gekoppelt. Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel sind Positionen der Elektrode 62 und der Lötstruktur 66 der Opto-Vorrichtung 62 von direkt unter der aktiven Schicht 62a der Opto-Vorrichtung 62 seitlich versetzt, wodurch verhindert wird, dass eine Belastung beziehungsweise ein Stress aufgrund des Befestigens der Opto-Vorrichtung direkt auf die aktive Schicht einwirkt.
  • Dabei werden der S-Parameter S21 und die Achsabweichung als eine optische Bankfunktion bei den Hauptparametern w, s und H berücksichtigt werden, welche die Hochfrequenzeigenschaften der koplanaren Leitung beeinflussen.
  • Figure 00410001
  • Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen w und s und dem Übertragungsverlust S21 der koplanaren Leitung, und das Silizium-Substrat 1 hat einen mittleren spezifischen Widerstand von weniger als 1 Ohm/cm. Da die Strukturierung durch Beschichten eines Fotolacks auf dem Substrat mit mehreren zehn einzelnen Schritten, wie beispielsweise bei einem Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiter erfolgt, ist es schwierig, die Parameter w und s mit guter Wiederholbarkeit kleiner als 20 μm auszubilden. Daher sind w und s größer als 20 μm. In Tabelle 1 beträgt die Dicke h der Unterumhüllung 2c 24 μm und die Dicke H des gesamten Siliziumdioxid-basierten Wellenleiters beträgt 60 μ und w wird von dem erläuternden Beispiel I-1 bis zum erläuternden Beispiel I-5 variiert. Als ein Ergebnis ist der S-Parameter S21 am kleinsten, wenn w und s am kleinsten sind, und der Verlust ist am kleinsten. Da in Tabelle 1 die Dicken h und H nicht verändert werden, ist die Achsabweichung selbst bei Vierer-Arrays ein konstanter Wert von 0,7 μm.
  • Figure 00430001
  • Tabelle 2 verwendet die Ergebnisse von Tabelle 1, so dass (w, s) = (20, 20) μm, wo S21 am kleinsten ist, und S-Parameter und Achsabweichung werden aufgenommen, wenn die Dicke h der Unterumhüllung 60c und H variiert werden. Bei Bezugsbeispielen II-1 und II-7 wird die Struktur gemäß dem Stand der Technik eingesetzt, und bei Bezugsbeispielen II-2 bis II-6 werden h und H verändert. Im Ergebnis ergeben sich gute Resultate in der Nähe von H = 50 bis 90. Die Achsabweichung ist durch Verwinden des Substrats aufgrund der Dicke der Umhüllung bedingt, was zu einem Anstieg der Kopplungsverluste führt.
  • Tabelle 2 wird ausführlich beschrieben. Hinsichtlich der Abhängigkeit der Dicke H muss im allgemeinen der Verlust bei Hochfrequenz geringer als 1,0 dB/cm sein, und unter Berücksichtigung breiter Anwendungen des Hybridsubstrats des vorliegenden erläuternden Beispiels ist es erforderlich, dass er geringer als 1,5 dB/cm ist. Aus Tabelle 2 folgt, dass zur Verringerung des Verlustes auf niedriger als 1,5 dB/cm die gesamte Dicke H der Siliziumdioxid-basierten Schicht größer als 50 μm sein muss.
  • Weiterhin muss, damit das Hybridsubstrat eine gute optische Bankfunktion beibehält, die Verwindung des Substrats klein sein. Da die Siliziumdioxid-basierte Schicht des optischen Wellenleiters und das Silizium-Substrat 1 sich hinsichtlich ihrer thermischen Ausdehnungskoeffizienten unterscheiden, steigt die Verwindung des Substrates mit einem Anstieg von H gemäß 18 an. Wenn die Verwindung des Substrats sich erhöht, ist bezüglich der optischen Wellenleiter- Endfläche und der Opto-Vorrichtung, beispielsweise der aktiven Schicht des LD-Arrays, eine Versetzung bedingt, die einen optischen Kopplungsverlust zur Folge hat und die optische Bankfunktion beeinträchtigt. Da es für das optoelektronische Hybridbepackungssubstrat erforderlich ist, um für 4 × 4 Schalter und dergleichen entwickelt zu werden, ist es erforderlich, dass beispielsweise ein Vierer-Array LD-Modul oder dergleichen auf dem Substrat befestigt ist, um mit Array-Anwendungen der Opto-Vorrichtung zurecht zu kommen. Infolgedessen ist es erforderlich, dass der Wert in der rechten Spalte von Tabelle 2 (Achsabweichung) verringert wird. 19 zeigt eine Beziehung zwischen der Dicke H der Siliziumdioxid-basierten Schicht auf dem Silizium-Substrat, der Verwindung des Silizium-Substrats (Krümmungsradius) und der Achsabweichung in einem 400 μm Intervall Vierer-Array LD-Modul. Es ist aus der Figur ersichtlich, dass die Dicke H geringer als 120 μm sein muss, um die Achsabweichung auf weniger als 1 μm zu verringern.
  • Zusammenfassend ist es bei dem in 18 gezeigten Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiter erforderlich, damit die Hochfrequenztauglichkeit der elektrischen Leitungsführungsfunktion und die optische Bankfunktion zum Befestigen der Opto-Vorrichtung erfüllt sind, dass H größer als 50 μm und kleiner als 120 μm ist.
  • Wie aus Tabelle 1 und Tabelle 2 ersichtlich, ist das in 17 gezeigte Beispiel praktisch und optimal als ein optischer Wellenleiter mit geringem Verlust verwendbar, welcher ein optisches hybridintegriertes Substrat mit Unterumhüllung h = 30 μm, Kerndurchmesser = 6 × 6 μm, Überumhüllung = 30 μm und gesamter Siliziumdioxid-basierter Schicht = 66 μm verwendet. Zudem ist der Übertragungsverlust des in 17 gezeigten optischen Wellenleiters niedriger als 0,1 dB/cm, und wenn ein Halbleiterlaser (LD) als eine Opto-Vorrichtung verwendet ist, können gute Eigenschaften bei einer Hochgeschwindigkeitsmodulation von 10 GHz für die Vierer-Arrays erhalten werden.
  • Somit hat das vorliegende erläuternde Beispiel eine optische Wellenleiterfunktion mit geringem Verlust, eine optische Bankfunktion mit verringerter Achsabweichung, und eine hochfrequenztaugliche elektrische Leitungsführungsfunktion mit verringertem S21.
  • 20 und 21 zeigen das Vierer-Array von 17, welches in einzelne Vorrichtungen unterteilt ist. Da es sich in diesem Fall nicht um eine Array-Vorrichtung handelt, sondern die Array-Vorrichtung in einzelne Vorrichtungen unterteilt ist, tritt keine Achsabweichung auf, selbst wenn eine Verwindung des Substrats auftritt, und es hat die obigen drei Funktionen selbst ohne die Bedingung der Dicke H von weniger als 120 μm. Im Gegensatz dazu wird, wenn einzelne Vorrichtungen zu einem Array zusammengefügt werden, die Bedingung der Dicke H von weniger als 120 μm hinzugefügt.
  • Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel ist die koplanare Leitung 61 auf der Oberfläche der Überumhüllung ausgebildet, jedoch kann die koplanare Leitung auch an anderen Positionen ausgebildet sein. 22 zeigt eine Seitenansicht von 17, 23 zeigt eine Seitenansicht, in der die Überumhüllung 60a unter der koplanaren Leitung 61 dünn gemacht ist, und 24 zeigt eine Seitenansicht, in der die gesamte Unterumhüllungsschicht 60c dicker gemacht ist und die koplanare Leitung 61 direkt auf der Unterumhüllung 60c ausgebildet ist. Wie bei den in 23 und 24 gezeigten Beispielen kann es selbst dann, wenn die Höhe der koplanaren Leitungsführungsschicht niedriger als die obere Oberfläche der Überumhüllung des optischen Wellenleiters eingestellt ist, gleichfalls als ein gutes optoelektronisches Bepackungssubstrat verwendet werden.
  • Erläuterndes Beispiel 5
  • Das erläuternde Beispiel 4 war ein Beispiel, bei dem ein Mehrzweck-Silizium-Substrat verwendet wurde (spezifischer Widerstand: bis zu 1 Ohm/cm). Andererseits kann die hochfrequenztaugliche elektrische Leitungsführungsfunktion noch weiter verbessert werden, indem der spezifische Widerstand des Silizium-Substrats erhöht wird. Dies ermöglicht einen dünneren Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiter zwischen der koplanaren Leitung und dem Silizium-Substrat, und ein Aufbau gemäß der Darstellung in 25 ist möglich, bei dem die Hochfrequenzleitung auf einer dünneren Unterumhüllung 2c angeordnet sein kann, wodurch die Anwendungsmöglichkeiten erweitert werden.
  • Zuerst erfolgt für die Strukturparameter des gemäß 25 verwendeten Substrats eine Optimierung hinsichtlich der hochfrequenztauglichen elektrischen Leitungsführungsfunktion und der optischen Bankfunktion gemäß 26, welche den gleichen Aufbau wie die D-D' Querschnittsansicht des hochfrequenztauglichen elektrischen Leitungsführungsbereiches gemäß 25 hat. In 25 und 26 bezeichnet die Bezugszahl 61a einen Mittenleiter der koplanaren Leitung, 61b bezeichnet einen Masseleiter, 61c bezeichnet eine Untermhüllungsschicht, und 1 ist ein Silizium-Substrat mit einem höheren Widerstand als bei dem in 17 dargestellten erläuternden Beispiel 1.
  • In 25 bezeichnet 67 einen Unterträger aus Silizium, und die Opto-Vorrichtung 62 wird in beziehungsweise auf der Aussparung gehalten. Eine leitfähige Schicht 67a ist auf der Oberfläche des Unterträgers 67 ausgebildet, welche eine elektrische Verbindung mit der Rückseite der Opto-Vorrichtung 62 herstellt. Durch Verbinden beider Beine des Unterträgers mit Lötstrukturen 67b werden die koplanare Leitung 61 und die Elektrode 62b auf der Rückseite der Opto-Vorrichtung 62 elektrisch verbunden. Andererseits wird die Elektrode 62c auf der Seite der aktiven Schicht der Opto-Vorrichtung mittels einer Lötstruktur 67b verbunden, welche auf dem Mittenleiter 61a der koplanaren Leitung 61 ausgebildet ist, und die Opto-Vorrichtung 62 kann durch die koplanare Leitung betrieben werden. Weiterhin absorbiert der Silizium-Unterträger 67 in der Opto-Vorrichtung erzeugte Wärme und gibt die Wärme an die Luft oder die koplanare Leitung 61 ab. Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel ist die Position der die Elektrode 62c der Opto-Vorrichtung 62 verbindenden Lötstruktur 67b von direkt unter der aktiven Schicht 62a der Opto-Vorrichtung seitlich versetzt, wodurch verhindert ist, dass eine in Zusammenhang mit dem Befestigen der Opto-Vorrichtung stehende Beanspruchung direkt auf die aktive Schicht einwirkt.
  • Die Hauptparameter, welche die Hochfrequenzeigenschaften der koplanaren Leitung beeinflussen, sind die Dicke H der Siliziumdioxid-basierten Unterumhüllungsschicht zwischen der koplanaren Leitung und dem Silizium-Substrat, die Breite w des Mittenleiters 61a der koplanaren Leitung und ein Spaltabstand s zwischen dem Mittenleiter 61a und der Masseleiterschicht 61b der koplanaren Leitung.
  • Eine Beziehung zwischen den Parametern s und w und dem S-Parameter S21, der einen Verlust der koplanaren Leitung wiedergibt, ist in Tabelle 3 dargestellt, und der S-Parameter S21 und die Achsabweichung durch die Dicke der Unterumhüllung 2c beruhend auf s und w gemäß Tabelle 3 sind in Tabelle 4 gezeigt.
  • Als Silizium-Substrat wird eines verwendet, welches einen mittleren spezifischen Widerstand von bis zu 50 Ohm/cm hat. Da die Strukturierung durch Beschichten mit einem Fotolack auf dem Substrat erfolgt, welcher eine Stufe von mehreren zehn um hat, wie beispielsweise dem Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiter und dergleichen, ist es bezüglich w und s schwierig, mit guter Reproduzierbarkeit diese kleiner als 20 μm auszubilden. Weiterhin zeigen 25 und 26 Beispiele einzelner Opto-Vorrichtungen und Tabelle 4 zeigt eine Achsabweichung aufgrund der Verwindung des Substrats, wenn eine Vierer-Array Opto-Vorrichtung mit einem Abstand bzw. einer Teilung von 400 μm befestigt ist.
  • Zuerst werden Veränderungen der Leiterbreite w, die ein Strukturparameter der koplanaren Leitung ist, und des S-Parameters S21 durch den Spalt s in Tabelle 3 gezeigt.
  • Figure 00510001
  • Wie aus Tabelle 3 ersichtlich, ergeben sich als Ergebnisse der erläuternden Beispiele III-1 bis III-5, dass (w, s) = (20, 20) μ den geringsten Verlust ergibt, wie in Tabelle 1.
  • Figure 00530001
  • Weiterhin sind, wie in Tabelle 4 dargestellt, mit (w, s) = (20, 20) μm, S21 und Achsabweichungen mit Änderungen in der Unterumhüllungsdicke h gezeigt. Gemäß der Darstellung ist es erforderlich, um S21 auf kleiner als 1,5 dB/cm bei 10 GHz zu verringern, dass h größer als 20 μm ist. Durch Erhöhen des spezifischen Widerstands des Silizium-Substrats kann die Dicke der Siliziumdioxid-basierten Schicht auf dem Silizium-Substrat auf weniger als bei dem erläuternden Beispiel 1 verringert werden. Weiterhin muss zur Verringerung der Achsabweichung zwischen der aktiven Schicht der Opto-Vorrichtung und dem Kern des optischen Wellenleiters die Gesamtdicke H der Siliziumdioxid-basierten Schicht kleiner als 120 μm sein.
  • Wie vorstehend beschrieben, wurde bei dem Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiter gemäß den 25 und 26 herausgefunden, dass zum Erfüllen der Funktion einer hochfrequenztauglichen elektrischen Leitungsführung und der Funktion einer hochpräzisen optischen Bank zum Befestigen der Opto-Vorrichtung die Unterumhüllungsdicke h des Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiters größer als 20 μm sein muss. Wenn eine Opto-Vorrichtung eines Vierer-Arrays oder darüber hinaus mit einer 400 μm Teilung bzw. einem 400 μm Abstand befestigt wird, tritt zudem eine Bedingung hinzu, dass die Gesamtdicke H des Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiters kleiner als 120 μm sein muss.
  • Wie aus Tabelle 3 und Tabelle 4 ersichtlich, ist ein in 25 gezeigtes Beispiel, bei dem ein diskretes Halbleiterlaser-Modul als eine Opto-Vorrichtung unter Verwendung eines Substrats verwendet wurde, bei dem die Unterumhüllung h = 30 μm, der Kerndurchmesser = 6 × 6 μm, die Überumhüllungsdicke = 30 μm und die gesamte Siliziumdioxid-basierte Schicht 66 μm ist, als optimal für einen Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiter mit geringem Verlust angesehen.
  • Wie vorstehend beschrieben, erfüllt das optische hybridintegrierte Substrat des erläuternden Beispiels 5 nicht nur die Funktion eines optischen Wellenleiters mit nachgewiesenem geringem Verlust, sondern ebenfalls die Funktion einer Hochfrequenz-Leitungführung zum Ansteuern der Opto-Vorrichtung und die Funktion einer hochpräzisen optischen Bank zum Sicherstellen der Flachheit bzw. Ebenheit des Substrats. Verglichen mit dem erläuternden Beispiel 1 verwendet das vorliegende erläuternde Beispiel eine Unterumhüllung von 30 μm Dicke, welche sich als optischer Wellenleiter bewährt hat, und verwendet keinen Führungspfosten oder dergleichen, wodurch die Elektrodenstruktur vereinfacht ist. Daher sind die Hochfrequenzeigenschaften verbessert und der Bepackungs- bzw. Bestückungsaufwand wurde verringert.
  • Der Übertragungsverlust des optischen Wellenleiters der optischen hybridintegrierten Schaltung war geringer als 1 dB/cm. Zudem zeigen sich bei Verwendung eines Halbleiterlasers (LD) als einer Opto-Vorrichtung gute Eigenschaften bei der Hochgeschwindigkeitsmodulation bei 10 GHz.
  • Erläuterndes Beispiel 6
  • 27 ist eine schematische Ansicht, die ein sechstes erläuterndes Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegende erläuternde Beispiel verwendet das Silizium-Substrat 1 mit einem Vorsprung und einer Bezugsoberfläche anstatt des flachen Silizium-Substrats 1, welches bei dem erläuternden Beispiel 4 verwendet wurde. Die Unterumhüllungsschicht 60c des Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiters ist in bzw. auf der Bezugsoberfläche des Silizium-Substrats 1 ausgebildet, und Vorsprünge 68a und 68b des Silizium-Substrats sind wie dargestellt zu einem Opto-Vorrichtungs-Befestigungsbereich 68 freigelegt, die als eine Höhenbezugsoberfläche beim Befestigen der Opto-Vorrichtung 62 verwendet werden können.
  • Der B-B' Querschnitt in 27 hat die gleiche Struktur wie in 26, wobei die Unterumhüllungsschicht 60c eine Dicke h von h = 30 μm hat, die gemäß Tabelle 3 und Tabelle 4 optimiert ist. Eine C-C' Querschnittsansicht in dem Opto-Vorrichtungs-Befestigungsbereich 68 ist in 28 dargestellt. An dem Vorsprung 68a des Silizium-Substrats 1 ist eine dünne Elektrode 62c getrennt von der aktiven Schicht 62a der Opto-Vorrichtung 62 ausgebildet, die als die Höhenbezugsoberfläche und als eine Elektrode der Opto-Vorrichtung 62 dient. Die koplanare Leitung verwendet eine 5 μm dicke Gold-Plattierungsschicht auf der Unterumhüllung, verwendet jedoch einen Goldzerstäubungsfilm von weniger als 1 μm Dicke auf Silizium-Terrassen 68a und 68b. Die Elektrode 62b an der Rückseite der Opto-Vorrichtung 62 wird durch den Silizium-Unterträger gehalten und mit der Elektrode 61b an der Silizium-Terrasse 68b durch die leitfähige Schicht 67a an der Oberfläche des Silizium-Unterträgers 67a und ein leitfähiges Bondmaterial beziehungsweise Verbindungsmaterial 69 elektrisch verbunden.
  • Unter Verwendung des Silizium-Substrats mit dem Vorsprung kann der Silizium-Vorsprung 68a als die Befestigungshöhenbezugsoberfläche verwendet werden und die Positionierung der Opto-Vorrichtung 62 und des Kerns 62a des optischen Wellenleiters kann mit noch höherer Präzision erfolgen. In der Opto-Vorrichtung 62 erzeugte Wärme kann durch den Unterträger 67 und 68b an das wärmeleitfähige Silizium-Substrat 1 abgegeben werden, und da das Substrat 1 in engem Kontakt mit einer hoch wärmeleitfähigen Bepackung 70 steht, ist die Wärmeableitung der Opto-Vorrichtung 62 merklich verbessert.
  • Die Hochfrequenzeigenschaften (in) der koplanaren Leitung 14 sind ebenso gut wie bei dem erläuternden Beispiel 4. Obwohl die Hochfrequenzleitung unmittelbar über der Elektrode auf den Silizium-Terrassen 68a und 68b angeordnet ist, ist der Hochfrequenzflussabstand [„distance flowing high-frequency"] tatsächlich sehr gering und der Verlust ist sehr klein.
  • Die Dicke H einschließlich der Unterumhüllung 60c, des Kerns 60b und der Überumhüllung 60a verwendet 66 μm, was gemäß Tabelle 4 optimiert ist, und was eine gute optische Bank mit verringerter Verwindung darstellt.
  • Erläuterndes Beispiel 7
  • 29 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein siebtes erläuterndes Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegende erläuternde Beispiel verwendet einen Halbleiterlaser (LD) 71 als die Opto-Vorrichtung 62 des erläuternden Beispiels 6 und weiterhin ist ein Halbleiterlaser-Treiber 72 zum Ansteuern des Halbleiterlasers auf dem gleichen Substrat 1 befestigt. Das Opto-Vorrichtungs-Befestigungsbereich 68 hat die gleiche Struktur wie jenes gemäß 27. Die eingangsseitige koplanare Leitung 61b zu dem Halbleiterlaser-Treiber hat die gleiche Struktur wie die koplanare Leitung 61 in 27. Jedoch ist in die den Halbleiterlaser-Treiber 72 und den Halbleiterlaser (LD) 71 verbindende koplanare Leitung 61a ein Hochfrequenz-Chip-Widerstand 73 zur Impedanzanpassung der 50-Ohm koplanaren Leitung mit dem Halbleiterlaser (LD) eingefügt. Eine E-E' Querschnittsansicht des Halbleiterlaser-Treibers 72 ist in 30 gezeigt. Wie dargestellt, ist der Halbleiterlaser-Treiber 72 auf einem Vorsprung 74 des Silizium-Substrats angeordnet, um Wärme des Halbleiterlaser-Treibers wirksam abzugeben, welcher eine starke Wärmeentwicklung hat. Wie bei dem erläuternden Beispiel 5 wird Wärme des Halbleiterlasers (LD) wirksam durch das Silizium-Substrat absorbiert. Durch enge Berührung des gesamten Halbleiterlaser-Moduls mit einer Bepackung stark wärmeleitfähigen Materials, kann Wärme wirksam abgegeben werden. Die Verbindung zwischen dem Halbleiterlaser-Treiber 72 und der koplanaren Leitung 61a und zwischen dem Halbleiterlaser-Treiber 72 und einer Gleichspannungs-Vorspannungs-Leitung 61c, gemäß der Darstellung in 30, erfolgt unter Verwendung eines Führungspfostens 65c und einer Goldflachleitung beziehungsweise eines Goldflachdrahtes 64 zur Verringerung des Verlusts der Hochfrequenzkomponenten auf ein Minimum. Da der Silizium-Vorsprung 74 lediglich die Unteroberfläche des Treibers berührt beziehungsweise kontaktiert und von der koplanaren Leitung trennt, sind die Hochfrequenzeigenschaften nicht beeinträchtigt.
  • Der Übertragungsverlust des optischen Wellenleiters der optischen hybridintegrierten Schaltung war geringer als 1 dB/cm. Durch Zufuhr eines 10 GHz Modulationssignals von einer eingangsseitigen koplanaren Leitung 75 zu dem Halbleiterlaser-Treiber 72 und Einstellen der Amplitude und des Modulationspotentials durch die Gleichspannungs-Vorspannungs-Leitung 61c zeigt die Halbleiterlaser-Vorrichtung gute Modulationseigenschaften bis zu 10 GHz.
  • Wie vorstehend beschrieben, kann durch Verwendung der Funktion des optischen Wellenleiters mit geringem Verlust, der Funktion der elektrischen Hochfrequenz-Leitungsführung und der Funktion der hochpräzisen optischen Bank des optischen hybridintegrierten Substrats gemäß dem vorliegenden erläuternden Beispiel ein solches Hochgeschwindigkeits-Halbleiterlaser-Modul auf dem gleichen beziehungsweise auf einem Substrat von mehreren Quadratzentimetern erzielt werden.
  • Erläuterndes Beispiel 8
  • 31 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein achtes erläuterndes Beispiel des optischen hybridintegrierten Substrats zeigt. Das vorliegende erläuternde Beispiel hat den gleichen Aufbau bezüglich des Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiters, des Opto-Vorrichtungs-Befestigungsbereiches 13, der koplanaren Leitungsführungsbereiche 61a und 61b und des Halbleiterlaser-Treiber-Befestigungsbereiches 61c. Jedoch ist das Silizium-Substrat 1 erstreckt bzw. erweitert, um eine Führungsnut 77 auszubilden, so dass ein optischer Wellenleiter 76 an eine Endfläche 62d des Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiters ohne Kerneinstellung angeschlossen werden kann. Eine X-X' Querschnittsansicht der Führungsnut 77 ist in 32 dargestellt. Die Führungsnut 77 kann durch Ätzen des optischen Wellenleiters und des Silizium-Substrats leicht ausgebildet werden. Durch die Führungsnut 77 kann der optische Wellenleiter 76 leicht ohne Kerneinstellung an den optischen Wellenleiterkern 62b angeschlossen werden, wodurch die Anwendungsmöglichkeit des optischen hybridintegrierten Substrats noch weiter erweitert wird.
  • Erläuterndes Beispiel 9
  • 33 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein neuntes erläuterndes Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel haben Bereiche, die von dem Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiter verschieden sind, den gleichen Aufbau wie bei dem erläuternden Beispiel 4, und der Siliziumdioxid-basierte optische Wellenleiter ist von der eingebetteten Bauart hin zu der Stegbauart verändert. In Verbindung mit der Änderung ist nur die Dicke der Überumhüllung 62a die gleiche wie jene eines optischen Wellenleiters 78 in Stegbauart und ist somit klein. Wie vorstehend beschrieben, ist der optische Wellenleiter in Stegbauart geringfügig schlechter in seinen Eigenschaften als die eingebettete Bauart, hinsichtlich anderer Punkte dient er aber als ein gutes Bepackungssubstrat zur hybrid-optischen Integration.
  • Erläuterndes Beispiel 10
  • Ein (nicht gezeigtes) zehntes erläuterndes Beispiel ist das gleiche wie in 20 gezeigte Ausführungsbeispiel 4, mit Ausnahme des Opto-Vorrichtungs-Befestigungsbereiches 3, bei dem der Opto-Vorrichtungs-Befestigungsbereich 63 zu einem Opto-Vorrichtungs-Befestigungsbereich 68 verändert ist, welcher eine Silizium-Terrasse wie in 27 gezeigt verwendet. Im Vergleich zu dem erläuternden Beispiel 4 bleiben die guten Eigenschaften hinsichtlich der Funktion eines optischen Wellenleiters und der Funktion einer elektrischen Leitungsführung wie bei dem erläuternden Beispiel 4 erhalten, und, wie bei dem erläuterndes Beispiel 6 beschrieben, kann die Silizium-Terrasse gleichfalls als eine Höhenbezugsoberfläche zur Befestigung der Opto-Vorrichtung verwendet werden, und die Wärmeableitung ist verbessert.
  • Erläuterndes Beispiel 11
  • 34 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein elftes erläuterndes Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegende erläuternde Beispiel hat den gleichen Aufbau wie das erläuternde Beispiel 5, das in 25 gezeigt ist, mit Ausnahme der Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiter 60a und 60b, und die optischen Wellenleiter 60a und 60b der eingebetteten Bauart sind zu optischen Wellenleitern 78a, 78b und 78c der Stegbauart verändert. Wie vorstehend beschrieben, ist der optische Wellenleiter der Stegbauart geringfügig schlechter als der optische Wellenleiter der eingebetteten Bauart in Bezug auf optische Wellenleiter-Eigenschaften, jedoch dient das erläuternde Beispiel 11 als ein gutes Bepackungssubstrat zur Hybrid-Integration wie bei dem erläuternden Beispiel 5 hinsichtlich der elektrischen Hochfrequenz-Leitungsführungsfunktion und der optischen Bankfunktion.
  • Erläuterndes Beispiel 12
  • 35 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein zwölftes erläuterndes Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt.
  • Das vorliegende erläuternde Beispiel ist hinsichtlich der Struktur das gleiche wie das erläuternde Beispiel 6, das in 27 gezeigt ist, mit Ausnahme der Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiter 60a und 60b, und die optischen Wellenleiter 60a und 60b der eingebetteten Bauart sind zu optischen Wellenleitern 78a, 78b, 78c der Stegbauart verändert. Wie vorstehend beschrieben, ist der optische Wellenleiter der Stegbauart geringfügig schlechter als der optische Wellenleiter der eingebetteten Bauart in Bezug auf optische Wellenleitereigenschaften, jedoch dient das erläuternde Beispiel 12 als ein gutes Bepackungssubstrat zur Hybrid-Integration wie bei dem erläuternden Beispiel 6 hinsichtlich der elektrischen Hochfrequenz-Leitungsführungsfunktion und der optischen Bankfunktion.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist bei dem optischen hybridintegrierten Bepackungssubstrat des obigen erläuternden Beispiels der Nachteil eines hohen dielektrischen Verlustes des Silizium-Substrats bei hohen Frequenzen, das sich als ein Siliziumdioxid-basiertes optisches Wellenleitersubstrat geringen Verlusts bewährt hat gelöst, indem eine Siliziumdioxid-basierte Zwischenschicht mit einer geeigneten Dicke verwendet wird, und angesichts der optischen Bankfunktion hoher Präzision die Dicke des Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiters so optimiert ist, dass die Verwindung des Substrats 1 auf das Ausmaß reduziert ist, dass der Kopplungsverlust aufgrund einer Achsabweichung in Bezug auf den optischen Wellenleiter nicht erhöht ist, selbst wenn eine Array-Opto-Vorrichtung befestigt ist. Daher kann eine aktive Vorrichtung an dem optischen Wellenleiter mit guter Präzision befestigt werden und es kann als ein optoelektronisches Bepackungssubstrat oder eine Plattform verwendet werden, das bzw. die mit verbesserten Hochfrequenzeigenschaften arbeitet.
  • Die elektrischen Hochfrequenzeigenschaften sind noch weiter verbessert, indem der spezifische Widerstand des Silizium-Substrats erhöht wird, und ausreichend gute Hochfrequenzeigenschaften können ungeachtet der Dicke der Siliziumdioxid-basierten Schicht zwischen der koplanaren Leitung und dem Silizium-Substrat beibehalten werden. Daher ist es auch möglich, die Unterumhüllungsschicht von etwa 30 μm Dicke zu verwenden, welche sich als ein optischer Wellenleiter bewährt hat, und eine Struktur zu verwenden, bei der die koplanare Leitung niedriger als die Kernschicht ist, wodurch die Anwendungsmöglichkeiten erweitert werden.
  • Durch Verwenden des Silizium-Substrats mit einem Vorsprung und einer Aussparung wird weiter das Ausbilden der Unterumhüllungsschicht des Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiters in beziehungsweise auf der Aussparung ausgebildet, und der Vorsprung ist in dem Opto-Vorrichtungs-Befestigungsbereich freiliegend und als eine Höhenbezugsoberfläche verwendet, wodurch eine optische Bankfunktion mit noch höherer Präzision bereitgestellt ist. Bei dieser Struktur kann durch die Silizium-Terrasse das hoch wärmeleitfähige Silizium-Substrat als eine Wärmeabstrahlungsplatte für die Opto-Vorrichtung und deren Ansteuerungs-IC verwendet werden.
  • Durch Ausbilden einer optischer Wellenleiter-Führungsnut in dem Silizium-Substrat ist es möglich, den optischer Wellenleiter mit dem Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiter ohne Kerneinstellung zu verbinden.
  • Erläuterndes Beispiel 13
  • 36 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein dreizehntes erläuterndes Beispiel der optoelektronischen optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Die Bezugszahl 1 bezeichnet ein Silizium-Substrat mit einem spezifischen Widerstand von 100 Ohm/cm. In dem Bereich des optischen Wellenleiters ist ein Siliziumdioxid-basierter optischer Wellenleiter 2 an der Aussparung ausgebildet, die auf der Substratoberfläche bereitgestellt ist. Die Unterumhüllung hat eine Dicke von 30 μm, der Kern ist 6 μm dick und die Überumhüllung ist 30 μm dick. Eine dielektrische Schicht 50, die das gleiche Material wie die Siliziumdioxid-basierte Unterumhüllungsschicht aufweist, ist in beziehungsweise auf der Silizium-Aussparung des elektrischen Leitungsführungsbereiches ausgebildet. Die Dicke der dielektrischen Schicht 50 zwischen der Silizium-Terrasse 30 der Opto-Vorrichtung und der Terrasse 35 der elektronischen Schaltung beträgt 20 μm, und eine 5 μm dicke Leiterstruktur 51 ist darauf ausgebildet. Dünnfilmelektroden 52 sind auf der oberen Oberfläche der Silizium-Terrasse 30 der Opto-Vorrichtung und der geneigten Seitenoberfläche ausgebildet und elektrisch mit der Leiterstruktur 51 verbunden. Die optische aktive Vorrichtung 37 ist mit der Oberseite nach unten an der Silizium-Terrasse 30 befestigt, während die elektrische Verbindung mit einer Dünnfilmelektrode 52 beibehalten wird. Die elektronische Schaltung 38 ist an der Silizium-Terrasse 30 mit der Vorrichtungsoberfläche nach unten befestigt, und mit der Leiterstruktur 51 mit einer 5 μm hohen Lötperle 53 fixiert. In dem elektrischen Leitungsführungsbereich rechts der elektronischen Schaltung ist eine zweite dielektrische Schicht 52c auf der dielektrischen Schicht 50 aufgestapelt, welche die Siliziumdioxid-basierte optische Wellenleiter-Unterhüllungsschicht umfasst. Eine mehrfach geschichtete Leiterstruktur 510 ist in der zweiten dielektrischen Schicht 52c bereitgestellt, und eine Leiterstruktur 5lb ist auf der Oberfläche bereitgestellt.
  • Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel ist die dielektrische Schicht des elektrischen Leitungsführungsbereiches die dielektrische Schicht 50, die das gleiche Material wie der Siliziumdioxid-basierte optische Wellenleiter aufweist, die Polyimid aufweisende zweite dielektrische Schicht 52c ist im Teil der dielektrischen Schicht bereitgestellt, und die mehrfach geschichtete elektrische Leitungsführung bzw. Verdrahtung 510 ist innerhalb bereitgestellt. Mit diesem Aufbau werden die Opto-Vorrichtung mit geringer Leitungsführungsdichte und die elektronische Schaltung mit der koplanaren Hochgeschwindigkeitsleitung verbunden und die elektronische Schaltung mit hoher Leitungsführungsdichte kann unter Verwendung einer mehrfach geschichteten Mikrostreifen-Leitungsführung angeschlossen bzw. verdrahtet werden. Weiterhin verwenden bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel der koplanare Leitungsführungsbereich und der Mikrostreifen-Leitungsführungsbereich die Unterumhüllungsschicht des optischen Wellenleiters als die erste dielektrische Schicht. Als ein Ergebnis, verglichen mit dem erläuternden Beispiel 2 zum Lösen der gleichen Aufgabe wie das vorliegende erläuternde Beispiel, kann der Herstellungsprozess des Bepackungssubstrats vereinfacht werden.
  • Erläuterndes Beispiel 14
  • 37 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein vierzehntes erläuterndes Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das Substrat 1 ist bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel ein Keramiksubstrat, und die Silizium-Terrasse 30 für die Opto-Vorrichtung und die Silizium-Terrasse 35 für die elektronische Schaltung sind darauf ausgebildet. Der optische Wellenleiter 40 ist ein Siliziumdioxid-basierter optischer Wellenleiter. Die dielektrische Schicht 50 des elektrischen Leitungsführungsbereiches ist aus Polyimid ausgebildet. Das vorliegende erläuternde Beispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass nicht nur die Leiterstruktur 51 auf der Oberfläche und innerhalb der dielektrischen Schicht 50 des elektrischen Leitungsführungsbereiches ausgebildet ist, sondern dass auch eine elektrische Leitungsführung 530 in dem Keramiksubstrat bereit gestellt ist.
  • Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel wird eine Silizium-Terrasse mit hoher thermischer Leitfähigkeit als Bereich zur Befestigung einer Vorrichtung verwendet, ein Siliziumdioxid-basierter optischer Wellenleiter wird als der optische Wellenleiter verwendet, in dem Bereich der elektrischen Leitungsführung sind Leiterstrukturen innerhalb und auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht auf dem Substrat bereitgestellt und eine Leiterstruktur ist ebenfalls in dem Keramiksubstrat bereitgestellt, bei dem es einfach ist, eine mehrfach geschichtete elektrische Leitungsführung bereitzustellen. Als ein Ergebnis hat das Bepackungssubstrat des vorliegenden erläuternden Beispiels die Funktion eines hoch-leistungsfähigen optischen Wellenleiters, die Funktion einer Silizium-Bank und die Funktion einer elektrischen Hochfrequenz-Leitungsführung und eine elektrische Leitungsführung mit sehr hoher Dichte kann ausgebildet werden.
  • Um eine Silizium-Terrasse auf einem Substrat aus unterschiedlichem Material, wie Keramik bereitzustellen, kann beispielsweise eine anodische Verbindungstechnik verwendet werden. Bei dieser Technik wird zuvor ein dünner SiO2-Film auf der Oberfläche des Keramiksubstrats und auf der Rückseite der Silizium-Terrasse ausgebildet und beide werden zum Verbinden erhitzt.
  • Erläuterndes Beispiel 15
  • 38 ist eine schematische Perspektivansicht, welche ein optisch bestücktes Substrat in einem fünfzehnten erläuternden Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. In dieser Figur bezeichnet die Bezugzahl 1 ein Silizium-Substrat, auf dessen Oberfläche ein Vorsprung in Bezug auf die Bezugsoberfläche 1a ausgebildet ist. Auf der Bezugsoberfläche des Silizium-Substrates ist ein Bereich I eines optischen Wellenleiters ausgebildet und 60b bezeichnet einen auf Siliziumdioxid basierenden Kern eines optischen Wellenleiters (6 × 6 μm), der in die 30 μm dicke Überumhüllungsschicht 60a eingebettet ist. In einem Befestigungsbereich II für die Opto-Vorrichtung ist der Vorsprung des Silizium-Substrates, der als Höhenbezugsoberfläche 30 dient, wenn die Opto-Vorrichtung darauf montiert wird, freigelegt. Die Höhenbezugsoberfläche 30 ist in der Nähe der Position, die dem Wellenleiterkern 60b entspricht, in zwei Teile aufgeteilt und um diese herum mit einer Unterumhüllungsschicht 60c des auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiters aufgefüllt. Die Unterumhüllungsschicht 60c in dem Befestigungsbereich II für den optischen Wellenleiter ist 35 μm dick, ein Bereich für die elektrische Leitungsführungsschicht 500 mit koplanarer Struktur, umfassend die Mittenleiterstruktur 50 und die Masseleiterstruktur 51, ist auf der Oberfläche derselben ausgebildet und die Lötmittelstruktur 52 ist an einem Ende der Mittenleiterstruktur ausgebildet, das heißt, in dem Spalt des geteilten Höhenbezugs 30. Die Dicke von 325 μm der Unterumhüllungsschicht 60c des auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiters ist eine ausreichende Dicke für die auf der Oberfläche ausgebildete elektrische Leitungsführung, um überragende Hochfrequenzeigenschaften bereitzustellen, ohne dass diese durch das Silizium-Substrat beeinflusst werden. Der Bereich 500 der elektrischen Leitungsführungsschicht und die Lötmittelstruktur 52 sind beide 5 μm dick. Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel ist der Bereich der elektrischen Leitungsführung aus Gold und die Lötmittelstruktur 52 aus einer Gold-Zinn-Legierung gebildet.
  • 39 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 38, wenn die Halbleitervorrichtung auf dem optischen hybridintegrierten Substrat von 28 montiert ist. In dem vorliegenden erläuternden Beispiel, bei dem die Höhenbezugsoberfläche 30 mit dem Siliziumvorsprung in zwei Teile aufgeteilt ist, ist der Spalt mit der Unterumhüllungsschicht 60c des auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiters aufgefüllt und der Mittenleiter 50 als die elektrische Leitungsführung sowie eine Lötmittelstruktur 501 sind auf der Oberfläche ausgebildet. Deshalb können durch die Montage der optischen Halbleitervorrichtung 37 alle elektrischen Leitungsführungsbereiche, inklusive der Verbindung mit einem Elektrodenpfad 37a der optischen Halbleitervorrichtung, auf der Oberfläche der Unterumhüllungsschicht 60c des auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiters, welcher eine ausreichende Dicke hat, ausgebildet werden. Als Ergebnis können die Auswirkungen des geringen spezifischen Widerstandes und der großen Dielektrizitätskonstanten des Silizium-Substrates auf die elektrische Leitungsführung vernachlässigt werden. Weil sich der auf Siliziumdioxid basierende optische Wellenleiter als Substrat für die elektrische Leitungsführung bezüglich des spezifischen Widerstandes und der Dielektrizitätskonstanten besser eignet als Silizium-Substrat, kann die elektrische Leitungsführung gemäß dem vorliegenden erläuternden Beispiel verbesserte Hochfrequenzeigenschaften bereitstellen.
  • Die Höhe zwischen der Oberfläche des Vorsprungs 30 als der Höhenbezugsoberfläche des Silizium-Substrates I und der Mitte des Kerns 60b des Optischer Wellenleiters wird gleichgesetzt mit der Höhe zwischen der aktiven Schicht 37b der optischen Halbleitervorrichtung 37 und der Oberfläche der Vorrichtung. Deshalb ist es durch die Befestigung der optischen Halbleitervorrichtung 37 möglich, die Höhe des Kerns 60b des auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiters auszurichten mit bzw. an der Höhe der aktiven Schicht 37b der optischen Halbleitervorrichtung, allerdings nur dann, wenn die optische Halbleitervorrichtung umgekehrt beziehungsweise auf dem Kopf stehend auf der Höhenbezugsoberfläche 30 des Vorsprungs des Silizium-Substrates I befestigt wird. Gleichzeitig fungiert der Vorsprung des Silizium-Substrates auch als Wärmesenke der optischen Halbleitervorrichtung. Weiterhin wird, wie in 16 gezeigt, der Befestigungsbereich für die Opto-Vorrichtung dadurch ausgebildet, dass unnötige auf Siliziumdioxid basierende optische Wellenleiterschichten durch Ätzen entfernt werden und dass, in diesem Fall, das Silizium-Substrat als eine Ätz-Stopp-Schicht beziehungsweise Stopp-Schicht für den Ätzvorgang dient. Deshalb kann die Höhe der Positionierungs-Höhenbezugsoberfläche 30 mit sehr großer Genauigkeit bestimmt werden.
  • Die Übertragungsverluste des optischen Wellenleiters der optischen hybridintegrierten Schaltung waren kleiner als 0,1 dB/cm. Weiterhin beträgt die Positionierungsgenauigkeit der optischen Halbleitervorrichtung in Bezug auf den auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiter ungefähr 1 μm und die optische Halbleitervorrichtung zeigte gute Eigenschaften, selbst bei einer Hochgeschwindigkeitsmodulation von 10 GHz.
  • Wie vorstehend beschrieben, hat das vorliegende erläuternde Beispiel die Funktion eines optischen Wellenleiters mit geringen Verlusten, die Funktion einer optischen Bank und die Funktion einer hochfrequenztauglichen elektrischen Leitungsführung.
  • Erläuterndes Beispiel 16
  • 40 ist eine schematische Perspektivansicht, welche ein optisch bestücktes Substrat in einem sechzehnten erläuternden Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Ein Unterschied zwischen dem vorliegenden erläuternden Beispiel und dem erläuternden Beispiel 15 besteht darin, dass in dem Befestigungsbereich II für die Opto-Vorrichtung eine auf gleicher Ebene ausgebildete Richtungspositionierungsführung 79 der Halbleitervorrichtung bereitgestellt ist; der übrige Aufbau ist derselbe wie bei dem erläuternden Beispiel 15. Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel ist die Führung 79 aus demselben Material wie der optische Wellenleiter 60 gebildet, das heißt aus auf Siliziumdioxid basierendem Glas.
  • 41 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' gemäß 40, wenn die optische Halbleitervorrichtung 37 auf dem Substrat 1 in 40 montiert ist. Die auf dem Substrat 1 bereitgestellte Führung 79 ist 5 μm hoch und dementsprechend ist eine 6 μm tiefe Positionierungsnut 80 in der optischen Halbleitervorrichtung 37 vorhanden. Deshalb kontaktieren die Positionierungsnut 80 und die Führung 79 auf dem Substrat die umgekehrt beziehungsweise auf dem Kopf stehend montierte optische Halbleitervorrichtung 37, und nur dadurch, dass die Opto-Vorrichtung in bzw. auf dem Befestigungsbereich für die Opto-Vorrichtung so befestigt ist, dass die Oberfläche der Opto-Vorrichtung die Oberfläche 30 des Siliziumvorsprungs kontaktiert, kann die Positionierung des optischen Wellenleiters in Bezug auf die optische Halbleitervorrichtung ohne Einstellung des Kerns vorgenommen beziehungsweise abgeschlossen werden.
  • Erläuterndes Beispiel 17
  • 42 ist eine schematische Perspektivansicht, welche ein optisch bestücktes Substrat in einem siebzehnten erläuternden Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Ein Unterschied zwischen dem vorliegenden erläuternden Beispiel und den erläuternden Beispielen 15 und 16 liegt darin, dass die durch den Unterträger gehaltene Opto-Vorrichtung 37 auf dem Befestigungsbereich II für die Opto-Vorrichtung befestigt ist; der übrige Aufbau ist im wesentlichen derselbe wie in den erläuternden Beispielen 1 oder 2.
  • Bezugnehmend auf 42 ist die Lötmittelstruktur 52 für die aktive Schicht der Opto-Vorrichtung auf der Mittenleiterstruktur 50 in dem Bereich 500 für die elektrische Leitungsführung des Befestigungsbereiches II für die Opto-Vorrichtung ausgebildet, und eine Lötmittelstruktur 53 für den Unterträger ist auf der Masseleiterstruktur 51 ausgebildet. Eine Bedingung, bei der die auf beziehungsweise von dem Unterträger 67 gehaltene Opto-Vorrichtung auf dem Substrat 1 befestigt ist, ist in 43 gezeigt. 43 ist eine Querschnittsansicht durch die Linie C-C' in 42. In 43 ist der Unterträger 67 aus demselben Material wie das Substrat 1 ausgebildet und die Opto-Vorrichtung 37 wird auf der Bezugsoberfläche 67a gehalten. Eine leitende Schicht ist auf der Oberfläche der Bezugsoberfläche 67a ausgebildet, um leitend gegenüber der Rückseite der Opto-Vorrichtung 37 zu sein. Die Vorsprungsoberfläche 6b des Unterträgers 67 ist ausgerichtet mit der Oberfläche der Opto-Vorrichtung 37 (untere Oberfläche in 43), oder tiefer gesetzt als die Höhe der Oberfläche der Opto-Vorrichtung 37. Deshalb ist, wenn der Unterträger 37 auf dem Befestigungsbereich für die Vorrichtung des optischen hybridintegrierten Substrates befestigt ist, die Oberfläche der Opto-Vorrichtung 37 in Kontakt mit dem Siliziumvorsprung 30, um die Höheneinstellung abzuschließen. Die Elektrode 37a an der Seite der Opto-Vorrichtung 37 mit der aktiven Schicht 37b ist elektrisch durch die Lötmittelstruktur 52 mit der Mittenleiterstruktur 50 auf dem Substrat verbunden. Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel sind die Positionen der Elektrode 37a der Opto-Vorrichtung 37 und der Lötmittelstruktur 52 seitlich verschoben gegenüber einer Position direkt unterhalb der aktiven Schicht 37b der Opto-Vorrichtung. Dies verhindert, dass bei der Montage der Opto-Vorrichtung eine Belastung direkt auf die aktive Schicht ausgeübt wird. Weiterhin passt die Elektrode (nicht gezeigt) auf der Rückseite der Opto-Vorrichtung durch die auf der Aussparung 67a des Unterträgers 67 ausgebildete leitende Schicht hindurch und ist durch die Lötmittelstruktur 53 mit der Masseleiterstruktur 51 auf dem Substrat verbunden. Weiterhin sind die Oberfläche des Unterträgers 67 und der Siliziumvorsprung 30 durch ein wärmeleitfähiges Material 81 wärmeleitend miteinander verbunden, um die Befestigung der Opto-Vorrichtung 37 auf dem Substrat zu vervollständigen beziehungsweise abzuschließen.
  • Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau ist eine kabellose Bestückung der Oberfläche der Opto-Vorrichtung möglich, weil die Elektrode an der Rückseite der Opto-Vorrichtung durch den Unterträger 67 aus derselben Oberfläche herausgenommen werden kann, wie die Elektrode auf der Seite mit der aktiven Schicht. Deshalb können durch Verbinden mit der Substratstruktur der vorliegenden Erfindung überlegene Hochfrequenzeigenschaften bereitgestellt werden. Weiterhin ist als Wärmesenke der Opto-Vorrichtung sowohl ein Pfad zum direkten Ableiten von Wärme von der Oberfläche der Opto-Vorrichtung an den Vorsprung des Silizium-Substrates 1 wie auch ein Pfad zum Ableiten der Wärme von der Rückseite der Opto-Vorrichtung durch den Unterträger an den Vorsprung des Silizium-Substrates 1 ausgebildet, wodurch eine verbesserte Wärmeableitung bereitgestellt wird.
  • Erläuterndes Beispiel 18
  • Die 44A und 44B sind schematische Darstellungen, welche ein achtzehntes erläuterndes Beispiel der optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigen. 44A ist eine perspektivische Ansicht und 44B ist eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang einer Linie B-B' gemäß 44A. Ein Unterschied zwischen dem vorliegenden erläuternden Beispiel und dem erläuternden Beispiel 17 liegt in der Struktur der Verbindung des Unterträgers 77 zum Halten der funktionalen Opto-Vorrichtung mit der Siliziumterrasse 30. Das heißt, die Oberflächenelektrode 37a auf der Seite mit der aktiven Schicht der funktionalen Opto-Vorrichtung 37 ist durch die auf der dielektrischen Schicht 50 bereitgestellte Leiterstruktur 51a und durch eine Lötperle 53a, welche ein elektrisch leitendes Verbindungsmaterial darstellt, verbunden und befestigt. Andererseits ist die Elektrode auf der Rückseite der Vorrichtung durch die Leiterstruktur auf der Oberfläche des Unterträgers 67, die Dünnfilmelektrode 52, bereitgestellt auf der Siliziumterrasse 30, und durch eine Lötperle 53b, bereitgestellt auf der Elektrode 52, verbunden.
  • Bei dem vorherigen erläuternden Beispiel 17 ist, wenn der Unterträger 67 an der Lötperle 53b befestigt ist, die mit dem Unterträger 67 verbundene Leitungsstruktur auf der dielektrischen Schicht 60c bereitgestellt. Deshalb ist es erforderlich, ein wärmeleitendes Material zwischen dem Unterträger 67 und der Siliziumterrasse 30 vorzusehen, um den Effekt der Wärmeableitung der Vorrichtung zu vergrößern, was in einem komplexen Bestückungsverfahren resultiert. Andererseits kann bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel die Lötperle 53b auch als wärmeleitendes Material verwendet werden, weil der Unterträger 67 mit Hilfe der Lötperle 53b auf der Siliziumterrasse 30 befestigt ist. Als Ergebnis kann das Bestückungsverfahren vereinfacht werden.
  • Erläuterndes Beispiel 19
  • Die 45A und 45B sind schematische Ansichten, welche ein neunzehntes erläuterndes Beispiel der optoelektronischen hybridintegrierten Schaltung zeigen, wobei 45A eine perspektivische Ansicht und 45B eine Querschnittsansicht entlang einer Linie B-B' in 45 ist. Die Unterschiede zwischen dem vorliegenden erläuternden Beispiel und dem erläuternden Beispiel 18 bestehen darin, dass das bestückte Substrat 1 mit einer Führung für eine Richtungspositionierung in der Ebene der funktionalen Opto-Vorrichtung 37a versehen ist und dass bei dem Unterträger, welcher die funktionale Opto-Vorrichtung hält, der Abstand von der Oberfläche 67c an der Außenseite des Unterträgers 67 zu der aktiven Schicht 37b gleich eingestellt ist wie der Abstand D zwischen einer inneren Führungswand 60 des bestückten Substrates 1 und der Mitte des Kerns des optischen Wellenleiters. Mit diesem Aufbau ist bei Verwendung des Unterträgers eine Hybridintegration der Opto-Vorrichtung ohne Ausrichtung möglich.
  • Um den Abstand zwischen der Oberfläche 67c an der Außenseite des Unterträgers 67 und der aktiven Schicht 37b der funktionalen Opto-Vorrichtung 37 auf den gewünschten Wert D einzustellen, kann die funktionale Opto-Vorrichtung beispielsweise, wie in 46 gezeigt, auf dem Unterträger befestigt werden. Das heißt, die Bezugszahl 90a bezeichnet ein Vorrichtungshaltewerkzeug, auf dessen Oberfläche eine Führung 90b zum Einstellen des Unterträgers auf eine gewünschte Position und eine Markierung 91 zum Einstellung der funktionalen Opto-Vorrichtung auf die gewünschte Position bereitsteht. Deshalb wird zuerst die Opto-Vorrichtung 37 so auf dem Werkzeug 90a angeordnet, dass die Markierung 41, welche auf der Oberfläche der Seite der Opto-Vorrichtung 37 mit der aktiven Schicht ausgebildet ist, wobei die Oberfläche der Seite mit der aktiven Schicht nach unten gerichtet ist, mit der Markierung 91 auf dem Werkzeug 90a ausgerichtet ist, und dass die funktionale Opto-Vorrichtung 37 auf dem Unterträger 67 befestigt werden kann, wobei die Oberfläche 67c der Außenseite des Unterträgers die Führung 90b auf dem Werkzeug 90a kontaktiert.
  • Bei einem Verfahren zur Befestigung einer Vorrichtung, bei dem die auf der Opto-Vorrichtung vorhandene Positionierungsbezugsoberfläche die Führungsoberfläche auf dem bestückten Substrat unmittelbar kontaktiert, besteht ein Problem im Hinblick auf die Zuverlässigkeit der Opto-Vorrichtung, weil dadurch bzw. durch das Verfahren ein Gitterfehler in der Opto-Vorrichtung erzeugt werden kann. Andererseits kontaktiert bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel die Oberfläche 67c der Außenseite des Unterträgers 67 die Positionierungsführung 90b, wodurch eine ausrichtungsfreie Befestigung der Vorrichtung ohne Kontaktierung der Seitenoberfläche der funktionalen Opto-Vorrichtung mit der Führung erreicht wird. Deshalb ist eine Bestückung ohne eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung selbst dann möglich, wenn bei der Befestigung der Vorrichtung eine Führungsstruktur verwendet wird.
  • Erläuterndes Beispiel 20
  • 47 ist eine schematische Perspektivansicht, welche ein bestücktes optisches Substrat gemäß einem zwanzigsten erläuternden Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegende erläuternde Beispiel zeigt, dass in dem Befestigungsbereich II für die Opto-Vorrichtung die Masseleiterschicht 51a zwischen der Bezugsoberfläche des Silizium-Substrates 1a und der Unterumhüllungsschicht 60c eingebettet ist; (und) die anderen Gegenstände sind fast dieselben wie in den erläuternden Beispielen 15 bis 17. Bei diesem Aufbau bilden die Unterumhüllung 60c, die auf der Oberfläche bereitgestellte elektrische Leitungsführung 50 sowie der eingebettete Masseleiter 51a in dem Befestigungsbereich II für die Opto-Vorrichtung eine Art Mikrostreifenleitung, wodurch verbesserte Hochfrequenzeigenschaften bereitgestellt werden. Durch die Verwendung der Mikrostreifenleitung kann die Dichte der elektrischen Leitungsführung im Vergleich zu der in den erläuternden Beispielen 15 bis 17 verwendeten koplanaren Leitung auf einfache Weise verbessert werden.
  • 48 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie D-D' in 47, wenn das Halbleiterlaser-Feld bzw. -Array 37 auf der optischen hybridintegrierten Schaltung, wie in 47 gezeigt, montiert ist. Der Bereich 500 der elektrischen Leitungsführung ist auf der Bezugsoberfläche des Silizium-Substrates 1 ausgebildet, enthaltend den Elektrodenverbindungsbereich mit der Opto-Vorrichtung. Weiterhin bildet die Oberfläche des Vorsprungs des Silizium-Substrates 1 die Höhenbezugsoberfläche des Halbleiterlaser-Feldes und dient außerdem als eine Wärmesenke.
  • Daher ist das vorliegende erläuternde Beispiel in der Lage, gleichzeitig die Funktion der geringen Verluste, die Funktion einer hochfrequenztauglichen elektrischen Leitungsführung und die Funktion einer optischen Bank bereitzustellen beziehungsweise zu realisieren.
  • Erläuterndes Beispiel 21
  • 49 ist eine schematische Perspektivansicht, welche ein bestücktes optisches Substrat in einem einundzwanzigsten erläuternden Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt und welches einen Aufbau zeigt, bei dem die Länge der Opto-Vorrichtung vergrößert ist. Die Opto-Vorrichtung 37 ist ein 15 mm langer LiNbO3 (LN)-Wellenleiter. Das vorliegende erläuternde Beispiel ist, wie die anderen erläuternden Beispiele, aus dem auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiter auf dem Silizium-Substrat gebildet. Wenn die Länge der Opto-Vorrichtung, wie bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel, vergrößert wird, können longitudinale Verwindungen des Substrates und der Opto-Vorrichtung nicht vernachlässigt werden. Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel ist der Siliziumvorsprung in vier Teile unterteilt und die einzelnen Teile sind nahe an dem optischen Wellenleiter angeordnet, so dass die Oberfläche 30 des Siliziumvorsprungs selbst bei einer Verwindung in dem Substrat oder dem LN-Chip, wie in 50 gezeigt, als eine gute Höhenbezugsoberfläche dient. Weiterhin ist die elektrische Leitungsführung 500 als Koplanarleitung auf der Oberfläche der Unterumhüllungsschicht 60c des auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiters ausgebildet, wobei die Unterumhüllungsschicht 60c in einem Bereich zwischen dem vierfach unterteilten Siliziumvorsprung ausgebildet ist.
  • Als Ergebnis dient der Siliziumvorsprung, wie in 50 gezeigt, selbst dann als eine Höhenbezugsoberfläche, wenn in dem Substrat oder dem LN optischen Wellenleiter nicht vernachlässigbare Verwindungen existieren. Weiterhin zeigt der Bereich der elektrischen Leitungsführung erbesserte Hochfrequenzeigenschaften gegenüber den anderen erläuternden Beispielen.
  • Der Aufbau des optischen hybridintegrierten Substrates wurde oben unter Bezug auf einen Fall beschrieben, bei dem ein auf Siliziumdioxid basierender optischer Wellenleiter auf dem Silizium-Substrat ausgebildet war, jedoch sind auch andere Materialien möglich. Das Substrat des optischer Wellenleiters weist einen ausreichenden Unterschied in der Ätzgeschwindigkeit im Vergleich zu einem Ätzmittel, welches beim Ätzen zum Herausbildend des Befestigungsbereiches für die Vorrichtung in dem optischen Wellenleiter verwendet wird, und eine Kombination, bestehend aus dem Substrat und dem dielektrischen optischen Wellenleiter, kann so verwendet werden, dass das Substrat als eine Ätz-Stopp-Schicht verwendet wird. Wenn solch eine Kombination von Substrat und dielektrischem optischem Wellenleiter verwendet wird, dann dient der Substratvorsprung als eine hochgenaue Höhenbezugsoberfläche. Weiterhin ist es in Bezug auf die Hochfrequenzeigenschaften der elektrischen Leitungsführung wünschenswert, einen optischen Wellenleiter aus einem Material zu verwenden, welches eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als das Material des Substrates aufweist.
  • Beispiele solch einer Kombination von Substrat und dielektrischem optischem Wellenleiter beinhalten, zusätzlich zu dem Siliziumdioxid- basierten optischen Wellenleiter/Silizium-Substrat, einen Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiter/ein Alaunerde-Keramik-Substrat, einen Siliziumdioxid-basierten optische Wellenleiter/ein Nitrit-Alaunerde-Keramik-Substrat und verwenden einen Polymer-basierten dielektrischen optischen Wellenleiter, wie einen Polyimid-basierten optischen Wellenleiter oder ähnliche, anstelle des Siliziumdioxid-basierten optischen Wellenleiters. Jedoch ist es erforderlich, dass wenn ein Substrat mit nur geringer Wärmeleitfähigkeit, wie Alaunerde-Keramik verwendet wird, eine Wärmesenke der Opto-Vorrichtung auf einem separaten Substrat bereitzustellen, wie dies in dem erläuternden Beispiel 20 (46) gezeigt ist.
  • Beispiele für die Befestigung der Opto-Vorrichtung wurden in den einzelnen obigen erläuternden Beispielen gezeigt, weiterhin ist es jedoch natürlich möglich, einen elektronischen Schaltkreis zur Ansteuerung der Opto-Vorrichtung oder eine elektronische Schaltung zur Signalverarbeitung zusätzlich zu der Opto-Vorrichtung zu integrieren.
  • Wie oben beschrieben, besteht bei dem optischen hybridintegrierten Substrat gemäß dem obigen erläuternden Beispiel die Basisstruktur beziehungsweise der wesentliche Aufbau darin, dass der dielektrische optische Wellenleiter auf der Bezugsebene auf dem Substrat mit dem Vorsprung und der Bezugsoberfläche ausgebildet ist und dass der Vorsprung als ein Befestigungsbereich für die Opto-Vorrichtung verwendet wird, um ein Substrat mit einer Terrasse für den optischen Wellenleiter zu bilden, und dass die elektrische Leitungsführungsschicht auf dem auf der Bezugsoberfläche des Substrates ausgebildeten dielektrischen optischen Wellenleiter ausgebildet ist. Als Ergebnis werden die elektrischen Eigenschaften durch das Substrat nicht beeinflusst und es können verbesserte Hochfrequenzeigenschaften erzielt werden, selbst dann, wenn ein Substrat mit einem relativ geringen spezifischen elektrischen Widerstand (wie zum Beispiel Silizium-Substrat) verwendet wird oder selbst wenn ein Substrat mit einer relativ großen Dielektrizitätskonstanten (wie zum Beispiel Alaunerde-Keramik-Substrat) verwendet wird.
  • Weiterhin ist bei dem optischen hybridintegrierten Substrat, bei dem der Substratvorsprung des Befestigungsbereiches für die Opto-Vorrichtung in zwei oder mehrere Teile aufgeteilt ist, die Schicht des dielektrischen optischen Wellenleiters in dem Bereich dazwischen ausgebildet und der Teil des Elektrodenanschlusses beziehungsweise des Elektrodenfleckens, der zum Verbinden der Opto-Vorrichtung mit der elektrischen Leitungsführung auf dem Substrat dient, wird auf der dielektrischen Schicht des optischen Wellenleiter bereitgestellt, weil alle Bereiche der elektrischen Leitungsführung auf der dielektrischen optische Wellenleiterschicht ausgebildet werden können, wobei die Hochfrequenzeigenschaften wesentlich verbessert werden können und gleichzeitig die obere Oberfläche des Substratvorsprunges als Höhenbezugsoberfläche für die Befestigung der Opto-Vorrichtung verwendet werden kann, wodurch eine genaue Befestigung der Opto-Vorrichtung erreicht wird.
  • Erläuterndes Beispiel 22
  • 51 ist eine schematische Perspektivansicht, welche den Aufbau eines bestückten optischen Substrates bei einem zweiundzwanzigsten erläuternden Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. In 51 bezeichnet die Bezugszahl 1 ein Substrat, 1a eine Bezugsoberfläche des Substrates und 30 einen Substratvorsprung. Die Bezugszahl 92 bezeichnet einen dielektrischen optischen Wellenleiter, 92a einen optischen Signalwellenleiter, 92b einen optischen Überwachungswellenleiter sowie 93 und 93a Umhüllungsschichten. Die Bezugszahl 95 bezeichnet eine elektrische Leitungsführungsoberfläche des Befestigungsbereiches für die Opto-Vorrichtung, 95a und 95b sind ein Mittenleiter und ein Masseleiter als elektrische Leitungsführungsbereiche und 96 ist ein Fixierungsmaterial. Die Oberfläche des Substratvorsprunges dient als Höhenbezugsoberfläche des Befestigungsbereiches für die Opto-Vorrichtung. Weiterhin ist auf der Oberfläche eine dünne Überwachungselektrode 97 vorgesehen.
  • Das in 51 gezeigte bestückte optische Substrat verwendet ein Silizium-Substrat als Substrat 1 und einen auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiter als optischen Wellenleiterschaltkreis 92. Das Silizium-Substrat ist mit einem Vorsprung und einer Bezugsoberfläche mit einer Stufe von 40 μm ausgestattet. Eine Unterumhüllungsschicht mit einem 42 μm dicken, auf Siliziumdioxid basierendem Glas wird auf der Bezugsoberfläche bereitgestellt, ein Kern von 6 × 6 μm, ein optischer Signalwellenleiter 92a mit einem Unterschied im Brechungsindex von D = 0,75% und ein optischer Überwachungswellenleiter sind darauf ausgebildet. Der Abstand zwischen dem Vorsprung des Silizium-Substrates 1 und der Mitte des Kerns des Wellenleiters ist auf 5 μm eingestellt, ausgerichtet auf die Größe der funktionalen Opto-Vorrichtung, die später beschrieben werden wird. Ein Ende des optischen Überwachungswellenleiters 92b ist an einer Position angeordnet, die der Höhenbezugsoberfläche mit dem Vorsprung des Silizium-Substrates 1 entspricht und ein Ende des optischen Signalwellenleiters 92a ist an einer Position angeordnet, die der Oberfläche 95 der elektrischen Leitungsführung entspricht. Eine 0,5 μm dicke Dünnfilm-Gold-Elektrode ist auf der Höhenbezugsoberfläche 30 ausgebildet. Dort gibt es eine 10 μm große Stufe zwischen der Oberfläche des Vorsprungs des Silizium-Substrates 1 als der Höhenbezugsoberfläche und der Oberfläche 95 der elektrischen Leitungsführung, und eine Unterumhüllungsschicht 93a eines 30 μm dicken, auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiters ist unter der Oberfläche 5 der elektrischen Leitungsführung vorgesehen. Bei den elektrischen Leitungsführungen 95a und 95b handelt es sich um 4 μm dicke Gold-Plattierungsstrukturen beziehungsweise Gold-Beschichtungsstrukturen und eine 4 μm dicke Lötmittelperle ist an dem Ende als Fixierungsmaterial ausgebildet.
  • Durch die Befestigung einer gewünschten funktionalen Opto-Vorrichtung auf dem Befestigungsbereich für die Opto-Vorrichtung auf dem bestückten optischen Substrat mit dem obigen Aufbau kann eine optische hybridintegrierte Schaltung, wie in 52 gezeigt, ausgebildet werden. Bei der funktionalen Opto-Vorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden erläuternden Beispiel handelt es sich um einen Halbleiterlaser mit einem Signalanschluss 100a und einem Überwachungsanschluss 100b. Die Reihenfolge und Aufteilung der Anordnung der einzelnen Anschlüsse entspricht der Aufteilung der Eingabe-/Ausgabeenden der optischen Wellenleiter 92a und 92b der optischen Wellenleiterschaltung. Wenn die funktionale Opto-Vorrichtung 100 umgekehrt beziehungsweise auf dem Kopf stehend auf dem Befestigungsbereich für die Opto-Vorrichtung montiert ist, dann ist der Überwachungsanschluss 100b der funktionalen Opto-Vorrichtung auf der Höhenbezugsoberfläche 30 des Vorsprunges des Silizium-Substrates 1 angeordnet und der Signalanschluss 100a ist auf der Oberfläche der elektrischen Leitungsführung angeordnet.
  • 53 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie III-III' in 52. Die aktiven Schichten 100a und 100b des Halbleiterlasers 100 sind an Positionen in 4,5 μm Entfernung von der Oberfläche der Vorrichtung angeordnet. Andererseits ist bei dem optischen hybridintegrierten Substrat der Abstand zwischen der Oberfläche der Dünnfilmelektrode 97 auf der Höhenbezugsoberfläche (Siliziumvorsprung) und der Mitte des Kerns des optischen Wellenleiters auf 4,5 μm eingestellt. Deshalb kann die Positionierung in Richtung der Höhe des optischen Wellenleiters und des Halbleiterlasers alleine dadurch abgeschlossen werden beziehungsweise erfolgen, dass der Halbleiterlaser, wie gezeigt, auf die Höhenbezugsoberfläche montiert wird.
  • Um eine Positionierung in gleicher Ebene beziehungsweise in gleicher Ebenenrichtung zu erzielen, muss die Positionierung durch eine Überwachung der Wirksamkeit der optischen Ankopplung des Halbleiterlasers an den optischen Wellenleiter erfolgen. Weil die Oberflächenelektrode 100c unterhalb des optischen Signalanschlusses 100a des Halbleiterlasers weder die elektrische Leitungsführung 95 auf dem Substrat 1 noch die Lötmittelperle 96 kontaktiert, kann eine Einstellung des Kerns nicht durch Verwendung des optischen Signalanschlusses 100a erfolgen. Weil jedoch bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel der optische Überwachungswellenleiter 100a und der Überwachungsanschluss 100n auf der optischen hybridintegrierten Schaltung und der funktionalen Opto- Vorrichtung vorgesehen sind und weil die Oberflächenelektrode 100c unter dem Überwachungsanschluss 100b mit der Dünnfilmelektrode 97 auf der Höhenbezugsoberfläche 30 kontaktiert ist, ist eine Einstellung des Kerns durch Verwendung des Überwachungsanschlusses möglich.
  • Die Einstellung des Kerns kann durchgeführt werden, wenn der Halbleiterlaser als eine Lichtempfangsvorrichtung betrieben wird. Das heißt, Überwachungslicht wird in dem optischen Überwachungswellenleiter übertragen und der Lichtempfangsstrom des Überwachungsanschlusses, der in Beziehung zu dem Überwachungslicht steht, wird bezüglich einer Position überwacht, bei welcher der Strom ein Maximum aufweist.
  • Für die aktive Ausrichtung ist es weiterhin möglich, ein Verfahren zu verwenden, bei dem der Halbleiterlaser 100 dazu veranlasst wird, Licht auszusenden und eine Position zu verwenden bzw. einzunehmen, bei welcher der Lichtausgang des optischen Überwachungswellenleiters ein Maximum aufweist.
  • Dann kann, wie in 54 gezeigt, nach der Einstellung des Kerns sowohl eine elektrische Verbindung wie auch eine Vorrichtungsfixierung zwischen dem Halbleiterlaser und dem optischen hybridintegrierten Substrat durch Erhitzen erreicht werden, wodurch ein Rückfluss der Lötmittelperle 96 beziehungsweise eine Aufschmelzlötung erzielt wird, weil die Lötmittelperle die obere Elektrode 100c des Signalanschlusses des Halbleiterlasers kontaktiert. In diesem Fall ist die Kontaktierungsposition zwischen dem Lötmittel und der funktionalen Opto-Vorrichtung leicht versetzt gegenüber dem unmittelbar benachbarten Anschluss (aktive Schicht) eingestellt, wodurch eine direkte Einwirkung einer Belastung beziehungsweise Spannung, welche durch das Schrumpfen des Lötmittels bei dessen Verfestigung entsteht, auf den optischen Signalanschluss der funktionalen Opto-Vorrichtung verhindert wird.
  • Übermäßig große Ankopplungsverluste durch Abweichungen der Position innerhalb der optischen hybridintegrierten Schaltung waren geringer als 0,5 dB. Das zeigt, dass in der optischen hybridintegrierten Schaltung gemäß dem vorliegenden erläuternden Beispiel eine Bestückung der Halbleiterlaser-Oberfläche mit einer Genauigkeit innerhalb von 1 μm erreicht werden kann. Dies wird möglich, erstens durch die Verwendung des Siliziumvorsprunges als Höhenbezugsoberfläche und zweitens durch aktive Ausrichtung im Hinblick auf eine Positionierung in einer gleichen Ebene beziehungsweise in einer gleichen Ebenenrichtung.
  • Wie oben beschrieben, ist es bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel möglich, eine aktive Ausrichtung für die Einstellung des Kerns in einer gleichen Ebenenrichtung durchzuführen, während die funktionale Opto-Vorrichtung betrieben wird und die Opto-Vorrichtung durch eine Lötmittelperle befestigt ist. Deshalb kann im Vergleich zum Stand der Technik, bei dem eine Befestigung der Vorrichtung durch passive Ausrichtung erfolgt, die Hybridintegration der Opto-Vorrichtung mit größerer Genauigkeit erfolgen und es können Probleme aufgrund einer Verringerung der Stärke der Befestigung und aufgrund einer großen Belastung der funktionalen Opto- Vorrichtung durch die Verwendung von Dünnfilmlötmitteln, was bei der aktiven Ausrichtung nach dem Stand der Technik ein Problem war, gelöst werden.
  • Weiterhin verwendet das vorliegende erläuternde Beispiel ein hoch wärmeleitendes Silizium-Substrat, der Vorsprung und die Bezugsoberfläche werden darauf bereitgestellt und der Vorsprung wird verwendet als eine Höhenbezugsoberfläche für die Befestigung der funktionalen Opto-Vorrichtung. Bei dieser Konstruktion kann die Wärmeentwicklung bei der funktionalen Opto-Vorrichtung mit Hilfe des Siliziumvorsprungs wirksam abgeführt werden.
  • Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel ist die elektrische Leitungsführungsoberfläche des Befestigungsbereiches für die Opto-Vorrichtung mit einer ausreichenden Dicke auf der Umhüllungsschicht des auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiters vorgesehen. Mit einer solchen Konstruktion kann eine optische hybridintegrierte Schaltung mit überragenden Hochfrequenzeigenschaften erzielt werden. Das heißt, im Stand der Technik, wie in 1 gezeigt, ist die elektrische Leitungsführung grundsätzlich direkt auf dem Silizium-Substrat oder auf einem sehr dünnen Oxidfilm mit einer Dicke von ungefähr 0,5 μm ausgebildet. Bei solch einer Konstruktion aus dem Stand der Technik bestand jedoch ein Problem darin, dass die Hochfrequenzeigenschaften des Bereiches der elektrischen Leitungsführung durch einen Einfluss des Silizium-Substrat als Halbleiter beachtlich verschlechtert wurden. Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel ist dieses Problem dadurch gelöst, dass eine dielektrische Schicht mit ausreichender Dicke zwischen dem Silizium-Substrat und der Oberfläche der elektrischen Leitungsführung vorgesehen ist. In der Praxis wurde bestätigt, dass der Bereich der elektrischen Leitungsführung in der optischen hybridintegrierten Schaltung des vorliegenden erläuternden Beispiels ein Band von ungefähr 10 GHz aufweist.
  • Erläuterndes Beispiel 23
  • 55 ist eine schematische Perspektivansicht, welche den Aufbau eines dreiundzwanzigsten erläuternden Beispiels der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegenden erläuternde Beispiel zielt, anders als das erläuternde Beispiel 22, darauf ab, dass zusätzlich zu der Höhenbezugsoberfläche für die funktionale Opto-Vorrichtung ein Vorsprung auf dem Silizium-Substrat 1 als Befestigungsbereich für die Opto-Vorrichtung vorgesehen ist, dass eine Befestigungsoberfläche 98 für eine elektronische Schaltung auf dem Siliziumvorsprung vorgesehen ist und dass auf der elektrischen Leitungsführungsoberfläche 98 nicht nur die elektrische Leitungsführung für die funktionale Opto-Vorrichtung, sondern auch die elektrische Leitungsführung für die elektronische Schaltung vorgesehen ist. Die anderen Komponenten sind ähnlich wie bei dem erläuternden Beispiel 22 ausgeführt. Ähnliche Komponenten, wie die bei dem erläuternden Beispiel 22 verwendeten, sind mit ähnlichen Bezugssymbolen bezeichnet und eine detaillierte Beschreibung darüber wurde weggelassen.
  • Mit diesem Aufbau können ähnliche Effekte, wie die bei dem erläuternden Beispiel 22 erzielten, erreicht werden und zusätzlich kann sich die entwickelnde Wärme der auf dem Silizium-Substratvorsprung montierten elektronischen Schaltung wirksam abgeführt werden, weil der Silizium-Substratvorsprung auch als Befestigungsoberfläche 98 für die elektronische Schaltung verwendet wird. Das heißt, das in der optischen hybridintegrierten Schaltung verwendete bestückte optische Substrat kann Funktionen als ein bestücktes opto-elektronisches Hybrid-Substrat bereitstellen.
  • Erläuterndes Beispiel 24
  • Bei dem vorherigen erläuternden Beispiel 22 wurde das Silizium-Substrat mit dem Vorsprung und der Aussparung als das Substrat und der auf Siliziumdioxid basierende optische Wellenleiter als dielektrischer optischer Wellenleiter verwendet. Jedoch können natürlich auch andere Kombinationen als das Materialsystem verwendet werden, um beides, nämlich eine Positionierung der funktionalen Opto-Vorrichtung durch aktive Ausrichtung und eine Befestigung der Vorrichtung durch einen dicken Lötmittelfilm, wie zum Beispiel eine Lötmittelperle, zu erreichen. Derartige Kombinationsbeispiele werden nachfolgend aufgezeigt.
  • Erstens ist es überflüssig zu erwähnen, dass der optische Wellenleiter gemäß dem erläuternden Beispiel 22 nicht auf einen auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiter beschränkt ist. Zum Beispiel können bei Verwendung eines Polymer-basierten optischen Wellenleiters, wie eines Polyimid-Wellenleiters, alle die bei dem erläuternden Beispiel 22 erreichten Wirkungen bereitgestellt werden.
  • Zweitens kann auch das Substrat bei dem erläuternden Beispiel 22 ein anderes als ein Silizium-Substrat sein. Zum Beispiel kann auch ein Keramiksubstrat, wie Alaunerde-Substrat, verwendet werden, das sich als bestücktes Substrat für eine elektronische Schaltung, die auf der Oberfläche mit dem Vorsprung und der Bezugsoberfläche angeordnet ist, bewährt hat. Weiterhin können in diesem Fall für den optischen Wellenleiter ein Siliziumdioxid-basierter optischer Wellenleiter, ein Polymer-basierter Wellenleiter und andere Materialien verwendet werden. Wenn ein Alaunerde-Substrat als das Substrat verwendet wird, ist der Effekt der Wärmeableitung schlechter im Vergleich zum erläuternden Beispiel 22, aber andere Funktionen sind nahezu gleich wie im erläuternden Beispiel 22. Insbesondere ist es – beziehungsweise das erläuternde Beispiel 24 – dem erläuternden Beispiel 22 manchmal hinsichtlich der Hochfrequenzeigenschaften der elektrischen Leitungsführung und der Erweiterbarkeit der Leitungsabmessungen überlegen.
  • Drittens verwendet das erläuternde Beispiel 22 ein Substrat, auf dessen Oberfläche ein Vorsprung und die Bezugsoberfläche ausgebildet sind, aber statt dessen ist es natürlich ebenfalls möglich, ein Substrat mit einer flachen Oberfläche zu verwenden. 56 ist eine perspektivische Ansicht, welche eine Substratstruktur als ein Beispiel einer solchen Konfiguration zeigt, bei der ein Alaunerde-Substrat mit einer flachen Oberfläche und ein auf Siliziumdioxid basierender optischer Wellenleiter verwendet werden. Die Höhenbezugsoberfläche 30 des Befestigungsbereiches für die Opto-Vorrichtung kann auf einer Umhüllungsschicht des optischen Wellenleiters ausgebildet sein.
  • In diesem Fall kann die Präzisierung der Höhe zwischen der Höhenbezugsoberfläche 30 und der Mitte der Kerne 92a und 92b des optischen Wellenleiters schlechter sein, als die bei dem erläuternden Beispiel 22. Weiterhin kann auch der Effekt der Wärmeableitung verschlechtert sein, wenn ein Keramiksubstrat als das Substrat verwendet wird.
  • Jedoch kann auch bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel beides, das heißt die aktive Ausrichtung wie auch die Befestigung mittels eines dicken Lötmittelfilms gleichzeitig erreicht werden. Weiterhin ist es natürlich möglich, ein Silizium-Substrat als das Substrat mit der flachen Oberfläche zu verwenden. Auch kann ein Alaunerde-Substrat als das Substrat verwendet werden.
  • Viertens zeigt das erläuternde Beispiel 22 ein Beispiel für einen „eingebettet strukturierten optischen Wellenleiter", bei dem der Kern des optischen Wellenleiters in die Umhüllungsschicht mit ausreichender Dicke eingebettet ist, jedoch ist die Ausführung des optischen Wellenleiters nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann, wie bei dem in 4 gezeigten Stand der Technik, das vorliegende erläuternde Beispiel auch auf einen „optischen Wellenleiter in Stegbauart", bei dem der Kern frei liegt oder mit einer dünnen Umhüllungsschicht ummantelt ist, angewendet werden.
  • Fünftens können andere als die dielektrischen Materialien als optischer Wellenleiter verwendet werden. Solche Materialien umfassen einen Siliziumwellenleiter.
  • Weiterhin verwendet das erläuternde Beispiel 22 eine Lötmittelperle als Fixierungsmaterial 96, um damit eine elektrische Verbindung und eine Fixierung zwischen dem optischen Signalanschluss der funktionale Opto-Vorrichtung und der elektrischen Leitungsführung auf dem optischen Wellenleiterschaltkreis zu erreichen. Statt dessen ist es auch möglich, solche Materialien wie elektrisch leitende Verbindungs- beziehungsweise Bondingmaterialien oder leitendes Gummi zu verwenden. In diesem Fall kann, wie bei dem erläuternden Beispiel 22, das Auftreten einer durch die Befestigung der Vorrichtung hervorgerufenen Belastung auf den optischen Signalanschluss verhindert werden.
  • Erläuterndes Beispiel 25
  • 57 ist ein schematischer Grundriss, der ein fünfundzwanzigstes erläuterndes Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. 58 ist eine schematische vergrößerte Perspektivansicht, welche einen Teil der 57 zeigt. Der optische Signalwellenleiter 62a des optischen Wellenleiterschaltkreises umfasst einen Wellenleitereingangs-/-ausgangsteil IO, einen runden Wellenleiterteil R und einen Richtkoppler C um beide Wellenleiter, die als Ganzes einen „Ringresonanzschaltkreis" bilden, optisch miteinander zu verbinden. Ein Halbleiterverstärker ist als die funktionale Opto-Vorrichtung 100 in den Verlauf des runden Wellenleiterteiles R eingebaut, wobei der Signaleinschluss 100a dieser Vorrichtung und der optische Signalwellenleiter optisch miteinander verbunden sind. Die optische hybridintegrierte Schaltung funktioniert als Ganzes als „Ringlaser".
  • Wenn versucht wird, den optischen Halbleiterverstärker 100 gemäß dem vorliegenden erläuternden Beispiel durch aktive Ausrichtung unter Verwendung des optischen Signalwellenleiters und des Signalanschlusses in den optischen Wellenleiter zu integrieren, ist die verwendbare optische Frequenz des Überwachungslichtes begrenzt, weil der Ringresonanzschaltkreis gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine scharfe Selektivität für die optische Frequenz aufweist. Um diese Begrenzung beziehungsweise Beschränkung der Frequenz des Überwachungslichtes deutlich zu entspannen beziehungsweise deutlich zu entschärfen, werden bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel der optische Überwachungswellenleiter 92b und der Überwachungsanschluss 100b individuell beziehungsweise separat in dem optischen Wellenleiterschaltkreis und dem optischen Halbleiterverstärker vorgesehen und die Kerneinstellung wird unter Verwendung dieser Vorrichtungen durchgeführt. Das heißt, der optische Überwachungswellenleiter 92b ist außerhalb des runden Wellenleiters R des optischen Wellenleiterschaltkreises angeordnet und der Überwachungsanschluss 100b ist neben beziehungsweise in Juxtaposition zu dem Signalanschluss 100a des Halbleiterverstärkers angeordnet. Deshalb, weil der optische Überwachungswellenleiter ohne Wellenlängeselektivität verwendet werden kann, ist bei der Befestigung des Halbleiterverstärkers die Begrenzung der Frequenz des Überwachungslichtes deutlich entschärft beziehungsweise entspannt.
  • Insbesondere ist bei der in 58 gezeigten Struktur des Befestigungsbereiches für die Opto-Vorrichtung des optischen Wellenleiters eine belastungsarme Montage der Vorrichtung unter Verwendung von dicken Lötfilmen oder eines elektrisch leitenden Verbindungs- beziehungsweise Bondingmaterials möglich, wenn die Höhenbezugsoberfläche 10 und die untere Oberfläche der elektrischen Leitungsführung 95 in zwei Schichten ausgebildet sind, wie dies im Detail bei dem erläuternden Beispiel 22 beschrieben wurde.
  • Erläuterndes Beispiel 26
  • 59 ist ein schematischer Grundriss, der den Aufbau eines sechsundzwanzigsten erläuternden Beispiels der hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegenden erläuternde Beispiel zielt darauf ab, dass eine Vielzahl von in Reihe angeordneten funktionalen Opto-Vorrichtungen in dem optischern Wellenleiterschaltkreis montiert sind. In 59 bezeichnet die Bezugszahl 100 ein Halbleiterlaser-Feld als eine erste funktionale Opto-Vorrichtung und 101 ist ein Halbleitermodulator-Feld beziehungsweise -Array als eine zweite funktionale Opto-Vorrichtung. Dies ist ein Aufbau, bei dem ein Stärkenmodulationsschaltkreis vom Typ eines Mach-Zehnder-Interferenzschaltkreises angeordnet ist. Bei diesem optischen Wellenleiterschaltkreis wird das von dem Halbleiterlaser-Feld 100 ausgegebene optische Signal in ein erstes optisches Signalwellenleiterfeld 220a übertragen, durch das Modulatorfeld 101 moduliert und durch ein zweites optisches Signalwellenleiterfeld 221a an die Oberfläche des Substrates übertragen.
  • Diese optische hybridintegrierte Schaltung funktioniert als ein „Halbleiterlaser-Modul mit einem externen Modulator", bei dem der optische Ausgang des Halbleiterlaser durch das Modulatorfeld moduliert wird.
  • Bei diesem Aufbau ist der optische Signalwellenleiter in zwei Bereiche aufgeteilt, um die zweite funktionale Opto-Vorrichtung 101 zu befestigen, und die aktive Ausrichtung ist bei Verwendung des Wellenleiters schwierig. Weiterhin ist eine Einstellung des Kerns bei der Verwendung des optischen Signalwellenleiters 221a schwierig, wenn der Signalanschluss des Modulatorfeldes 101 kein Licht passieren lässt, wenn er nicht angeregt ist.
  • Dann sind bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel auf dem optischen Wellenleiterschaltkreis vorgesehen ein optischer Überwachungswellenleiter 220b, welcher die erste funktionale Opto-Vorrichtung 100 und ein Ende des optischen Wellenleiterschaltkreissubstrates miteinander verbindet, und ein optischer Überwachungswellenleiter 221b, welcher die zweite funktionale Opto-Vorrichtung 101 und das Substratende miteinander verbindet.
  • Andererseits ist auf dem Halbleiterlaser 100 ein Überwachungsanschluss 100b vorgesehen, wobei der Anschluss 100b, wie auch der Signalanschluss 100a, als Halbleiterlaser fungiert. Ein Anschluss, der als ein Halbleiterlaser fungiert, kann auch als eine Lichtempfangsvorrichtung fungieren. Ein Überwachungsanschluss 101b ist in dem Modulatorfeld 101 vorgesehen, wobei der Anschluss 101b als eine Lichtempfangsvorrichtung fungiert.
  • Bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel hat der Befestigungsbereich für die Opto-Vorrichtung dieselbe Struktur beziehungsweise denselben Aufbau wie in dem erläuternden Beispiel 22.
  • Die 60A und 60B sind Querschnittsansichten des in 59 gezeigten Schaltkreises, wobei die 60A eine Querschnittsansicht entlang der Linie Xa-Xa' ist, welche eine Halbleiterlaser-Befestigungskonfiguration zeigt, und wobei 60B eine Querschnittsansicht entlang der Linie Xb-Xb' ist, welche eine Befestigungskonfiguration für das Modulationsfeld zeigt.
  • Mit diesem Aufbau beziehungsweise dieser Konstruktion ist es möglich, dass Überwachungslicht in den optischen Überwachungswellenleiter 220b eingegeben wird und dass der das empfangende Licht repräsentierende Strom überwacht wird, um eine aktive Ausrichtung des Halbleiterlasers 100 zu erreichen. Auf ganz ähnliche Weise wird eine Ausrichtung des Modulatorfeldes 101 durch die Verwendung des optischen Überwachungswellenleiters 221b erreicht.
  • Weiterhin ist die Anwendung auf Halbleitervorrichtungen beschränkt, weil die Anordnung des optischen Überwachungswellenleiters bei der vorliegenden Erfindung auf der Annahme basiert, dass der Überwachungsanschluss der funktionalen Opto-Vorrichtung eine Lichtempfangsfunktion besitzt.
  • Erläuterndes Beispiel 27
  • 61 ist ein schematischer Grundriss, welcher den Aufbau eines siebenundzwanzigsten erläuternden Beispiels der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegenden erläuternde Beispiel hebt hervor, dass anders als anders als in dem in 59 gezeigten erläuternden Beispiel 26, die zweites funktionale Opto-Vorrichtung, das heißt der Überwachungswellenleiter 221b, der zu dem Modulatorfeld 101 führt, mit der ersten funktionalen Opto-Vorrichtung verbunden ist, das heißt zwischen dem Halbleiterlaser 100 und dem Modulatorfeld 101 angeordnet ist. Weil die anderen Komponenten mit denen in dem erläuternden Beispiel 26 identisch sind, werden ähnliche Komponenten mit ähnlichen Bezugszahlen bezeichnet und detaillierte diesbezügliche Beschreibungen weggelassen. Das heißt, der optische Überwachungswellenleiter 221b, der zu dem Modulator 101 führt, ist mit dem optischen Überwachungswellenleiter 220b unmittelbar vor dem Halbleiterlaser 100 verbunden und an den Überwachungsanschluss 100b des Halbleiterlaser 40 angeschlossen.
  • Mit diesem Aufbau wird die Montage der Opto-Vorrichtung bei Anwendung des folgenden Verfahrens möglich. Zuerst wird eine aktive Ausrichtung vorgenommen unter Verwendung des optischen Überwachungswellenleiters 220b. In diesem Fall kann der Halbleiterlaser dazu veranlasst werden, Licht auszusenden oder es kann die Lichtempfangsfunktion verwendet werden. Nach Abschluss der Befestigung der Vorrichtung wird eine Ausrichtung des Modulatorfeldes 101 unter Verwendung des optischen Überwachungswellenleiters 221b vorgenommen. In diesem Fall, bei dem der Halbleiterlaser-Überwachungsanschluss 100b dazu veranlasst wird, Licht auszusenden, fungiert der Überwachungsanschluss 101 als eine Lichtempfangsvorrichtung, wobei der Strom, der das empfangene Licht repräsentiert, überwacht wird.
  • Die Merkmale dieses Verfahrens bestehen darin, dass bei der Ausrichtung der ersten funktionalen Opto-Vorrichtung der optische Wellenleiter mit dem optischen Überwachungswellenleiter verbunden wird und dass Überwachungslicht ein- oder ausgegeben werden muss. Jedoch ist, weil der optische Überwachungswellenleiter für eine Verbindung der funktionalen Opto-Vorrichtungen untereinander zur Verfügung steht, die Verbindung der Fasern bei der Ausrichtung der zweiten funktionalen Opto-Vorrichtung entbehrlich, wodurch die Ausrichtungsarbeit vereinfacht wird.
  • Erläuterndes Beispiel 28
  • 62 ist ein schematischer Grundriss eines achtundzwanzigsten erläuternden Beispiels der optischen hybridintegrierten Schaltung. Die 63A und 63B sind Grundrisse zum Erklären des Verfahrens der Ausrichtung der auf dem in 62 gezeigten Schaltkreis zu montierenden funktionalen Opto-Vorrichtung, wobei 63A die Einstellung des Kerns und die Befestigung des Halbleiterlaser-Feldes und 63B die Einstellung des Kerns und die Befestigung des Modulatorfeldes zeigen.
  • Das vorliegende erläuternde Beispiel hebt hervor, dass anders als in dem erläuternden Beispiel 27, bei dem der optische Überwachungswellenleiter zu dem Modulator 101 führt, zusätzlich zu dem Wellenleiter, der mit dem Halbleiterlaser verbunden ist, ein Wellenleiter vorgesehen ist, der an das Ende des optischen Wellenleiterschaltkreissubstrates angeschlossen ist.
  • Bei diesem Aufbau sind die Mittel beziehungsweise ist der Bedarf an Mitteln zur Überwachung der Ausrichtung an den Modulator 101 gestiegen, wodurch als Ergebnis auch eine Ausrichtung an eine funktionale Opto-Vorrichtung mit einem anderen Material als den Halbleitervorrichtungen möglich ist. Das Verfahren der Ausrichtung bei dieser Konstruktion wird nachfolgend beschrieben.
  • Die Ausrichtung einer optisch integrierten Schaltung mit diesem Aufbau wird unter Bezugnahme auf die 63A und 63B beschrieben. Zuerst wird Überwachungslicht zu dem optischen Überwachungswellenleiter 220b übertragen und während die optische Ankopplung mit dem Überwachungsanschluss 100b des Halbleiterlaser-Feldes 100 überwacht wird, erfolgt eine Ausrichtung des optischen Signalwellenleiters 220a und des optischen Signalanschlusses 100a und eine Fixierung des Halbleiterlaser-Feldes 100. Danach kann eine Einstellung des Kerns und eine Fixierung des Modulatorfeldes bzw. -Arrays unter Verwendung des optischen Überwachungswellenleiters 221b und des Überwachungsanschlusses 101b erfolgen. Als ein Verfahren zur Überwachung wird in diesem Fall der Überwachungsanschluss 101b als passiver Wellenleiter verwendet, wobei in den optischen Überwachungswellenleiter 221b einfallendes Überwachungslicht an den Überwachungsanschluss 101b übertragen wird, und wonach es schließlich in den Überwachungsanschluss 100b des großen Halbleiterlasers 100 einfällt. Zu dieser Zeit kann der Überwachungsanschluss 100b des Halbleiterlasers 100 als eine Lichtempfangsvorrichtung fungieren, um eine Position herauszufinden, bei welcher der das empfangende Licht repräsentierende Strom ein Maximum aufweist. Weiterhin beziehungsweise danach wird die Übertragungsrichtung des Lichtes umgekehrt, wobei der Überwachungsanschluss 100b der Halbleiterlaser 100 dazu veranlasst wird, Licht auszusenden, und wobei dann beziehungsweise zu dieser Zeit das von dem optischen Überwachungswellenleiter 221b ausgegebene Licht überwacht werden kann.
  • Weil der Überwachungsanschluss des Modulatorfeldes als ein passiver Wellenleiter verwendet werden kann, kann dieses Verfahren auch natürlich dann angewendet werden, wenn die funktionale Opto-Vorrichtung 101, wie bei dem vorliegenden erläuternden Beispiel, aus einem Halbleitermaterial ausgebildet ist und auch sogar dann, wenn andere Opto-Vorrichtungen, bei denen es sich nicht um Halbleiter handelt, wie zum Beispiel elektro-optische Kristalle, wie LiNbO3, oder magneto-optische Kristalle verwendet werden.
  • Wie oben im Rahmen des vorliegenden erläuternden Beispiels beschrieben, ist es bei einer Hybridintegration einer Vielzahl von funktionalen Opto-Vorrichtungen möglich, eine Vielzahl von Vorrichtungen in Reihe mit dem optischen Wellenleiterschaltkreis zu montieren, weil optische Überwachungswellenleiter entsprechend den beziehungsweise für die einzelnen Vorrichtungen vorgesehen sind.
  • Erläuterndes Beispiel 29
  • 64 ist ein schematischer Grundriss, welcher ein neunundzwanzigstes erläuterndes Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegende erläuternde Beispiel hebt hervor, dass eine Vielzahl von Überwachungswellenleitern 92b und 92c oder Überwachungsanschlüssen 100b und 100c als optischer Überwachungswellenleiter des optischen Wellenleiterschaltkreises oder als Überwachungsanschluss der funktionalen Opto-Vorrichtung vorgesehen sind.
  • Wie in 64 gezeigt, sind die Überwachungsanschlüsse 100b und 100c der funktionalen Opto-Vorrichtung mit derselben Breite ausgebildet, wobei die Breite des optischen Überwachungswellenleiters 92b des optischen Wellenleiterschaltkreises gleich eingestellt ist wie (die Breite des) optischen Signalwellenleiters 92a und wobei der optische Überwachungswellenleiter 92c bezüglich der Wellenleiterbreite breiter ist als der optische Überwachungswellenleiter 92b.
  • Bei diesem Aufbau ist nach einer groben Einstellung des Kerns mit Hilfe des optischen Überwachungswellenleiters 92c und des Überwachungsanschlusses 100c eine Feineinstellung möglich durch die Verwendung des optischen Überwachungswellenleiters 92b und des Überwachungsanschlusses 100b. Durch diese zweistufige Kerneinstellung ist es möglich, die für die aktive Ausrichtung erforderliche Zeit zu verringern.
  • Erläuterndes Beispiel 30
  • 65 ist ein schematischer Grundriss, der ein dreißigstes erläuterndes Beispiel der optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegende erläuternde Beispiel stellt heraus, dass, im Gegensatz zu dem vorherigen erläuternden Beispiel 29, der Überwachungsanschluss der funktionalen Opto-Vorrichtung bezüglich seiner Breite gleich eingestellt wird wie der Signalanschluss, um den Überwachungsanschluss 100c breiter als den Signalanschluss einzustellen.
  • Mit dieser Konstruktion ist es ebenfalls möglich, die für die durch die zweistufige Kerneinstellung in Form von grober Einstellung und feiner Einstellung bewirkte aktive Ausrichtung erforderliche Zeit zu verringern.
  • Wie oben beschrieben, ist bei der optischen hybridintegrierten Schaltung gemäß dem vorliegenden erläuternden Beispiel der optische Überwachungswellenleiter zusammen mit dem optischen Signalwellenleiter in dem optischen Wellenleiterschaltkreis vorgesehen, die funktionale Opto-Vorrichtung mit einem Überwachungsanschluss und einem Signalanschluss entsprechend der Anordnung des Wellenleiters bei dem optischen Wellenleiterschaltkreis vorgesehen, sind der optische Überwachungswellenleiter des optischen Wellenleiterschaltkreises und der Überwachungsanschluss der funktionalen Opto-Vorrichtung optisch miteinander verbunden und sind gleichzeitig der optische Signalwellenleiter und der Signalanschluss optisch miteinander verbunden und die funktionale Opto-Vorrichtung kann in beziehungsweise auf dem Befestigungsbereich für die Opto-Vorrichtung auf dem optischen Wellenleiterschaltkreis angeordnet sein.
  • Deshalb weist der optische Signalwellenleiterteil bzw. -bereich eine Wellenlängenselektivität beziehungsweise eine Selektivität für die optische Frequenz und ähnliches auf oder der Signalanschluss der funktionale Opto-Vorrichtung weist verschiedene Funktionen auf und selbst wenn die aktive Ausrichtung unter Verwendung des optischen Signalwellenleiters und des Signalanschlusses schwierig ist, ist dennoch eine aktive Ausrichtung durch die Verwendung des optischen Überwachungswellenleiters und des Überwachungsanschlusses möglich.
  • Weiterhin ist der Befestigungsbereich für die Opto-Vorrichtung versehen mit der Höhenbezugsoberfläche, ausgebildet mit einer Dünnfilmelektrode auf Oberfläche, und mit der elektrischen Leitungsführungsoberfläche, die eine geringere Höhe hat. Die Höhenbezugsoberfläche ist an einer Position angeordnet, die dem optischen Überwachungswellenleiter entspricht und die elektrische Leitungsführungsoberfläche ist an einer Position angeordnet, die dem optischen Signalwellenleiter entspricht; durch die Befestigung der funktionalen Opto-Vorrichtung auf dem Substrat ist es möglich, eine aktive Ausrichtung der funktionalen Opto-Vorrichtung mit dem optischen Wellenleiter durchzuführen und bei der Befestigung der Vorrichtung einen dicken Lötmittelfilm wie eine Lötmittelperle beziehungsweise einen bump zu verwenden. Das Einwirken einer Belastung aufgrund der Befestigung der Vorrichtung auf den Signalanschluss kann deshalb verhindert werden, weil mit der funktionalen Opto-Vorrichtung eine große Präzision bei der Positionierung des optischen Wellenleiters erreicht wird und weil die obere Oberfläche des Signalanschlusses der funktionalen Opto-Vorrichtung nicht in direktem Kontakt mit dem Substrat steht.
  • Weiterhin werden, wenn als Substrat ein Substrat mit Vorsprung und mit Bezugsoberfläche und als optischer Wellenleiterschaltkreis ein dielektrischer optischer Wellenleiter verwendet wird, sowohl die Genauigkeit bei der Einstellung der Höhe der Höhenbezugsoberfläche des Befestigungsbereiches für die Opto-Vorrichtung wie auch die Hochfrequenzeigenschaften deutlich verbessert.
  • Wenn, als das oben erwähnte Substrat, ein Silizium-Substrat mit ausgezeichneter Wärmeleitfähigkeit verwendet wird, dann wird zusätzlich zu dem oben genannten Vorteil auch die Wärmeableitung für die funktionale Opto-Vorrichtung deutlich verbessert.
  • Weiterhin ist es möglich, eine Vielzahl von funktionalen optischen Einrichtungen in einer Linie beziehungsweise in Reihe geschaltet in dem optische Wellenleiter anzubringen, wenn der optische Überwachungswellenleiter auf dem optischen Wellenleiterschaltkreis an einer Position zwischen den funktionalen Opto-Vorrichtungen angeordnet ist und, wenn gewünscht, zusätzlich an einer Position zwischen der funktionalen Opto-Vorrichtung und dem optischen Wellenleiterschaltkreis. Es ist ebenfalls möglich, eine hybridintegrierte Schaltung mit funktionalen Opto-Vorrichtungen auszubilden, bei denen es sich natürlich um viele Arten von Materialien, inklusive Halbleitermaterialien, handelt.
  • Ausführungsbeispiel 1 eines optischen Untermoduls
  • Die 66 und 67 zeigen den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels eines optischen Untermoduls, das auf der optischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist, wobei die 66 eine schematische Perspektivansicht ist, welche den Aufbau einer Opto-Vorrichtung 301 und eines Trägers 302 zeigt, die beide Komponenten des optischen Untermoduls gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind und wobei 67 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' in 66 ist.
  • Die Opto-Vorrichtung 301 ist ein feldmäßig angeordneter optischer Halbleiterverstärker und die Bezugszahl 311 bezeichnet dessen aktive Schicht, wobei die aktive Schicht 311 aus vier Feldern bzw. Arrays gebildet ist, die bei beziehungsweise aus 4001 Intervallen gebildet sind und wobei die aktiven Schichten 311 6 μm von einer Oberfläche der Opto-Vorrichtung entfernt liegen beziehungsweise getrennt sind. Eine aktive-Schicht-Seiten-Elektrode auf der aktiven Schicht 313a ist auf jeder der aktiven Schichten 311 ausgebildet und eine Grundseitenelektrode 313b ist auf der Rückseite, entgegengesetzt zu der Oberfläche 312 der Opto-Vorrichtung, ausgebildet. Die Bezugszahl 314 bezeichnet eine Höhenbezugsoberfläche der Opto-Vorrichtung, wobei die Oberfläche an einer Position von 3 μm auf die Rückseite der aktiven Schicht 311 hin orientiert vorgesehen ist, das heißt 9 μm tiefer als die Oberfläche 312 der Opto-Vorrichtung. Die Bezugszahl 315 bezeichnet eine Bezugsoberfläche der Opto-Vorrichtung in lateraler Richtung, wobei diese Oberfläche senkrecht zu der Oberfläche 312 der Opto-Vorrichtung und zu der Höhenbezugsoberfläche 314 der Opto-Vorrichtung ausgebildet ist. Die Position der Bezugsoberfläche 315 liegt 400 μm entfernt von beiden Enden der äußeren der aktiven Schicht 311 der vier aktiven Schichten 311. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Bezugsoberflächen 315 der Opto-Vorrichtung in lateraler Richtung auf der rechten und linken Seite ausgebildet, jedoch kann deren Funktion nur durch eine Seite in ausreichendem Maße erzielt werden.
  • Der Träger wird, wie in 66 gezeigt, durch drei auf der Oberfläche des Silizium-Substrat vorgesehene Stufen ausgebildet. Bei dem Vorsprung 321 des Trägers handelt es sich um eine „Opto-Vorrichtung-Halteoberfläche 321a" zum Halten der Opto-Vorrichtung-Höhenbezugsoberfläche 314 der Opto-Vorrichtung 301, wobei die Oberfläche auch als eine „Trägerhöhenbezugsoberfläche 321b" dient, bei der es sich um eine Bezugsoberfläche handelt, wenn eine Befestigung auf dem bestückten Substrat durchgeführt wird. Das heißt, im allgemeinen sind die „Halteoberfläche für die Opto-Vorrichtung" und die „Höhenbezugsoberfläche für den Träger" separat als Oberflächen mit jeweils unterschiedlichen Höhen ausgebildet, jedoch bilden sie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dieselbe Oberfläche. Ein Bereich 325, der von dem Trägervorsprung 321 umgeben ist, wird dadurch ausgebildet, dass eine 15 μm große Stufe ausgehend von dem Trägervorsprung 321 vorgesehen wird. Eine elektrische Leitungsführung 324 für den Träger umfasst 2 μm dickes Gold beziehungsweise eine entsprechend dicke Goldschicht und ist auf der Oberfläche des Bereiches 325 ausgebildet. Eine Lötmittelstruktur 326 ist an der Spitze vorgesehen. Die Region 325 dient als Anschlussleitung beziehungsweise Elektrodenanschlussleitung für die Elektrode 313a an der Seite der aktiven Schicht der Opto-Vorrichtung 301. Ein peripherer Bereich 323 wird dadurch ausgebildet, dass eine 40 μm große Stufe, ausgehend von dem Trägervorsprung 321, bereitgestellt wird und beziehungsweise wobei die elektrische Leitungsführung 324 des Trägers auch auf dessen Oberfläche durchgehend ausgebildet ist. Dieser Bereich 323 dient einer elektrischen Verbindung mit der elektrischen Leitungsführung an der Seite des bestückten optischen Substrats.
  • Der Träger 302 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von Stufen wurde durch wiederholtes anisotropes Ätzen des Silizium-Substrates gebildet. Das heißt, zuerst wurde der Vorsprung 321 des Silizium-Substrates und dann die Stufen des Bereiches 325 gebildet. Wenn diese Stufen durch anisotropes Ätzen ausgebildet werden, sind die Seitenoberflächen zwischen den Stufen nicht vertikal, sondern es kann sich zwischen den Stufen des Bereiches 325 und des Bereiches 323 ein Winkel von ungefähr 55° ergeben, ohne dass die elektrische Leitungsführung 324 durchtrennt beziehungsweise durchschnitten wird.
  • Die 67 ist ein schematischer Querschnitt entlang der Linie A-A' in 66, wobei der Querschnitt ein optisches Untermodul zeigt, wenn der Halbleiterverstärker 301 auf dem Träger 302 befestigt ist. Die Opto-Vorrichtungs-Höhenbezugsoberfläche 314 des Halbleiterverstärkers 301 ist mit der Trägerhalteoberfläche 321 des Trägers 302 kontaktiert. Unter dieser Bedingung werden die Elektrode 313a an der Seite der aktiven Schicht der Opto-Vorrichtung und die in dem Bereich 325 des Trägers bereitgestellte elektrische Leitungsführung 324 des Trägers miteinander dadurch verbunden, dass der Träger 302 erhitzt wird, um auf diese Weise ein Aufschmelzen des Lötmittels 326 zu erreichen. Weil die Stufen zwischen den einzelnen Trägerbereichen und die Stufe zwischen der Höhenbezugsoberfläche der Opto-Vorrichtung und der aktiven Schicht wie oben eingestellt sind, liegt die aktive Schicht 3 μm über der Höhenbezugsoberfläche 321b (Trägerhalteoberfläche) des Trägers.
  • Mit der als optisches Untermodul ausgebildeten Opto-Vorrichtung ist es einfach, bereits im vorhinein die Eigenschaften der Opto-Vorrichtung zu überprüfen. Das heißt, weil die Elektrode 312a an der Seite der aktiven Schicht der Opto-Vorrichtung bereits mit der elektrischen Leitungsführung 324 des Trägers verbunden ist, kann eine Prüfung ohne eine direkte Verbindung mit der Oberfläche der Opto-Vorrichtung ausgeführt werden.
  • Ausführungsbeispiel 2 eines optischen Untermoduls
  • 68 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche ein zweites Ausführungsbeispiel eines optischen Untermoduls zeigt, das auf der optischen hybridintegrierten Schaltung befestigt werden kann.
  • In dem optischen Untermodul kann der Abstand zwischen der aktiven Schicht der Opto-Vorrichtung und der Trägerbezugsoberfläche immer zu einem Wert vereinheitlicht werden, und zwar selbst dann, wenn Opto-Vorrichtungen mit unterschiedlichen Abmessungen verwendet werden. Bei dem vorherigen Ausführungsbeispiel 1 eines optischen Untermoduls betrug die Stufe zwischen der Höhenbezugsoberfläche 314 der Opto-Vorrichtung und der aktiven Schicht 311 3 μm, aber bei Unterstellung eines Falles, bei dem eine Opto-Vorrichtung montiert wird, bei welcher die Stufe 5 μm beträgt. In diesem Fall kann, wie in 68 gezeigt, eine 2 μm Stufe zwischen der Opto-Vorrichtungs-Halteoberfläche 321a des Trägers 302 und der Höhenbezugsoberfläche 321b des Trägers vorgesehen werden.
  • Ausführungsbeispiel 3 eines optischen Untermoduls
  • 69 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche ein drittes Ausführungsbeispiel eines optischen Untermoduls zeigt, das auf der optischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist. Selbst wenn als Höhenbezugsoberfläche 314 für die Opto-Vorrichtung die Oberfläche 312 der Opto-Vorrichtung bei einer Höhe von 6 μm ausgehend von der aktiven Schicht 311 verwendet wird, wie dies in 69 gezeigt ist, dann kann die Höhenbezugsoberfläche 314 des Trägers 302 für die Opto-Vorrichtung 9 μm höher als die Höhenbezugsoberfläche 321a für den Träger eingestellt werden.
  • Durch Einstellen der Größe wie in dem Ausführungsbeispiel 1 oder 2 eines optischen Untermoduls, kann die Stufe zwischen der Höhenbezugsoberfläche des Trägers und der aktiven Schicht auf 3 μm wie bei dem in 67 gezeigten Ausführungsbeispiel 1 eines optischen Untermoduls eingestellt werden.
  • Ausführungsbeispiel 1 einer optischen hybridintegrierten Schaltung
  • 70 ist eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung, welche den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels der optischen hybridintegrierten Schaltung bei Verwendung des in den 66 und 67 gezeigten Ausführungsbeispiels 1 eines optischen Untermoduls zeigt. Die Bezugszahl 304 bezeichnet ein bestücktes optisches Substrat, bei dem ein optischer Wellenleiterteil 342, eine elektrische Leitungsführung 346 als eine elektrische Leitungsführung für das Substrat und ein Befestigungsbereich 348 für die Opto-Vorrichtung auf einem Silizium-Substrat 341 mit einer Stufe ausgebildet sind.
  • Der Teil 342 des optischen Wellenleiters ist in einer Aussparung beziehungsweise auf einer Bezugsoberfläche des Silizium-Substrates ausgebildet, wobei es sich bei dem optischen Wellenleiter um einen dreischichtigen, eingebetteten, auf Siliziumdioxid basierenden optischen Wellenleiter mit einer Unterumhüllung 342a (30 μm dick), mit einem Kern 342b (6 μm dick × 6 μm breit) und mit einer Überumhüllung 342c (30 μm dick) handelt.
  • Die elektrische Leitungsführung 346 des Substrates, die eine koplanare Struktur mit einem Mittenleiter 346a und einem Masseleiter 346b verwendet, so dass ein Hochfrequenzbetrieb möglich ist, ist auf der Oberfläche der Überumhüllung 342c ausgebildet. Diese Leitungsführung wird durch Positionierung und Paternierung beziehungsweise Beschichtung mit Gold (6 μm dick) realisiert, nachdem die Überumhüllung ausgebildet ist. Diese Leitungsführungsschicht hat eine ausreichende Dicke (66 μm) und ist auf Siliziumdioxidglas mit einer kleinen Dielektrizitätskonstanten und deshalb mit guten elektrischen Eigenschaften ausgebildet. Weiterhin ist an der Spitze des Mittenleiters 346a in der elektrische Leitungsführung 346 des Substrates eine Lötmittelstruktur 327 aufgebracht und – für eine elektrische Verbindung mit dem optischen Untermodul – beschichtet.
  • Der Befestigungsbereich 342 für die Opto-Vorrichtung ist in einem Bereich ausgebildet, der den Siliziumvorsprung 343 umfasst. Die Höhe der Oberfläche des Siliziumvorsprungs 343 ist mit der Höhe der oberen Oberfläche der Unterumhüllung 342a des optischen Wellenleiters ausgerichtet, die als Höhenbezugsoberfläche (nachfolgend als Höhenbezugsoberfläche 343 des Substrates bezeichnet) dient, wenn das optische Untermodul befestigt wird. Das heißt, die Höhe ausgehend von der Höhenbezugsoberfläche 343 des Substrates bis hin zur Mitte des Kerns 342b des optischen Wellenleiters beträgt 3 μm, was der Höhe ausgehend von der Höhenbezugsoberfläche 321b des Trägers bis zu der aktiven Schicht 311 des Ausführungsbeispiels 1 eines optischen Untermoduls entspricht. Der Bereich der Siliziumbezugsoberfläche ist, anders als die Höhenbezugsoberfläche 343 des Substrates, eine Nut 349 zum Einfügen einer Opto-Vorrichtung, wobei die Nut eine Tiefe von ungefähr 110 μm ausgehend von der Höhenbezugsoberfläche 343 des Substrates aufweist. Auf der Bodenoberfläche beziehungsweise der Oberfläche am Boden der Nut 349 ist die elektrische Masseleitungsschicht 347 aus 2 μm dickem Gold gleichzeitig mit der elektrischen Leitungsführung 346 des Substrates auf der Überumhüllung 342c ausgebildet. Weil der elektrische Masseleitungsführungsbereich 347 keine feine Paternierung beziehungsweise Beschichtung erfordert, kann dieser einfach am Boden einer solchen tiefen Nut ausgebildet werden. Ein herausnehmbarer Teil 349a der Leitungsführung ist an einem Ende des Bodens der Nut 349a vorgesehen und der Teil 347 der elektrischen Masseleitungsführung und der Masseleiter 346b des bestückten optischen Substrates 304 sind über eine Leitung 345 miteinander verbunden.
  • Weil bei dem bestückten optischen Substrat 304 des vorliegenden Ausführungsbeispiels die elektrische Leitungsführung des Substrats zum Herausnehmen der Elektrode 313a an der Seite der aktiven Schicht 311 der Opto-Vorrichtung auf der Oberfläche des optischen Wellenleiters ausgebildet werden kann, kann eine relativ feine elektrische Leitungsstruktur selbst dann einfach ausgebildet werden, wenn die feldmäßig angeordnete Opto-Vorrichtung 301 in den Verlauf des optischen Wellenleiters eingefügt ist, wie oben beschrieben wurde. Bei Befestigung der Opto-Vorrichtung, wie aus dem Stand der Technik bekannt, in umgekehrter Weise beziehungsweise auf dem Kopf stehend, musste die elektrische Leitungsführung des Substrates, auf der Bodenoberfläche beziehungsweise auf der Oberfläche des Bodens des gestuften Substrates ausgebildet werden, was schwierig war.
  • Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung einer optischen hybridintegrierten Schaltung durch Befestigung des optischen Untermoduls mit der Opto-Vorrichtung 301 und dem Träger 302 auf dem bestückten optischen Substrat 304 unter Bezugnahme auf die 70, 71 und 72 beschrieben. 71 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B' in 70 und 72 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C' in 70.
  • Bezugnehmend auf die 70 und 71 kann die Positionierung der aktiven Schicht 311 der Opto-Vorrichtung in Höhenrichtung beziehungsweise in vertikaler Richtung in Bezug auf den Kern 342b des optischen Wellenleiters dadurch abgeschlossen werden, dass die Höhenbezugsoberfläche 321 des Trägers des optischen Untermoduls mit der Höhenbezugsoberfläche 343 (des Substrates) des bestückten optischen Substrates verbunden wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde eine optimale Position in Bezug auf die laterale Richtung (Ebenenrichtung des Silizium-Substrates und die Richtung senkrecht zu dem optischen Wellenleiter) eingestellt, während die optische Verbindungsrate des optischen Wellenleiters mit der Opto-Vorrichtung überwacht wurde. Nach Abschluss der Positionierung wurde ein elektrisch leitendes Verbindungsmaterial auf die Oberfläche am Boden der zum Einfügen der Opto-Vorrichtung vorgesehenen Nut 349 des bestückten optischen Substrats fallengelassen beziehungsweise aufgebracht, um das optische Untermodul und das bestückte optische Substrat zu fixieren.
  • Schließlich wird, wie in 72 gezeigt, am Ende der elektrischem Leitungsführung des Substrates Lötmittel 327 auf dem bestückten optischen Substrat für eine Aufschmelzlötung bereitgestellt, um eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Leitungsführung des optischen Untermoduls und der elektrischen Leitungsführung des Substrates 304 zu erreichen und um auf diese Weise die Herstellung der optischen hybridintegrierten Schaltung abzuschließen.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Aufschmelzlötung durch Erhitzen des gesamten Substrates erzielt, alternativ ist dies jedoch auch durch eine lokale Erhitzung der Verbindung möglich.
  • Bei der aus dem Stand der Technik bekannten umgekehrten Bestückung beziehungsweise bei der Überkopfkonfiguration der Opto-Vorrichtung müssen die Befestigung der Opto-Vorrichtung und die elektrische Leitungsführung gleichzeitig durchgeführt werden. Jedoch können bei dem Bestückungsprozess gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Verfahren zur Einstellung des Kerns des optischen Untermoduls mit dem bestückten optischen Substrat und der Vorgang der elektrischen Leitungsführung für beide separat voneinander durchgeführt werden, wie dies oben beschrieben wurde.
  • Weiterhin tendierend bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren für eine Opto-Vorrichtung mit einer Anzahl beziehungsweise Mehrzahl elektrischer Leitungsführungsanschlüsse elektrisch nicht angeschlossene Anschlüsse aufzutreten, was zu einer verminderten Ausbeute führt. Auf der anderen Seite kann erfindungsgemäß die elektrische Leitungsführung realisiert werden, nachdem die Opto-Vorrichtung fixiert wurde und kann die optische hybridintegrierte Schaltung mit einer Opto-Vorrichtung mit einer Anzahl beziehungsweise Mehrzahl von elektrischen Leitungsführungsanschlüssen hergestellt werden.
  • Weiterhin ist es bei dem optischen Untermodul und der optischen hybridintegrierten Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, die Abmessung in der Höhe beziehungsweise in Höhenrichtung verändern, selbst nicht bei einer Opto-Vorrichtung mit einer unterschiedlichen Höhenabmessung beziehungsweise mit einer unterschiedlichen Größe in Höhenrichtung. Durch eine angemessene Einstellung der Höhe zwischen den individuellen Bezugsoberflächen des optischen Untermoduls, wie in den 67 und 68 gezeigt, und durch eine Einstellung der Höhe zwischen den Bezugsoberflächen 321, 321a und 321b des Trägers und der aktiven Schicht 311 der Opto-Vorrichtung kann das bestückte optische Substrat gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel für jede beliebige Art von Opto-Vorrichtungen verwendet werden.
  • Wie oben beschrieben, können erfindungsgemäß die Schwierigkeiten bei 1) der Befestigung mehrerer Vorrichtungen unterschiedlichen Typs, 2) der Ausbildung der elektrischen Leitungsführung auf dem Substrat und 3) einer vorherigen Untersuchung der Opto-Vorrichtung, bei denen es sich um Schwierigkeiten mit der aus dem Stand der Technik bekannten umgekehrten Konfiguration der optischen hybridintegrierten Schaltung handelt, gleichzeitig eliminiert werden.
  • Ausführungsbeispiel 4 eines optischen Untermoduls
  • 73 ist eine schematische Perspektivansicht, welche den Aufbau eines vierten Ausführungsbeispiels eines optischen Untermoduls zeigt, welches auf einer erfindungsgemäßen optischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist. Unterschiede zwischen dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und dem Ausführungsbeispiel 1 eines optischen Untermoduls bestehen darin, dass die Bezugsoberfläche für eine Positionierung in lateraler Richtung bereitgestellt wird und dass eine Stufe zwischen dem Bereich 325 und dem Bereich 323 entfernt worden ist.
  • Wie in 73 gezeigt, handelt es sich bei der Opto-Vorrichtung 301 um einen feldmäßig angeordneten (arrayed) optischen Halbleiterspeicher, der mit demjenigen in Ausführungsbeispiel 1 eines optischen Untermoduls identisch ist und wobei viele Abmessungen dieselben sind. Bei dem Träger 302 gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 eines optischen Untermoduls sind die Oberfläche 321a zum Halten der Opto-Vorrichtung und die Höhenbezugsoberfläche 321b des Trägers auf derselben Oberfläche ohne Stufe ausgebildet und auf der inneren Oberfläche der Oberfläche 321a zum Halten der Opto-Vorrichtung ist eine in lateraler Richtung ausgebildete Bezugsoberfläche 322a zur Befestigung der Opto-Vorrichtung und zum Positionieren der Opto-Vorrichtung in lateraler Richtung ausgebildet. Durch die Befestigung der Opto-Vorrichtung 301 auf dem Träger 302 wird die Höhenbezugsoberfläche 314 der Opto-Vorrichtung mit der Oberfläche 322a zum Halten der Opto-Vorrichtung kontaktiert und wird die lateral ausgerichtete Bezugsoberfläche 315 der Opto-Vorrichtung mit der lateral ausgerichteten Bezugsoberfläche 322a zum Befestigen der Opto-Vorrichtung kontaktiert, wodurch eine relative Position zwischen dem Träger 302 und der Opto-Vorrichtung 301 definiert wird. Auf der äußeren Seitenoberfläche der Höhenbezugsoberfläche 321b des Trägers 302 ist eine lateral ausgerichtete Bezugsoberfläche 322b des Trägers ausgebildet und beziehungsweise wobei die lateral ausgerichtete Bezugsoberfläche 322b des Trägers und die lateral ausgerichtete Bezugsoberfläche 322a zum Befestigen der Opto-Vorrichtung um 300 μm zueinander beabstandet sind. Andere als die oben genannte Struktur und die oben genannten Abmessungen des Trägers 302 sind identisch mit jenen in Ausführungsbeispiel 1 eines optischen Untermoduls. Deshalb beträgt, wenn die Opto-Vorrichtung 301 auf dem Träger 302 montiert ist, der Abstand zwischen der aktiven Schicht 311 der Opto-Vorrichtung und der Höhenbezugsoberfläche 321b des Trägers 3 μm und der Abstand zwischen der aktiven Schicht 311 der Opto-Vorrichtung und der lateral ausgerichteten Bezugsoberfläche 322b des Trägers 700 μm.
  • Ausführungsbeispiel 2 einer optischen hybridintegrierten Schaltung
  • 74 ist eine schematische Querschnittsansicht, welche einen Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ausführungsbeispiel 4 eines optischen Untermoduls enthalten ist.
  • Das bestückte optische Substrat, welches das Ausführungsbeispiel 4 eines optischen Untermoduls trägt, ist bezüglich seiner Struktur dasselbe wie jenes in 70. Jedoch ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Abstand zwischen der Mitte des Kerns des optischen Wellenleiters und der Seitenwand 348b der Nut zum Einbau der Vorrichtung auf 700 μm eingestellt. Andere Abmessungen entsprechen denen in Ausführungsbeispiel 1 eines optischen Untermoduls.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, betreffend den Einbau des optischen Untermoduls wie in 74 gezeigt, wird die Positionierung der aktiven Schicht 311 der Opto-Vorrichtung in Bezug auf den Kern 342b des optischen Wellenleiters dadurch abgeschlossen, dass die Trägerhöhenbezugsoberfläche 321b des optischen Untermoduls die Substrathöhenbezugsoberfläche 343 des bestückten optischen Substrats kontaktiert und dass die lateral ausgerichtete Bezugsoberfläche 322b zum Befestigen des Trägers die Seitenwand 348b der Nut zum Einbau der Vorrichtung kontaktiert. Danach kann die optische hybridintegrierte Schaltung durch dasselbe Verfahren wie in Ausführungsbeispiel 1 eines optischen Untermoduls, gezeigt in den 70 bis 72, gefertigt werden.
  • Selbst bei unterschiedlichen Abmessungen der Opto-Vorrichtung können, wenn die auf dem Träger bereitgestellte individuelle Höhenbezugsoberfläche und die lateral ausgerichtete Bezugsoberfläche geeignet gewählt werden, die Abstände zwischen der aktiven Schicht 311 der Opto-Vorrichtung und der Höhenbezugsoberfläche 321b des Trägers und der lateral ausgerichteten Bezugsoberfläche 322a zur Befestigung des Trägers immer auf 3 μm und 700 μm eingestellt werden. Deshalb kann bei der vorliegenden Erfindung die optische hybridintegrierte Schaltung selbst dann ohne eine Veränderung der Abmessung des Befestigungsbereiches für die Opto-Vorrichtung des bestückten optischen Substrats ausgebildet werden, wenn die Abmessung der Opto-Vorrichtung verändert wird.
  • Zusätzlich können bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auch verschiedene der bei den obigen individuellen Ausführungsbeispielen erzielten Wirkungen erreicht werden.
  • Ausführungsbeispiel 5 eines optischen Untermoduls
  • 75 ist eine schematisch-perspektivische Explosionsdarstellung, welche den Aufbau eines fünften Ausführungsbeispiels eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer erfindungsgemäßen optischen hybridintegrierten Schaltung montiert werden kann. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein transparentes Siliziumdioxidglas als Material für den Träger 302 verwendet. Im Vergleich mit dem Träger von Ausführungsbeispiel 1 eines optischen Untermoduls bestehen strukturelle Unterschiede darin, dass eine Markierung 210 zur Positionierung der Opto-Vorrichtung auf dem Halteteil 321a für die Opto-Vorrichtung und eine Markierung 230 zur Positionierung des Trägers in dem Randbereich 323 vorgesehen sind. Weiterhin sind der Bereich 325 zur Entnahme der Elektrode der Opto-Vorrichtung und der Randbereich 323 auf die gleiche Höhe eingestellt. Die übrige Konstruktion ist dieselbe wie die Trägerstruktur des in 69 gezeigten Ausführungsbeispiels 3 eines optischen Untermoduls. Die Seitenoberfläche 312 mit der aktiven Schicht der Opto-Vorrichtung 301 ist eingestellt beziehungsweise ausgebildet als die Höhenbezugsoberfläche 314 der Opto-Vorrichtung, auf der eine Markierung (nicht gezeigt) entsprechend der Markierung 210 zum Positionieren der Opto-Vorrichtung ausgebildet ist.
  • Weil bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel transparentes Siliziumdioxidglas als Träger verwendet wird, können die auf der Opto-Vorrichtung und dem Träger ausgebildeten Markierungen bei der Montage der Opto-Vorrichtung 301 auf dem Träger 302 durch den transparenten Träger beobachtet werden. Dann werden die Höhenbezugsoberfläche 314 der Opto-Vorrichtung und die Oberfläche 321a zum Halten des Trägers miteinander verbunden und die Opto-Vorrichtung wird in der Weise eingebaut, dass die auf der Opto-Vorrichtung ausgebildete Markierung hinter der auf dem Träger vorhandenen Markierung zur Positionierung der Opto-Vorrichtung angeordnet ist beziehungsweise mit dieser ausgerichtet ist, wodurch eine exakte Positionierung in sowohl der Höhen- beziehungsweise vertikalen Richtung wie auch in lateraler Richtung erreicht wird.
  • Weiterhin können bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel 2 eines optischen Untermoduls, welches Silizium-Substrat als Träger 302 verwendet, wesentlich bessere beziehungsweise weit überlegenere Hochfrequenzeigenschaften erzielt werden, weil es sich bei der elektrischen Leitungsführung 324 um eine koplanare Leitungsführung handelt und weil diese auf der Oberfläche des Siliziumdioxidglases mit einer kleinen Dielektrizitätskonstanten ausgebildet ist.
  • Ausführungsbeispiel 3 einer optischen hybridintegrierten Schaltung
  • 76 ist eine schematisch-perspektivische Explosionsdarstellung, welche den Aufbau eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel zielt darauf ab, dass das in 75 gezeigte Ausführungsbeispiel 5 eines optischen Untermoduls auf dem bestückten optischen Substrat 304 befestigt ist. Abgesehen von einer Substratmarkierung 410 auf der Überumhüllung des optischen Wellenleiters 302 ist der übrige Aufbau fast derselbe wie bei dem in 70 gezeigten Ausführungsbeispiel 1 einer optischen hybridintegrierten Schaltung. Wenn das optische Untermodul auf dem Substrat befestigt wird, kann die Substratmarkierung 410 so eingestellt werden, dass sie hinter der Markierung 230 zur Positionierung des Trägers liegt beziehungsweise an dieser ausgerichtet ist und die Höhenbezugsoberfläche des Trägers und der Höhenbezug des Substrates miteinander verbunden und fixiert werden.
  • Bei dem Siliziumdioxid-Glasträger gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Wärmeleitfähigkeit wesentlich kleiner als bei dem Silizium-Träger gemäß den Ausführungsbeispielen 1 und 2 eines optischen Untermoduls. Jedoch stellt dies kein Problem bei der Montage auf dem bestückten optischen Substrat gemäß 76 dar, weil das bestückte optische Substrat selber als Wärmesenke dient.
  • Ausführungsbeispiel 6 eines optischen Untermoduls
  • 77 ist eine schematische Perspektivansicht, welche den Aufbau eines sechsten Ausführungsbeispiels eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer erfindungsgemäßen optischen hybridintegrierten Schaltung befestigt werden kann. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Träger 302 unter Verwendung eines Keramiksubstrates mit einer vielschichtigen elektrischen Leitungsführung 324 auf der Oberfläche und im Inneren aufgebaut. Der Träger (das Keramiksubstrat) 302 ist in seinem Innern mit einer elektrische Leitungsführung 324h ausgebildet, die in vertikaler Richtung verläuft, um elektrische Leitungsführungen auf der oberen und der unteren Oberfläche zu kontaktieren, eine Elektrode der Opto-Vorrichtung 301 ist mit der unteren Oberfläche des Keramiksubstrates 302 verbunden und wird von der unteren Oberfläche durch eine Leitungsführung 324s auf der oberen Oberfläche des Substrates wieder aufgenommen.
  • Die Oberfläche 321a zum Halten der Opto-Vorrichtung und die Höhenbezugsoberfläche 321b des Trägers sind aus Polyimid gefertigt. Ein solcher Aufbau kann nach der Ausbildung eines dicken Polyimidfilmes auf dem Keramiksubstrat dadurch erreicht werden, dass unnötige beziehungsweise nicht erforderliche Polyimidbereiche durch Wegätzen entfernt werden.
  • Bei der Verwendung des optischen Untermoduls kann dieses für die Realisierung der erfindungsgemäßen optischen hybridintegrierten Schaltung mit Hilfe derselben Methoden wie bei den oben beschriebenen anderen Ausführungsbeispielen auf dem bestückten optischen Substrat befestigt werden.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können gute elektrische Eigenschaften erreicht und eine vielschichtige elektrische Leitungsführung einfach realisiert werden, weil das Keramiksubstrat als Träger für das optische Untermodul verwendet wird. Weiterhin ist eine vorherige Untersuchung der Opto-Vorrichtung sehr einfach, weil die elektrische Leitungsführung auf dem Träger bereitgestellt werden kann.
  • Ausführungsbeispiel 7 eines optischen Untermoduls
  • 78 ist eine schematische Perspektivansicht, welche den Aufbau eines siebten Ausführungsbeispiels eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer erfindungsgemäßen optischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist. Der Träger 302 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst als Basiskomponenten ein Silizium-Substrat 302a (in) einer Vorsprungs- und Bezugsoberflächen-Konfiguration, eine in der Aussparung beziehungsweise auf der Bezugsoberfläche ausgebildete Siliziumdioxid-Glasschicht 302b, die als ausreichend dicke Dielektrizitätsschicht fungiert, die auf der Dielektrizitätsschicht 302b ausgebildete elektrische Leitungsführung 324, die auf dem Siliziumvorsprung ausgebildete Oberfläche 321a zum Halten der Opto-Vorrichtung und die Höhenbezugsoberfläche 321b für den Träger.
  • Die Verwendung des gut wärmeleitfähigen Silizium-Substrates und des Trägers aus einer ausreichend dicken, mit Siliziumdioxidglas laminierten Struktur bewirkt, dass erstens genau wie in Ausführungsbeispiel 33 gute Hochfrequenzeigenschaften erreicht werden, wenn die elektrische Leitungsführung auf der Oberfläche der Schicht aus Siliziumdioxid-Glas mit einer kleinen Dielektrizitätskonstanten ausgebildet ist und dass zweitens eine verbesserte Wärmeableitung erzielbar wird, wenn Silizium auf der Oberfläche, welche die Opto- Vorrichtung hält, und der Höhenbezugsoberfläche des Trägers freigelegt ist und wenn beide Oberflächen die Höhenbezugsoberfläche der Opto-Vorrichtung und die Höhenbezugsoberfläche des Substrates individuell kontaktieren.
  • Als dielektrische Schicht kann nicht nur Siliziumdioxidglas, sondern auch ein dielektrisches Polymermaterial, wie zum Beispiel Polyimid verwendet werden. Wenn Polyimid verwendet wird, ist es einfach, eine vielschichtige elektrische Leitungsführung mit hoher Dichte auszubilden, die geeignet ist zum Bestücken von hochintegrierten optischen Chips mit zahlreichen elektrischen Leitungsführungen, wie zum Beispiel einem optischen Matrixschalter.
  • Ausführungsbeispiel 8 eines optischen Untermoduls
  • 79 ist eine schematisch-perspektivische Explosionsdarstellung, die den Aufbau eines achten Ausführungsbeispiels eines optischen Untermoduls zeigt, das auf einer erfindungsgemäßen optischen hybridintegrierten Schaltung montierbar ist und 80 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D' in 79.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst der Träger 302, wie in 79 gezeigt, das Silizium-Substrat 302a in einer Konfiguration mit einem Vorsprung und der Höhenbezugsoberfläche und einen Leitungsfilm 302b mit einer elektrischen Leitungsführung. Im Bereich des Vorsprungs des Silizium-Substrates 302a ist auf der Oberfläche des Polyimidfilms eine Signalleitungsführung 324a vorgesehen, während eine Mikrostreifenleitungsführung mit der Masseleitungsführung 324b auf der Rückseite ausgebildet ist. Der Film 302b weist ein Fenster 352 auf. Eine innere Anschlussleitung 324c zum Anschließen der Signalleitungsführung 324b und die Elektrode auf der Seite der aktiven Schicht der Opto-Vorrichtung ragen in das Fenster 352 hinein. Weiterhin sind in dem Außenbereich des Films 302b eine äußere Anschlussleitung 324d zum Anschließen an die Signalleitungsführung 324a und eine äußere Anschlussleitung 324c zum Anschließen an die Masseleitungsführung 324b vorgesehen.
  • Das optische Untermodul wird durch Anwendung des folgenden Verfahrens hergestellt. Das heißt, zunächst werden die Elektrode 313a an der Seite der Opto-Vorrichtung mit der aktiven Schicht und die innere Anschlussleitung 324c des Leitungsfilms über ein Lötmittel miteinander verbunden, der Vorsprung des Silizium-Substrates 302a wird in das Fenster 352a des Leitungsführungsfilms eingeführt und die Höhenbezugsoberfläche 314 der Opto-Vorrichtung und die lateral ausgerichtete Bezugsoberfläche 315 der Opto-Vorrichtung 301 werden jeweils mit der Oberfläche 321a zum Halten der Opto-Vorrichtung und der Bezugsoberfläche 322a für die Befestigungsrichtung der Opto-Vorrichtung kontaktiert und fixiert.
  • Ausführungsbeispiel 4 einer optischen hybridintegrierten Schaltung
  • 81 ist eine schematische Perspektivansicht, welche den Aufbau eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optischen hybridintegrierten Schaltung zeigt. Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt heraus, dass (bei ihm) Ausführungsbeispiel 8 eines optischen Untermoduls enthalten ist.
  • Das bestückte optische Substrat gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist bezüglich seiner Struktur dasselbe wie bei dem in den 70 bis 72 gezeigten Ausführungsbeispiel 1 einer optischen hybridintegrierten Schaltung. Die Höhenbezugsoberfläche des Trägers und die lateral ausgerichtete Bezugsoberfläche des Trägers des optischen Untermoduls sind jeweils individuell mit der Höhenbezugsoberfläche des Substrates und der lateral ausgerichteten Bezugsoberfläche des bestückten optischen Substrates kontaktiert und fixiert, und die äußere Anschlussleitung 324b des optischen Untermoduls und die Leitungsführung 346 des Substrates auf der Überumhüllung des bestückten optischen Substrates 304 sind elektrisch miteinander verbunden.
  • Wie oben beschrieben, ist der Träger bei dem optischen Untermodul gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel aufgebaut, indem das Silizium-Substrat in der Vorsprungs- und Bezugsoberflächen-Konfiguration, das eine Positionierungsfunktion hat, kombiniert wird mit dem Leitungsführungsfilm, der die Funktion einer elektrischen Leitungsführung hat. Insbesondere wird die elektrische Verbindung zwischen dem Leitungsführungsfilm und der Elektrode der Opto-Vorrichtung durch die Verwendung der inneren Anschlussleitung erreicht. Als Ergebnis kann im Vergleich zu den Strukturen gemäß den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 und Ausführungsbeispiel 5 eines optischen Untermoduls, bei denen die Elektrode der Opto-Vorrichtung direkt mit der auf der Oberfläche des Trägers vorgesehenen elektrischen Leitungsführung verbunden ist, die auf die Opto-Vorrichtung ausgeübte Belastung deutlich verringert werden. Dies verbessert wesentlich die Zuverlässigkeit der Opto-Vorrichtung. Gleichzeitig kann durch die Verwendung der inneren Anschlussleitung der Gewinn beziehungsweise die Effizienz des Verfahrens der elektrischen Leitungsführung bei der Elektrode der Opto-Vorrichtung und der elektrischen Leitungsführung des optischen Untermoduls deutlich verbessert werden. Weiterhin kann die Dichte der Leitungsführung vergrößert werden, weil die Mikrostreifen-Leitungsführung einfach auf dem Leitungsfilm ausgebildet werden kann. Die elektrische Leitungsführung kann auch nicht nur auf der Oberfläche des Films, sondern auch in seinem Innern ausgebildet werden, wodurch eine vielschichtige elektrische Leitungsführung auf einfache Weise erreicht werden kann. Zusätzlich kann eine vorherige Untersuchung der Opto-Vorrichtung sehr einfach durchgeführt werden, bevor diese auf dem bestückten beziehungsweise zu bestückenden optischen Substrat montiert wird, weil die äußere Anschlussleitung von dem optischen Untermodul übersteht.
  • Weil bei der optischen hybridintegrierten Schaltung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Verfahren zur Positionierung und Fixierung des optischen Untermoduls auf dem bestückten optischen Substrat und das Verfahren zur elektronischen Verbindung der Elektrode der Opto-Vorrichtung und beziehungsweise mit der elektrischen Leitungsführung des Substrates von einander getrennt werden können, kann der Gewinn beziehungsweise die Effizienz bei der Herstellung deutlich verbessert werden.
  • Wie oben beschrieben, ist bei dem optischen Untermodul gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Opto-Vorrichtung auf dem Träger montiert, wobei der Träger die Funktion der elektrischen Leitungsführung zum Herausnehmen der Elektrode aus der Seite der Opto-Vorrichtung mit der aktiven Schicht und die Funktion zur Positionierung der Opto-Vorrichtung und des bestückten optischen Substrates in der Weise hat, daß die Seite mit der aktiven Schicht kontaktiert. Als Ergebnis kann eine elektrische Leitungsführung mit überragenden Hochfrequenzeigenschaften in dem optischen Untermodul ausgebildet werden und können die Hochgeschwindigkeitseigenschaften der Opto-Vorrichtung stark verbessert werden. Weiterhin kann eine vorherige Untersuchung vor der Befestigung der Opto-Vorrichtung auf dem bestückten optischen Substrat sehr einfach durchgeführt werden. Weiterhin kann der Abstand zwischen der Positionierungs-Bezugsoberfläche des Trägers und der aktiven Schicht der Opto-Vorrichtung auf einen standardisierten Wert eingestellt werden, unabhängig von der Abmessung der Opto-Vorrichtung.
  • Weiterhin ist es bei der optischen hybridintegrierten Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, nicht nur eine Opto-Vorrichtung vom Typ einer einendigen Verbindung, sondern auch eine Opto-Vorrichtung vom Typ einer zweiendigen Verbindung zu montieren, weil die Ausbildung einer feinen elektrische Leitungsführungsstruktur auf der Oberfläche am Boden des Befestigungsbereiches für die Vorrichtung, wo eine große Stufe ausgebildet ist, überflüssig ist, obwohl ein optischer Wellenleiter der eingebetteten Art verwendet wird. Weiterhin wurde die Schwierigkeit bei der gleichzeitigen Durchführung der Kerneinstellung und der elektrischen Verbindung entfernt und konnte die Herstellungsarbeit stark vereinfacht werden, weil die elektrische Leitungsführung auf dem Träger vorgesehen wird und vorher an die Opto-Vorrichtung angeschlossen wird, bevor sie auf dem Substrat montiert wird.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Detail unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben und es mag nun vorkommen, dass Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne von der Erfindung in ihren weiten Ausgestaltungen abzuweichen, und daher ist es die beabsichtigt, in den beigefügten Patentansprüchen alle derartigen Veränderungen und Abwandlungen abzudecken, die in den Bereich der Erfindung fallen.
  • Die erfindungsgemäße optoelektronische hybridintegrierte Schaltung erfüllt die Funktion einer Wellenleiters mit geringen Verlusten, die Funktion einer optischen Bank sowie die Funktion einer elektrischen Hochfrequenzleiterbahn.

Claims (5)

  1. Optoelektronische hybridintegrierte Schaltung, gekennzeichnet durch: eine optoelektronische Hybridplattform, wobei die Plattform versehen ist mit: einem optischen Wellenleiter mit einer Unterumhüllung (41), einem Kern (42), und einer Überumhüllung (43); einer Siliziumterrasse (30), einer dielektrischen Schicht (50), und einem innerhalb (510) oder auf (51) der Oberfläche der dielektrischen Schicht (50) bereitgestellten Leitungsmuster, wobei die Dicke der dielektrischen Schicht (50) so eingestellt ist, dass die Höhe des Leitungsmusters (51) bezüglich der Oberfläche eines Siliziumsubstrats (1) im Wesentlichen gleich der Höhe der Oberfläche (43) der Überumhüllung des optischen Wellenleiters ist, und wobei die dielektrische Schicht (50) auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats (1) als nächstes zu der Siliziumterrasse (30) angeordnet ist, die einen Teil des Siliziumsubstrats (1) ausbildet; einem Träger (302) mit einer Halteoberfläche (321a) für eine optische Vorrichtung zum Halten einer optischen Vorrichtung (301), einer Trägerhöhenbezugsoberfläche (321b), die in einem vorbestimmten Abstand von der Halteoberfläche (321a) für eine optische Vorrichtung angeordnet ist, sowie eine elektrische Leiterbahnschicht (324) des Trägers; und einer optischen Funktionsvorrichtung (301), die auf der Halteoberfläche (321a) für eine optische Vorrichtung gehalten wird, und die eine aktive Schicht (311) aufweist; wobei die Höhe von der aktiven Schicht der optischen Funktionsvorrichtung (311) zu der Trägerhöhenbezugsoberfläche (321b) nahezu gleich einer Stufe zwischen dem optischen Wellenleiterkern (42) und der oberen Oberfläche der Siliziumterrasse (30) eingestellt ist; wobei die elektrische Leiterbahn (324) des Trägers und eine Seitenelektrode (313a) der aktiven Schicht der optischen Funktionsvorrichtung (301) elektrisch verbunden sind, sodass ein optisches Untermodul ausgebildet wird; und wobei eine Siliziumterrasse (30) des optoelektronischen Hybridsubstrats (1) in einem Gehäuse und die Trägerhöhenbezugsoberfläche (321b) des optischen Vorrichtungsuntermoduls sich berühren, und wobei das Leitungsmuster (51) auf der dielektrischen Schicht (50) des optoelektronischen Hybridsubstrats (1) in einem Gehäuse und die elektrische Leiterbahn (324) des Trägers des optischen Untermoduls elektrisch verbunden sind.
  2. Optisches Untermodul, gekennzeichnet durch: eine optische Funktionsvorrichtung (301) mit einer Höhenbezugsoberfläche (314) der optischen Vorrichtung in einem vorbestimmten Abstand von einer aktiven Schicht (311); eine Halteoberfläche (321a) der optischen Vorrichtung zum Halten der optischen Funktionsvorrichtung (301); und einen Träger (302) mit einer Trägerhöhenbezugsoberfläche (321b) in einem vorbestimmten Abstand von der Halteoberfläche (321a) der optischen Vorrichtung und einer elektrischen Leiterbahn (324) des Trägers; wobei die Höhenbezugsoberfläche (314) der optischen Funktionsvorrichtung (301) und die Halteoberfläche (321a) der optischen Vorrichtung des Trägers (302) in Kontakt stehen und fixiert sind, und wobei eine Seitenelektrode der aktiven Schicht (313a) der optischen Funktionsvorrichtung und der elektrischen Leiterbahn (324) des Trägers elektrisch verbunden sind.
  3. Optisches Untermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (302) aus einem Substrat mit einem Vorsprung und einer Aussparung sowie einer auf der Substrataussparung ausgebildeten dielektrischen Schicht ausgebildet ist, wobei die Halteoberfläche der optischen Vorrichtung (321a) und die Trägerhöhenbezugsoberfläche (321b) aus dem Substratvorsprung ausgebildet sind, und die elektrische Leiterbahn (324) des Trägers auf der dielektrischen Schicht ausgebildet ist.
  4. Optisches Untermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht, die den Träger (302) ausbildet, ein schichtausgebildetes Material mit einer auf der Oberfläche und im Inneren ausgebildeten elektrischen Leiterbahnschicht ist.
  5. Optisches Untermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leiterbahn (324) des Trägers auf der Oberfläche und im Inneren des Trägers (302) ausgebildet ist.
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