EP1297373A1 - Anordnung zur detektion von optischen signalen eines planaren optischen schaltkreises - Google Patents
Anordnung zur detektion von optischen signalen eines planaren optischen schaltkreisesInfo
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- EP1297373A1 EP1297373A1 EP01949231A EP01949231A EP1297373A1 EP 1297373 A1 EP1297373 A1 EP 1297373A1 EP 01949231 A EP01949231 A EP 01949231A EP 01949231 A EP01949231 A EP 01949231A EP 1297373 A1 EP1297373 A1 EP 1297373A1
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Detektion von optischen Signalen mindestens eines optischen Kanals eines planaren optischen Schaltkreises. Erfindungsgemäß ist in dem planaren optischen Schaltkreis mindestens ein Graben (6) ausgebildet, der jeweils einen optischen Kanal unterbricht oder terminiert, und in den Graben (6) jeweils mindestens eine Detektionseinheit (8) eingesetzt, die die optischen Signale des jeweiligen optischen Kanals detektiert.
Description
ANORDNUNG ZUR DETEKTION VON OPTISCHEN SIGNALEN EINES PLANAREN OPTISCHEN SCHALTKREISES
1 Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung: Anordnung zur Detektion von optischen Signalen mindestens eines optischen Kanals eines planaren optischen Schaltkreises und Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Detektion von optischen Signalen mindestens eines optischen Kanals eines planaren optischen Schaltkreises und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung. Derartige Detektionsemheiten dienen insbesondere der meßtechnischen Überwachung von Einzelkanalen eines planaren optischen Schaltkreises (Monitoring) .
Es besteht bei planaren optischen Schaltkreisen ( PLC - planar light circuit) das Bedürfnis, die Signale der einzelnen optischen Kanäle meßtechnisch zu überwachen. Ein Beispiel hierfür stellt die Überwachung der optischen Signale vor und nach einem Abschwacher-Array dar, das eine kanalabhangige Abschwachung der Pegel einzelner Datenkanale des Arrays vornimmt. Durch die kanalabhangige Schwächung können unterschiedliche Pegel der optischen Kanäle abgeglichen werden (Equalizing) .
Es ergibt sich bei der meßtechnischen Überwachung der einzelnen Kanäle jedoch das Problem, daß die die optischen Signale fuhrenden Wellenleiterschichten üblicherweise vergraben in dem planaren optischen Schaltkreis angeordnet sind. Zur Detektion eines optischen Signals in dem planaren optischen Schaltkreis ist es daher bisher erforderlich, das optische Signal über integrierte Wellenleiter an die Stirnflache des Schaltkreises zu fuhren und dort auf eine an die Stirnflache montierte Photodiodeneinheit zu lenken. Aufgrund des Umstandes, daß die Wellenleiter alle in einer Ebene liegen, ergeben sich hierbei jedoch störende Wellenleiter- kreuzungen zwischen den einzelnen Datenkanalen, die zu
kanalabhangigen Verlusten und zu einem Nebensprechen fuhren. Auch ist als nachteilig anzusehen, daß die Photodiodeneinheit äußerst genaue bezuglich der Ausgangswellenleiter an der Stirnflache des planaren optischen Schaltkreises positioniert werden muß .
Ein Beispiel für eine im Stand der Technik bekannte Abschwa- cheeinheit ist in Figur 7 dargestellt. Die einzelnen optischen Datenkanale 11 bis In eines Arrays 10 werden durch eine Abschwacheemheit 2 gefuhrt, in der die Signale der einzelnen Datenkanale durch jeweilige Abschwacheeinheiten 21 - 2n kanalabhängig abgeschwächt und auf einen gemeinsamen Pegel abgeglichen werden. Die Abschwächeeinheiten 21 -2n sind üblicherweise als thermooptische Mach-Zehnder-Interferrometer ausgebildet, in denen die Signale der einzelnen Datenkanale jeweils auf zwei Arme aufgeteilt und ggf. nach einer Phasenverschiebung in dem einen Arm wieder zusammengeführt werden. Über die Phasenverschiebung laßt sich die Schwächung des in dem Datenkanal geführten optischen Signals einstellen.
Vor und hinter der Abschwacheeinheit 2 erfolgt eine Überwachung der Einzelkanale 11 - In des Arrays 10, wobei das zu überwachende Signal mittels schwach ankoppelnder Richtkoppler 3 in Monitorwellenleiter 101 - lOn eingekoppelt wird, über diese Monitorwellenleiter wird das Signal an die Stirnseite des planaren optischen Schaltkreises gefuhrt und dort von einem Photodioden-Array 4 detektiert. Nachteilig an dieser Anordnung ist, daß jeder Monitorwellenleiter 101 - lOn auf seinem Weg zu dem Photodioden-Array 4 zwischen 0 und n-1 Wellenleiter des Arrays kreuzt, e nach Kanal. Die Uberkreu- zungen der Monitorwellenleiter mit den signalfuhrenden Wellenleitern fuhren zu kanalabhangige Verlusten und zu einem Nebensprechen der anderen Wellenleiter des Arrays.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Detektion von optischen Signalen eines planaren optischen Schaltkreises
zur Verfugung zu stellen, die in einfacher Weise eine Detektion der optischen Signale ermöglicht. Dabei soll eine einfache meßtechnische Überwachung der Signale der optischen Kanäle eines planaren optischen Schaltkreises unter Reduzierung der Signalverluste in den Wellenleitern und ohne ein unerwünschtes Nebensprechen erfolgen. Insbesondere soll eine solche meßtechnische Überwachung für eine Abschwachervorrichtung bereitgestellt werden. Zusaatzlich soll eine Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung zur Verfugung gestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß durch eine Anordnung zur Detektion optischer Signale mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Abschwachervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und eine Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelost. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind m den Unteranspruchen angegeben.
Danach ist erfmdungsgemaß eine Anordnung vorgesehen, bei der in dem planaren optischen Schaltkreis mindestens ein Graben bzw. eine Aussparung ausgebildet ist, die jeweils mindestens einen optischen Kanal unterbricht oder terminiert, und in den oder die Graben jeweils mindestens eine Detektionseinheit eingesetzt ist, die die optischen Signale eines Kanals detektiert. Eine Signaldetektion erfolgt dabei im wesentlichen m der Ebene des optischen Schaltkreises. Es wird somit ein hybrider Aufbau aus einem planaren optischen Schaltkreis und mindestens einer Deketionsemheit vorgeschlagen, die in den planaren optischen Schaltkreis integriert ist.
Die erfmdungsgemaße Losung weist den Vorteil auf, daß eine Detektion optischer Signale unmittelbar am Ort der Auskopplung erfolgt, da die Detektionseinheit direkt mit den durch die jeweiligen Graben unterbrochenen oder terminierten Wellenleitern gekoppelt ist. Durch diese lokale Anordnung der
Detektionseinheit ist es nicht mehr erforderlich, Monitorwellenleiter bis zur Stirnflache des optischen Schaltkreises zu führen und erfolgt demgemäß auch nicht mehr eine störende Kreuzung der Monitorwellenleiter mit den Hauptwellenleitern. Hierdurch wird die meßtechnische Überwachung wesentlich erleichtert.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemaßen Losung besteht darin, daß die gesamte Bauteilgroße abnimmt, da die Detekti- onseinheit unmittelbar auf dem planaren optischen Schaltkreis angeordnet werden kann und nicht mehr an der Stirnflache angeordnet werden muß. Außerdem ergibt sich eine kleinere Chipflache dadurch, daß die Monitorsignale nun nicht mehr zu der Stirnflache des planaren optischen Schaltkreises gefuhrt werden müssen.
Die erfindungsgemäße Losung weist auch eine relativ hohe Positioniertoleranz auf, daß kleine Verschiebungen der Detektoreinheit bezüglich des vergrabenen Wellenleiters die Detektion der Signale des Wellenleiters kaum beeinflussen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Detektionseinheiten auf einem Trager-Submount angeordnet und über Kopf (upside down) in die Graben des planaren optischen Schaltkreises eingesetzt. Dies erfolgt über eine sogenannte
Flip-Chip Montage. Die Verwendung eines Submounts zur Montage des Deketionseinheiten weist mehrere Vorteile auf.
Zum einen erlaubt die Anordnung der Detektionseinheiten auf einem Submount den Aufbau von Zeilen von Detektionseinheiten, insbesondere Photodiodenzeilen, die in einem Schritt auf dem planaren optischen Schaltkreis montiert werden können. Dies ermöglicht eine einfache und schnelle Monatage einer Vielzahl von Detektionseinheiten. Dabei können die Detektionseinheiten bzw. Zeilen von Detektionseinheiten vor der Integration in den planaren Schaltkreis vollständig geprüft werden. Bei Anordnung der Detektionseinheiten im planaren optischen
Schaltkreise ohne Verwendung eines Trager-Submounts für die Detektionseinheiten besteht zwar ebenfalls die Möglichkeit der Prüfung, jedoch ist ein wichtiger Ausfallmechanismus die Montage selbst. Eine möglicherweise defekte Photodiode wieder auszutauschen ist jedoch aufwendig und auch nicht immer möglich. Dieses Problem entfallt bei einer Vorprüfung auf dem Trager-Submount .
Zum anderen erlaubt die Anordnung der Detektionseinheiten auf einem Submount, die Detektionseinheiten z.B. über in
Dünnfilmtechnik aufgebrachte Leiterbahnen miteinander zu verschalten, insbesondere die Masse-Kontakte der Detektionseinheiten zusammenzuschalten. Auch können aktive Bauelemente wie Vorverstärker in den Submount mit integriert werden.
Bevorzugt sind auf dem Trager-Submount zwei Reihen von Photodioden versetzt zueinander angeordnet. Dies weist den Vorteil auf, daß die Photodioden in einem möglichst engen Abstand zueinander angeordnet werden können. Entsprechend der zwei Reihen von Photodioden sind die Graben in der planaren optischen Schaltung ebenfalls in zwei Reihen und versetzt zueinander ausgebildet.
Die Photodioden weisen gegenüber der Ebene des planaren optischen Schaltkreises bevorzugt eine schräge Facette auf. Dabei befindet sich der pn- bzw. np-Ubergang der Photodioden unmittelbar an der Photodiodenoberflache . Dies bedeutet, daß nur Licht, welches des pn- (bzw. np-) Übergang erreicht, zum Photodiodenstrom beitragen kann. Die schräge Facette der
Photodiode bewirkt, daß selbst dicht am Boden der Photodiode eingestrahltes Licht noch zur Photodiodenoberflache hin gebrochen wird. Dabei wird dieses Licht zwar möglicherweise nicht direkt zur Photodiodenoberfache gebrochen, jedoch aufgrund eines üblicherweise hohen Brechungsindex des
Photodiodenmateπals (beispielsweise von 3.5 bei InGaAs/InP)
über Mehrfachreflexionen in der Photodiode gehalten. Voraussetzung hierfür ist, daß die Photodiode mit einem optisch dünneren Medium, beispielsweise Luft, umgeben ist. Dies ist bei Einsetzen der Photodiode upside down in entsprechende Graben des planaren optischen Schaltkreises jedoch der Fall. Sofern die Photodiode zusätzlich in eine transparente Vergußmasse eingebettet ist, so weist diese üblicherweise ebenfalls eine geringere Brechzahl gegenüber dem Material der Photodiode auf.
Das eingekoppelte Licht wird somit so lange in der Photodiode hin und her reflektiert, bis es den pn- bzw. np- Übergang erreicht und in Photostrom umgewandelt wird. Damit wird eine sehr hohe Positioniertoleranz der Photodiode bezuglich des vergrabenen Wellenleiters des planaren Schaltkreises erreicht, da lediglich dafür gesorgt werden muß, daß an beliebiger Stelle Licht auf die Facette der in einen Graben eingesetzten Photodiode fallt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Trager-Submount auf dem optischen Schaltkreis montiert und über Metallisierungsflachen des planaren optischen Schaltkreises kontaktiert, so daß eine kompakte Anordnung vorliegt. Zur Verbindung mit den Kontaktflachen des optischen Schaltkreises weist der Trager-Submount bevorzugt Lόtbumps auf .
Lotbumps sind insbesondere Gold-Zinn oder Gold-Blei Kalotten, die etwa galvanisch oder in Siebdrucktechnik sehr präzise und kostengünstig herstellbar sind. Auch können die Lotbumps sogenannten Studbumps aus Gold oder einer Gold-Zinn Legierung sein. Zur Verbindung von Trager-Submount und dem planaren optischen Schaltkreis werden auf eine der beiden Elemente derartige Lotpumps aufgebracht. Dabei ist es von Vorteil, die Lotpumps auf dem Trager-Substrat aufzubringen, da hier der fertigungstechnische Nutzen (Herstellung der Submounts als Wafer und anschließende Vereinzelung) großer ist. Zudem wird
eine Prozessierung von auf dem planaren optischen Schaltkreis angeordneten Lotbumps durch die sich in den Graben befindenden Photodioden erschwert.
Mit Vorteil laßt sich des weiteren über die Hohe der
Lotbumps, die über einen großen Bereich zwischen etwa 20μm und 200μm variierbar ist, gezielt der Abstand zwischen dem Trager-Submount und dem planaren optischen Schaltkreis und damit die Eindringtiefe der Photodioden in die Graben des planaren optischen Schaltkreises einstellen.
Bevorzugt weist der Trager-Submount Gold-Metallisierungen auf, die gleichzeitig als Leiterbahn und als Montageflachen für die Photodioden und/oder Lotbumps und/oder Bonddrähte dienen. Hierdurch laßt sich der Integrationsgrad auf dem Trager-Submount erhohen.
Der Trager-Submount ist des weiteren bevorzugt optisch transparent ausgebildet. Dies ermöglicht, daß bei der Montage der Detektionseinheit auf dem planaren optischen Schaltkreis mittels eines einfachen Lichtmikroskops die Ausrichtung der Photodiode überwacht bzw. eingestellt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Photodioden über ein Laser-Loten von unten durch den Trager-Submount hindurch auf dem Trager-Submount befestigt. Dabei sind beispielsweise auf der Oberflache des Submounts Goldpads und auf der Ruckseite der Photodiode ein Gold-Zinn- Lot angeordnet, die über Laser-Loten verbunden werden. Der Submount ist dabei für das verwendete Laserlicht transparent. Diese Vorgehensweise erlaubt die Montage im sogenannten Nutzen, wobei ein Wafer mit beispielsweise tausend Submounts vor dem Vereinzeln mit Photodioden bestuckt wird, notwendige Verdrahtungen gezogen und die fertig bestuckten und verdrahteten Submounts abschließend mit einer Wafersage ausgesagt bzw. vereinzelt werden.
Alternativ werden die Photodioden auf den Trager-Submount aufgeklebt, wobei e nachdem, ob ein Ruckseitenkontakt der Photodiode erforderlich ist oder nicht, der Kleber leitend ist oder nicht. Auch bei einem Kleben der Photodioden kann eine Montage im Nutzen erfolgen.
Die im planaren optischen Schaltkreis ausgebildeten Graben sind bevorzugt der Form der eingesetzten Detektionseinheiten angepaßt, so daß die Deketionsemheiten spielarm in die Graben einsetzbar sind. Hierdurch wird ein montagefreundliches, selbstjustierendes "Steckprinzip" zur Verfugung gestellt.
Es wird darauf hingewiesen, daß es im Rahmen der Erfindung liegt, daß die Detektionseinheiten für einen Teil des Lichtes der optischen Kanäle und/oder für bestimmte Wellenlangen transparent sind, so daß der optischen Kanal / Wellenleiter hinter einer Detektionseinheit weiterlauft.
In einer bevorzugten Anwendung der Erfindung ist die erfin- dungsgemaße Anordnung zur Detektion optischer Signale Teil einer Abschwachervorrichtung, bei der eine Vielzahl optischer Kanäle zu einem Signalabgleich jeweils eine Abschwachereinheit durchlaufen. Jedem optischen Hauptkanal ist dabei mindestens em Monitorkanal zugeordnet, in den em bestimmter Prozentsatz der optischen Leistung des optischen Hauptkanals eingekoppelt wird. Die Monitorkanale werden dabei jeweils durch eine Detektionseinheit gemäß Anspruch 1 terminiert, d.h. das optische Signal des Monitorkanals wird durch in Graben des Schaltkreises angeordnete Detektionseinheiten detektiert.
Die Monitorkanale laufen vor ihrer Terminierung im wesentlichen parallel zu den jeweiligen optischen Hauptkanalen, ohne daß sie sich dabei untereinander oder mit den Hauptkanalen kreuzen. Hierin besteht gerade em wesentlicher Vorteil der Erfindung, daß aufgrund der lokalen Detektion der Signale des
planaren optischen Schaltkreises die einzelnen Wellenleiter sich nicht mehr kreuzen müssen und dadurch em Nebensprechen und kanalabhangige Verluste verhindert werden.
Dabei ist bevorzugt vorgesehen, daß der Hauptkanal jeweils seitlich der Graben für die Detektionseinheiten ungestört im planaren optischen Schaltkreis verlauft, wahrend das Signal des zugehörigen, parallel verlaufenden Monitorkanals durch die erf dungsgemaße Anordnung detektiert wird. Ein Nebensprechen mit dem Hauptkanal oder anderen Hauptkanalen wird dabei minimiert.
Das erfmdungsgemaße Verfahren zur Herstellung einer erfmdungsgemaßen Detektionsanordnung zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
- Montage mindestens einer Detektionseinheit auf einem Submount-Trager;
- Ausbildung mindestens eines Grabens in einem planaren optischen Schaltkreis, wobei ein Graben jeweils mindestens einen optischen Kanal unterbricht und
- Anordnen des Submount-Tragers auf dem planaren optischen Schaltkreis durch Flip-Chip Montage, wobei jeweils mindestens eine Detektionseinheit in einen Graben eingesetzt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Figuren der Zeichnung anhand mehrerer Ausfuhrungsbeispiele naher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 m perspektiver Darstellung eine erfmdungsge- maße Anordnung zur Detektion optischer Signale eines planaren optischen Schaltkreises;
Figur 2 eine Draufsicht auf die Unterseite eines Trager-Submounts der erfmdungsgemaßen Anmordnung;
Figur 3a) -h) die einzelnen Verfahrensschritte bei der
Herstellung einer Anordnung gemäß Figur 1;
Figur 4 eine Draufsicht auf eine Mehrkanal-Abschwacher- einheit mit erfmdungsgemaßen Detektionsanord- nungen zur meßtechnischen Überwachung von
Monitorwellenleitern;
Figur 5 eine Mehrkanal-Abschwachervorrichtung gemäß
Figur 4, wobei die Photodioden jeweils in zwei Reihen angeordnet und zusätzlich Lotbump-
Montageflachen dargestellt sind
Figur 6 einen Querschnitt durch einen planaren optischen Schaltkreis mit integriert optischen Wellenleitern und
Figur 7 eine Mehrkanal-Abschwachervorπchtung mit
Signaluberwachung gemäß dem Stand der Technik.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst anhand der Figur 6 der übliche Aufbau eines planaren optischen Schaltkreises 5 (PLC) beschrieben. Zur Herstellung des PLC werden auf einen Silizium Wafer 51 mehrere Sιθ2~Schιchten abgeschieden, die verschiedene Brechungsindizes aufweisen. Es handelt sich bei diesen Schichten um eine sogenannte Pufferschicht 52, eine Kernschicht und eine Deckschicht 53. Die Kernschicht, die sich zwischen der Pufferschicht und der Deckschicht befindet, weist dabei den größten Brechungsindex auf. Bevor die Kernschicht mit der Deckschicht 53 abgedeckt wird, erfolgt mittels einer photolithographisch hergestellten Maske (z.B. AZ Lack) und eines Atzverfahrens (z.B. RIE - Reactive Ion Etching) eine Strukturierung der Kernschicht derart, daß nur noch einzelne Rippen 54 dieser Schicht stehenbleiben. Diese Rippen 54 werden dann mit der Deck- schicht 53 uberschichtet und bilden den lichtfuhrenden
Wellenleiterkern. Dieser ist etwa 20 μm tief in dem ca. 40 μm dicken Sιθ2-Schιchtsystem angeordnet und weist typischerweise
inen Querschnitt von ca. 6 x 6 μm auf.
Um in den Wellenleiterkernen 54 geführte optische Signale zu detektieren, ist es im Stand der Technik, wie eingangs anhand der Figur 7 erläutert, notwendig, die Wellenleiterkerne zur Stirnflache des PLC 5 zu fuhren und dort über eine Detektionseinheit zu detektieren.
Eine erfindungsgemaße Detektionseinheit 1 ist in Figur 1 dargestellt. Danach ist zur Detektion eines in einem Wellenleiter bzw. Wellenleiterkern 54 verlaufenden optischen Signals in die Siθ2"Schicht (entsprechend der Deckschicht 53 und der Pufferschicht 52 der Figur 6) und bis in den Silizium Wafer hinein eine Aussparung bzw. ein Graben 6 ausgebildet, der den Wellenleiter 54 unterbricht. Der Graben 6 wird bevorzugt durch ein Atzverfahren hergestellt. Bei der Grabenatzung bietet sich an, die Graben ca. 100 μm tief zu atzen, da dieser Tiefatzschritt etwa bei Abschwachervorrich- tungen auch für andere Funktionsstrukturen durchgeführt wird.
In die Graben 6 ist jeweils eine Photodiode 8 über Kopf (upside down) eingesetzt. Die Photodiode 8 ist an einem Trager-Submount 7 befestigt, der über Lotbumps 9 mit dem planaren optischen Schaltkreis 5 verbunden und auf diesem angeordnet ist. Die Photodiode 8 weist jeweils eine angeschragte Facette 81 an ihrer dem zu detektierenden Licht zugewandten Seite auf.
In einer alternativen Ausgestaltung (nicht dargestellt) sind ein oder mehrere Graben vorgesehen, die jeweils mehr als einen optischen Kanal unterbrechen, wobei dementsprechend jeweils mehrere Photodioden in einen Graben eingesetzt sind.
Die Kontaktierung der Photodiode 8 erfolgt zum einen über eine Metallisierung an der auf dem Submount 7 befestigten Seite und zum anderen über einen Bond-Draht 71, der eine nicht dargestellte Kontaktflache auf der
Photodiodenoberflache (untere Flache) detektiert. Alternativ kann bei entsprechender Ausgestaltung der Photodiode auch vorgesehen sein, beide Kontakte auf der dem Submount 7 zugewandten Seite auszubilden.
Es wird darauf hingewiesen, daß vorgesehen sein kann, daß die Detektionseinheit 8 nur Licht bestimmter Wellenlangen detektiert, wahrend andere Wellenlangen im wesentlichen ungestört durch die Detektionseinheit 8 durchtreten und im Wellenleiterkern 54 weitergeführt werden. Weiter ist es möglich, daß die Detektionseinheit nur einen gewissen Teil der Lichtsignale absorbiert und in ein elektrisches Signal umwandelt, beispielsweise einige Prozent des Lichts, so daß nur ein Teil der Leistung der optischen Signale ausgekoppelt wird, wahrend ein weiterer Teil im Wellenleiter weitergeführt wird.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite des Trager- Submount 7 der Figur 1. Das Submount besteht bevorzugt aus einem beispielsweise 400 μm dicken Si02 Substrat. Mehrere
Photodioden 8 sind in zwei Reihen versetzt auf dem Submount 7 angeordnet. Die Photodioden 8 haben dabei jeweils ihren p- Kontakt an der Oberflache und ihren n-Kontakt ihrer Ruckseite. Auf dem Submount 8 sind Dunnfilm-Gold- Metallisierungen aufgebracht, die Lotpads 81 und Leiterbahnen 82 für die Kontaktierung der Photodioden 8 und für Lotbumps 9 ausbilden .
Die elektrische Kontaktierung des Submount 7 bzw. der Photodioden 8 erfolgt über die Lotbumps 9, die eine elektrische Verbindung mit entsprechenden Kontaktpads und Metallisierungsflachen des planaren Schaltkreis bereitstellen. Dabei sind die n-Kontakte bevorzugt mit einer gemeinsamen Metallisierung auf dem planaren Schaltkreis verbunden, so daß ein gemeinsamer n-Kontakt vorliegt. Zur
Verbindung von Submount 7 und planarem Schaltkreis 5 werden die Lotbumps 9 und die Metallisierungsflachen des planaren
Schaltkreises zur Deckung gebracht und beide Komponenten in einem einfachen Ofenschritt bei etwa 270°C verlotet. Dabei laßt sich über die Bump-Hohe der Abstand zwischen Submount 7 und planarem Schaltkreis 5 über einen großen Bereich einstellen.
Die Herstellung und genaue Ausgestaltung der Einheiten der Detektionsanordnung 1 wird im folgenden anhand der Figuren 3a - 3h erläutert. Zunächst wird dabei anhand der Figuren 3a bis 3d die Herstellung des Submounts 7 beschrieben. Auf den
Submount wird zunächst eine Gold-Metallisierung aufgebracht und mittels einer photolitographisch hergestellten Maske (z.B. AZ Lack) und eines Atzverfahrens strukturiert, so daß Lotpads und Leiterbahnen für die Fotodioden und Lotbumps bereitgestellt werden (Fig. 3a und 3b) . Anschließend wird eine Passivierungs- und Lotstoppschicht, z.B. Cycloten, aufgeschleudert, strukturiert und fixiert. Danach werden in einem Siebdruckverfahren über eine Schablone Blei-Zinn Kalotten aufgespritzt (Fig. 3c) . Diese werden kurz erwärmt, damit sie verrunden. Alternativ werden sogenannte Studbumps aus Gold oder Gold/Zinn als Lotbumps aufgebracht.
Nun werden auf jeden Submount Fotodioden 8 in zwei Reihen zueinander versetzt mittels Laserloten oder durch Kleben mit einem leitfahigen Dioden-Klebe-Bonder montiert. Die Montageseite der Fotodioden ist gleichzeitig ihr Kathodenkontakt. Der Anodenkontakt der Photodioden befindet sich auf der Photodiodenoberflache . Der Anodenkontakt wird über einen Bond-Draht hergestellt (Fig. 3d) .
Die genannten Schritte können im Waferverbund erfolgen. Das Vereinzeln der Systeme erfolgt dann über ein Aussagen aus dem Waferverbund. Die vereinzelten Systeme werden auf ihre Funktionalität geprüft.
Der planare optische Schaltkreis 5 wird hergestellt, indem zunächst auf einen Silizium Wafer Si02 Schichten gemäß Figur
5 aufgebracht werden und die Kernschicht strukturiert wird (Fig. 3e) . Anschließend wird eine Metallisierung aufgedampft und strukturiert (Fig. 3f) , eine Passivierungs- und Lotstoppschicht aufgebracht und dann eine Tiefatzung zur Erzeugung der Graben 6 vorgenommen (Fig. 3h). Auch diese
Schritte können um Waferverbund erfolgen, wobei anschließend eine Vereinzelung und Prüfung auf Funktionalitat erfolgt.
Abschließend wird die aus Trager-Submount 7 und Photodioden 8 bestehende Detektionseinheit über eine Flip-Chip Montage auf dem planaren optischen Schaltkreis 5 montiert, wobei die Photodioden 8 upside down in die Graben 6 des planaren optischen Schaltkreises ragen. Über die Lotbumps wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Submount 7 und dem planaren optischen Schaltkreis hergestellt.
Die Figuren 4 und 5 zeigen die Anwendung der erfindungsgemaßen Detektionsanordnung bei einer 10-Kanal-
Abschwachervorrichtung . Die eigentliche Abschwachereinheit 2 besteht aus beispielsweise thermooptisch steuerbaren Mach- Zehnder-Interferometern, wie eingangs anhand der Figur 7 beschrieben worden war. Jedem zu überwachenden optischen Kanal 11 - In ist ein Monitorkanal 101 - lOn zugeordnet, in den über einen Koppler ca. 3 % der Lichtleistung des optischen Kanals 11 - In eingekoppelt wird. Der Kanalabstand zwischen den einzelnen optischen Kanälen 11 - In betragt bevorzugt 250 μm oder 500 μm.
Der Monitorkanal wird durch eine Detektionsanordnung gemäß Figur 1 terminiert und das Licht des jeweiligen Monitorkanals von einer Photodiode erfaßt. Gemäß Figur 4 sind in die Oberflache des PLC hierzu eine Vielzahl von ca. 100 μm tiefen Graben eingeatzt, die jeweils einen Monitorkanal 101 - lOn unterbrechen und der Aufnahme einer Detektionseinheit diesen. Über die Monitorkanale wird gemessen, welche optische Leistung die optischen Signale vor und nach der Abschwachervorrichtung 2 in den einzelnen Kanälen besitzen.
Mit dieser Information laßt sich in an sich bekannter Weise em Regelkreis für die Abschwachervorrichtung 2 aufbauen. Bei der Darstellung der Figur 5 sind zusatzlich zu der Darstellung der Figur 4 Bond-Pads bzw. Lotbump- Montageflachgen 58a für die p-Kontakte der Photodioden sowie Bond-Pads bzw. Lotpads 57 für Heizelemente der Mach-Zehnder- Interferrometer der Abschwacheeinheit 2 dargestellt. Die elektrische Kontaktierung der n-Kontakte der Photodioden erfolgt über Lotbump-Montageflachen 58b, die über eine durchgehende Metallisierung 59 auf dem planaren Schaltkreis miteinander verbunden sind. Die Ausfuhrung der Graben und der Photodioden ist wie in bezug auf die Figuren 1 und 2 dargestellt .
Die Erfindung bezieht sich in der Ausfuhrung nicht auf die vorstehend dargestellten Ausfuhrungsbeispiele. Wesentlich für die Erfindung ist allein, daß in einem planaren optischen Schaltkreis mindestens ein Graben ausgebildet ist, der jeweils mindestens einen optischen Kanal unterbricht oder terminiert, und in den Graben jeweils mindestens eine
Detektionseinheit eingesetzt ist, die die optischen Signale eines optischen Kanals detektiert.
Claims
1. Anordnung zur Detektion von optischen Signalen mindestens eines optischen Kanals eines planaren optischen Schaltkreises,
dadurch gekennzeichnet ,
daß in dem planaren optischen Schaltkreis mindestens ein Graben (6) ausgebildet ist, der jeweils mindestens einen optischen Kanal unterbricht oder terminiert, und in den Graben (6) jeweils mindestens eine Detektionseinheit (8) eingesetzt ist, die die optischen Signale eines optischen Kanals detektiert.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die mindestens eine Detektionseinheit (8) auf einem Trager-Submount (7) angeordnet und über Kopf in einen Graben (6) des planaren optischen Schaltkreises eingesetzt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinheiten Photodioden (8) und auf dem Trager-Submount (7) als mindestens eine Photodiodenzeile aus einzelnen Photodioden angeordnet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Reihen von Photodioden (8) versetzt zueinander auf auf dem Trager-Submount (7) angeordnet sind.
5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden (8) jeweils eine gegenüber der Ebene des planaren optischen Schaltkreises schräge Facette (81) aufweisen.
6. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Trager-Submount (7) auf dem optischen Schaltkreis montiert und über
Metallisierungsflachen des planaren optischen Schaltkreises kontaktiert wird.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Trager-Submount (7) Lotbumps (9) zur Verbindung mit den Kontaktflachen des optischen Schaltkreises aufweist.
8. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Trager-Submount (7) Gold-Metallisierungen (81, 82) aufweist, die gleichzeitig als Leiterbahn und als Montageflachen für die Photodioden und/oder Lotbumps und/oder Bonddrahte dienen.
9. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden (8) auf dem Trager-Submount (7) derart verschaltet sind, daß jeweils ein Kontakt zusammengeschaltet, insbesondere eine gemeinsame Metallisierung für die Photodioden vorgesehen ist .
10. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Trager- Submount (7) optisch transparent st.
11. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodioden (8) über em Laser-Loten von unten durch den Trager- Submount (7) hindurch auf dem Trager-Submount befestigt
12. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die im planaren optischen Schaltkreis (5) ausgebildeten Graben (6) der Form der eingesetzten Detektionseinheiten (8) angepaßt sind, so daß die Deketionseinheiten (8) spielarm in die Graben (6) einsetzbar sind.
13. Abschwachervorrichtung, bei der einer Vielzahl optischer Hauptkanäle (11-ln), die jeweils eine Abschwachereinheit (2) durchlaufen, jeweils mindestens ein Monitorkanal (101-10n) zugeordnet ist, in den ein bestimmter Prozentsatz der optischen Leistung des zugeordneten Hauptkanals (11-ln) einkoppelt wird,
dadurch gekennzeichnet ,
daß die Signale der Monitorkanale (101-10n) durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 detektiert werden.
14. Abschwachervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Monitorkanale (101-10n) parallel zu den jeweiligen optischen Hauptkanalen (11-ln) verlaufen, ohne sich untereinander oder mit den Hauptkanalen zu kreuzen.
15. Abschwachervorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptkanal (11-ln) jeweils seitlich der Graben (6) für die
Detektionseinheiten (8) ungestört im planaren optischen Schaltkreis (5) verlauft.
16. Verfahren zur Herstellung einer Anordnung zur Detektion von optischen Signalen mindestens eines optischen Kanals eines planaren optischen Schaltkreises gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Schritte: - Montage mindestens einer Detektionseinheit (8) auf einem Submount-Trager (7); - Ausbildung mindestens eines Grabens (6) m einem planaren optischen Schaltkreis (5), wobei em Graben (6) jeweils mindestens einen optischen Kanal unterbricht, - Anordnen des Submount-Trägers (7) auf dem planaren optischen Schaltkreis (5) durch Flip-Chip Montage, wobei jeweils mindestens eine Detektionseinheit (8) in einen Graben (6) eingesetzt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Submount-Träger vor der Montage der Detektionseinheiten folgende Fertigungsschritte erfährt: - Aufbringen und Strukturieren einer Metallisierung,
- Aufbringen und Strukturieren einer Lötstoppschicht und
- Aufbringen von Lotbumps (9).
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