JP6920302B2 - 表面結合システム - Google Patents

Description

本明細書で説明される実施形態は、表面結合システムに関する。

特に別段の明示がない限り、このセクションに記載されている内容は、本願の特許請求の範囲の先行技術ではなく、このセクションに含めることによって先行技術と認められることはない。

シングルモード発光レーザからの光をシリコン（Ｓｉ）フォトニクスに結合することはコストが高く、なぜなら、一般的に２つのレンズと大型のアイソレータブロックとを必要とするからである。このようなレーザ及びシリコン（Ｓｉ）フォトニクスを含むシステムでは、光軸位置ずれ公差が０．５マイクロメートル（μｍ）未満であり得る。このような低い光軸位置ずれ公差は、典型的に、アクティブアラインメントが満たされることを要求する。

本願で特許請求される主題は、何れかの欠点を解決するか、又は上述のような環境のみで動作する実施例に限定されない。むしろ、この背景は、本明細書に記載されている幾つかの実施例が実施され得る１つの例示的な技術分野を説明するために提供されているにすぎない。

この概要は、後に詳細な説明でより詳細に説明される概念の選択を簡略化した形式で紹介するために提供される。この概要は、特許請求される主題の主要な特徴又は本質的特性を特定しようとするものではなく、特許請求される主題の範囲を判断する際の補助として使用されることが意図されている。

本明細書に記載されている幾つかの例示的な実施形態は、概して、表面結合システムに関する。
システムは、表面結合端面発光レーザであって、コア導波路、表面結合端面発光レーザの、コア導波路と同じ層中でコア導波路に光学的に結合されたファンアウト領域、及びファンアウト領域内に形成された第一の表面格子を含む表面結合端面発光レーザと、光集積回路（ＰＩＣ：ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）であって、光学導波路及びＰＩＣの上層中に形成された第二の表面格子を含み、第二の表面格子は、第一の表面格子と光軸合わせされている、光集積回路（ＰＩＣ）とを含み得る。

他のシステムは、第一の導波路及び第一の導波路に光学的に結合された第一の回折格子を含む表面結合端面発光レーザと、第二の導波路及び第二の導波路に光学的に結合された第二の回折格子を含むＰＩＣとを含み、表面結合端面発光レーザの第一の導波路は、コア屈折率を有するコアと、上部クラッド屈折率を有する上部クラッドと、下部クラッド屈折率を有する下部クラッドとしての基板とを含み、第一の回折格子は、第一の導波路のコアに形成された格子歯を含み、格子歯は、それぞれ全高、第一の導波路のコアより上の高さ、周期、及びデューティサイクルを有し、及びコア屈折率は、第一の閾値より大きく、それにより、第一の回折格子の有効屈折率は、下部クラッド屈折率より、回折光モードの基板中への漏洩を防止するのに十分に高い。

また別のシステムは、第一の導波路及び第一の導波路に光学的に結合された第一の回折格子を含む表面結合端面発光レーザと、第二の導波路及び第二の導波路に光学的に結合された第二の回折格子を含むＰＩＣとを含み、表面結合端面発光レーザの第一の導波路は、コア屈折率を有するコアと、上部クラッド屈折率を有する上部クラッドと、下部クラッド屈折率を有する下部クラッドとしての基板とを含み、第一の回折格子は、第一の導波路のコアの上方に形成された交互の格子歯及び上部クラッド歯を含み、第一の回折格子の有効屈折率は、少なくともコア屈折率及び上部クラッド屈折率に依存し、且つ下部クラッド屈折率より少なくとも６％高い。

本発明の他の特徴及び利点は、以下の説明に記載されており、一部は、説明から明らかとなるか又は本発明の実施により知り得る。本発明の特徴及び利点は、付属の特許請求の範囲で特に指摘されている手段及び組合せによって実現され且つ得られ得る。本発明のこれら及び他の特徴は、以下の説明及び付属の特許請求の範囲からより十分に明らかとなるか、又は後述のような本発明を実施することにより知り得る。

本発明の上記及び他の利点及び特徴をさらに明確にするために、本発明のより詳細な説明が、添付の図面に示されている具体的な実施形態に関して提供される。これらの図面は、本発明の典型的な実施形態のみを描いており、したがってその範囲を限定するものとみなされないことが理解される。本発明は、下記のような添付の図面を用いてさらに具体的且つ詳細に記載され、説明される。

例示的な表面結合システムを示す。 表面結合システムで実施され得る例示的な表面結合端面発光レーザを示す。 表面結合システムで実施され得る他の例示的な表面結合端面発光レーザを示す。 他の例示的な表面結合システムを示す。 ３つの異なる例示的な光学アイソレータの構成を示す。 複数のスポットサイズに関するギャップ距離ｚに関する結合効率のシミュレーションのグラフ表現を示す。 例示的な表面結合端面発光レーザのパッシブ部分を示す。 他の例示的な表面結合端面発光レーザのパッシブ部分を示す。 それぞれパッシブ部分を通る光の伝播のシミュレーションのグラフ表現を含む。 パッシブ部分の回折角度に関する例示的なファーフィールドプロファイルのグラフ表現を示す。 回折光のシミュレーションの各種のグラフ表現を示す。 上部ミラーを備えるパッシブ部分における第一の表面格子の格子周期の数Ｎに関する回折効率損失のシミュレーションのグラフ表現を示す。 レーザの他のパッシブ部分を示す。 他の例示的な表面結合端面発光レーザの断面図、浅いリッジの端面方向断面図、深いリッジの端面方向断面図、及び上面図を示す。 第一の表面格子の長さに沿った位置に関する格子出力の電界と、第一の表面格子の回折角度に関するファーフィールドプロファイルとの各種のグラフ表現を示す。 表面結合端面発光レーザの側方断面図である。 他の例示的な表面結合システムを示す。 コア導波路、ファンアウト領域、及び第一の表面格子の上面図を示す。 図１５のコア導波路、ファンアウト領域、及び第一の表面格子中の光強度のシミュレーションのグラフ表現を示す。 他の例示的な表面結合システムを示す。 表面結合端面発光レーザの他の例を示す。 異なる処理ステップにおける図１８Ａのレーザを示す。 例示的なＳｉ光通信モジュールの上面図及び側面図である。 他の例示的なＳｉ光通信モジュールを示す。 他の例示的なＳｉ光通信モジュールを示す。 他の例示的な表面結合システムを示す。 図２１の表面結合システムで実装され得る例示的な表面結合端面発光レーザの各種の図を示す。 図２１の表面結合システムで実装され得る他の例示的な表面結合端面発光レーザの各種の図を示す。 他の例示的な表面結合システムを示す。 例示的なＳｉ ＰＩＣを示す。 他の例示的なＳｉ ＰＩＣを示す。 ミラーを備えるＰＩＣ中のＳｉＮ ＬＡＳＧの側方断面図を示す。 他の例示的な表面結合システムを示す。 本明細書に記載の第一及び第二の表面格子の一方若しくは両方、又は他のＬＡＳＧで実装され得る例示的な集光表面格子を示す。 本明細書に記載の第一及び第二の表面格子の一方又は両方で実装され得る表面格子の指向性を増大させるための例示的な概念を示す。 他の例示的な表面結合システムを示す。 図３０Ａの表面結合システムの例示的な実施例を示す。 他の例示的な表面結合システムを示す。 他の例示的な表面結合システムを示す。

本明細書に記載されている幾つかの実施形態は、一般的に２つのレンズと大型のアイソレータブロックとを必要とする前述のようなシステムにおけるレンズを不要とし、それにより、このようなシステムの部品数を減らし、コストを削減することができ、このようなシステムにおけるパッケージング工程が格段に簡素化される。このようなシステムではアイソレータ（isolator）が使用され得る。このようなシステムにレンズがなければ、アイソレータは、大幅に小型化且つ低コスト化され、また光軸位置ずれ公差（alignment tolerance）が有意に増大され得る。例えば、光軸位置ずれ公差は、光軸合わせ中にレーザをオンにする必要のあるアクティブフィードバックアラインメント方式により行われなければならない約０．１μｍから、パッシブアラインメント式の、すなわちレーザをオンにしなくてよいピックアンドプレースマシン（pick-and place machine）において達成される約１〜２μｍ又はさらには５〜８μｍへ１０倍又はさらには５０倍増大され得る。代わりに又は加えて、本明細書に記載の実施形態は、レーザのウェハレベルの試験を可能にし得る。

幾つかの実施形態によれば、第一の表面格子（すなわち、第一の回折格子又は送信格子）と、第二の表面格子（すなわち、第二の回折格子又は受信格子）とを含む表面結合システムが提供され、端面発光レーザからの光をＰＩＣ、例えばＳｉ ＰＩＣに結合する。幾つかの実施形態において、第一及び第二の表面格子は、それぞれ低屈折率差の長い表面格子を含み得る。一般に、低屈折率差長形表面格子は、屈折率差が約１〜１．５であり、長さが１０μｍより長い表面面格子を含み得る。他の実施形態において、第一及び第二の表面格子は、それぞれ長さが約１０μｍより長く、低屈折率差はあってもなくてもよいＬＡＳＧを含み得る。

端面発光レーザは、リン化インジウム（ＩｎＰ）レーザ又は他の適当な端面発光レーザを含み得る。ＩｎＰレーザは、ファンアウト領域（fan out region）内で第一の表面格子まで広がる入力パッシブ導波路を含み得る。第一の表面格子は、第一の表面格子により回折される光ビームについて、約８〜４０μｍの比較的大きい光学モードスポットサイズを生成するように構成され得る。

第二の表面格子は、Ｓｉ ＰＩＣに形成され得る。第二の表面格子は、第一の表面格子により回折された光ビームを受け取り、且つ光ビームをＳｉ ＰＩＣの導波路へ方向転換するように構成され得る。

本明細書に記載されている実施形態は、第一の回折格子の態様もさらに含む。ある例示的な実施形態において、表面結合システムは、表面結合端面発光レーザ（surface coupled edge emitting laser）とＰＩＣとを含み得る。表面結合端面発光レーザは、第一の導波路と、第一の導波路に光学的に連結された第一の回折格子とを含み得る。ＰＩＣは、第二の導波路と、第二の導波路に光学的に連結された第二の回折格子とを含み得る。表面結合端面発光レーザの第一の導波路は、コア屈折率を有するコアと、上部クラッド屈折率を有する上部クラッドと、下部クラッド屈折率を有する下部クラッドとしての基板とを含み得る。第一の回折格子は、第一の導波路のコア上に形成された格子歯を含み、格子歯は、それぞれ全高、第一の導波路のコアより上の高さ、周期、及びデューティサイクルを有する。コア屈折率は、第一の閾値より大きく、それにより、第一の回折格子の有効屈折率は、下部クラッド屈折率より、基板中への回折光モードの漏洩を防止するのに十分に高い。

コア屈折率は、幾つかの実施形態では、格子歯の格子歯屈折率と同じであり、３．４以上、例えば３．４〜３．４４の範囲又は３．４２であり得る。１つ又は複数の例示的実施形態による第一の回折格子の他の様々なパラメータは、後に説明される。

他の例示的実施形態において、表面結合システムは、表面結合端面発光レーザとＰＩＣとを含み得る。表面結合端面発光レーザは、第一の導波路と、第一の導波路に光学的に結合された第一の回折格子とを含み得る。ＰＩＣは、第二の導波路と、第二の導波路に光学的に結合された第二の回折格子とを含み得る。表面結合端面発光レーザの第一の導波路は、コア屈折率を有するコアと、上部クラッド屈折率を有する上部クラッドと、下部クラッド屈折率を有する下部クラッドとしての基板とを含み得る。第一の回折格子は、第一の導波路のコアの上方に形成された交互の格子歯及び上部クラッド歯を含み得る。第一の回折格子の有効屈折率は、少なくともコア屈折率及び上部クラッド屈折率に依存し、且つ下部クラッド屈折率より少なくとも６％高いことができる。

次に、図面を参照しながら、本発明の例示的な実施形態の各種の態様を説明する。図面は、このような例示的実施形態の図式的且つ概略的な表現であり、本発明を限定するものではなく、また必ずしも正確な縮尺によらないことを理解すべきである。

図１は、本明細書で説明される少なくとも１つの実施形態により配置された例示的な表面結合システム１００を示す。表面結合システム１００は、表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）１０２と、Ｓｉ ＰＩＣ １０４とを含み得る。少なくとも１つの実施形態において、レーザ１０２は、ＩｎＰレーザを含み得る。

加えて、レーザ１０２は、第一の表面格子１０６を含み、Ｓｉ ＰＩＣ １０４は、第二の表面格子１０８を含み得る。第一の表面格子１０６は、コア導波路を通じてレーザ１０２のアクティブ部分１１２に光学的に結合され得る。コア導波路は、レーザ１０２のアクティブ部分１１２の利得媒質（図示せず）によって発せられる光を受け取るように光学的に結合され得る。幾つかの実施形態において、ファンアウト領域は、コア導波路と第一の表面格子１０６との間に提供され、及び／又はコア導波路を含み得る。ファンアウト領域は、コア導波路と同じ媒質及び層から形成され、それにより、ファンアウト領域は、一般に、コア導波路の延長であり得る。加えて、ファンアウト領域は、格子線を含み、それにより、ファンアウト領域は、一般に、第一の表面格子１０６の延長であり得る。

レーザ１０２のアクティブ部分１１２から発せられた光は、コア導波路を通ってファンアウト領域へ進み、そのファンアウト領域で光のモードが横方向（例えば、一般に図１のページから出入りする方向）に広がり得る。第一の表面格子１０６は、光を回折され、横方向に広がるモードは、一般に、回折光１１０として下方に向かう。回折光１１０は、Ｓｉ ＰＩＣ １０４の第二の表面格子１０８に向かって回折され得る。回折光１１０のモードは、ファンアウト領域内で８〜４０μｍのスポットサイズ（横方向に測定）へ広がり、それと同時に第一の表面格子１０６によってアクティブ部分１１２の方向に沿って広がる。このような回折光が広がる方法の１つの考え得る利点は、スポットサイズを標準的なスポットサイズコンバータで実現できる２〜４μｍのスポットサイズよりはるかに大きくし得ることであり得る。

回折光１１０は、第二の表面格子１０８によって受け取られ得る。回折光１１０は、第二の表面格子１０８によりＳｉ ＰＩＣ １０４の導波路（図示せず）へ方向転換され得る。導波路の一例は、Ｓｉ導波路であり得る。図示されていないが、光アイソレータは、後方反射を低減させるために第一の表面格子１０６と第二の表面格子１０８との間に提供され得る。光アイソレータは、Ｓｉ ＰＩＣ １０４及び／又はレーザ１０２に取り付けられ得る。

他のレーザ−ＰＩＣシステムにおいて、１つの潜在的な問題は、このようなシステムではスポットサイズが比較的小さいため、レーザからの光をＰＩＣのＳｉ導波路に結合するために２つのレンズと大型の光アイソレータブロックとが使用され得ることである。これらの他のレーザ−ＰＩＣシステム及び他の同様のシステムは、ＰＩＣに対するレーザの光軸位置ずれ公差が０．１μｍであり得る。これらの他のレーザ−ＰＩＣシステム及び他の同様のシステムのまた別の潜在的な問題は、光軸合わせが一般にアクティブに実行される（例えば、レーザがオンの状態で行われる）ことである。

それと比較して、本明細書で説明するシステム及び設計によるレーザ１０２とＳｉ ＰＩＣ １０４との間の光軸位置ずれ公差は、１〜２μｍ又はそれを超え得る。このような光軸位置ずれ公差は、光軸合わせをパッシブに（例えば、光軸合わせ中、レーザはオフ）行うことが可能になり得る。

本明細書で説明する第一の表面格子１０６及び第二の表面格子１０８等の表面格子は、周期的構造を含み得る。周期的構造の屈折率は、交互の材料の繰り返しの周期的な領域を提供することによって周期的に交互に変化し得る。周期的領域は、コルゲーション（corrugation）又は歯と呼ばれ得る。第一の表面格子１０６及び第二の表面格子１０８のコルゲーション又は歯は、回折光１１０の指向性を改善するためにエッチングされ得る。

交互の材料の周期的領域は、第一の屈折率の第一の材料による領域及び第二の屈折率の第二の材料による他の領域を有し得る。第一の屈折率と第二の屈折率との差は、表面格子の屈折率差と呼ばれ得る。周期的構造の光の伝播方向への長さは、表面格子の長さと呼ばれ得る。周期的構造に含められる表面格子又はコルゲーションの深さは、カッパ（Kappa）、すなわちΚと呼ばれ、この深さは、光の伝播方向に垂直及び横方向への拡張方向に垂直の両方の方向に測定される。

ＩｎＰ中に形成された格子は、典型的に、レーザキャビティ内にミラーを形成する分布帰還型リフレクタ（ＤＢＲ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）として使用される。これらの用途では、格子は、ＩｎＰ中の導波路から入射した光を、入射に関して１８０°で入射と同じ平面内において直接反射し、例えば後方反射する。格子の屈折率差は、インジウムガリウムヒ素リン化物（ＩｎＧａＡｓＰ）とＩｎＰとの間にあり、これらは、ＩｎＧａＡｓＰの正確な組成に応じてわずかに異なる屈折率を有する。ＤＢＲの例として、ＩｎＰ格子の屈折率差は、Κ１００〜２００ｃｍ^−１、長さ約１００μｍで約０．０１であり得る。このような構成の例示的なＩｎＰ格子は、約９２％の結合効率を実現し得る。ＩｎＰ表面格子のバンド幅は、ＩｎＰ表面格子の中心がレーザの名目上の中心波長にある場合、約４ナノメートル（ｎｍ）であり得る。本明細書に記載されている少なくとも１つの実施形態によれば、ＩｎＰ格子は、入射光を入射面の外に回折させるように設計され、したがって回折格子であり、これは表面格子と呼ばれ得る。

少なくとも１つの実施形態において、ＩｎＰ表面格子の屈折率差は、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）又は他の誘電体上部クラッド（dielectric top cladding）を備える、深掘りエッチングされたＩｎＧａＡｓＰ又はＩｎＰ表面格子を用いて約２であり、ＩｎＰ表面格子の長さも、約５０μｍで−０．５ｄＢの低い結合損失を実現し得る。結合損失は、導波路の入射部におけるパワー全体に関する、格子の平面からファーフィールド（far field）の狭い角度に向けられるパワーの比であり得る。

例示的なＩｎＰ表面格子の長さは、例示的なＳｉ／ＳｉＯ_２表面格子の長さより長いことができ、なぜなら、光学モードと格子屈折率プロファイルとの重なり積分と定義される例示的なＩｎＰ表面格子の有効屈折率差は、例示的なＳｉ表面格子の有効屈折率差より比較的小さいことができるからである。例示的なＩｎＰ表面格子は、幾つかの実施形態において、８０ｎｍという高いバンド幅を用いて高い結合効率を有するように構成され得る。

第二の表面格子１０８の例は、Ｓｉ表面格子を含み得る。例示的なＳｉ表面格子の屈折率差は約２であり、長さは１０〜２０μｍであり得る。これらの構成の例示的なＳｉ表面格子は、約３０ｎｍのバンド幅で約１０μｍファイバモードにファーフィールド発光するように構成され得る。例示的なＳｉ表面格子は、例示的なＩｎＰ表面格子により生成されるモードプロファイルとマッチするように構成され得る。或いは、Ｓｉ ＰＩＣ １０４は、本明細書に記載されているように、第二の表面格子１０８として実装される窒化シリコン（ＳｉＮ）表面格子を含み得る。ＳｉＮ表面格子の屈折率差は、Ｓｉ表面格子より小さいことができる。そのため、ＳｉＮ表面格子のモードプロファイルは、例示的なＩｎＰ表面格子のモードプロファイルとよりよくマッチし得る。

屈折率差がほぼ２であり、長さが約１０〜２０μｍである例示的なＳｉ表面格子の結合効率は、０．８〜２デシベル（ｄＢ）であり得る。屈折率差がより小さく、及び／又は長さがより長い例示的なＳｉ表面格子の結合効率は、０．８〜２ｄＢより高いことができる。幾つかの実施形態において、例示的なＳｉ表面格子の長さは、例示的なＩｎＰ表面格子の長さとマッチするか、実質的にマッチするように延長され得る。

上記及び本明細書中で説明されているように、第一の表面格子１０６及び第二の表面格子１０８等の表面格子の場合、最大の結合又は共鳴は、式１で定義されるような共鳴波長で起こり得る。

式１中、λ_０は、共鳴波長を示し、ｎ_ｓは、表面格子のクラッドの屈折率を示し、θは、結合角度であり、Λは、表面格子の格子周期であり、ｎ_ｗは、表面格子の有効屈折率であり得る。表面格子の有効屈折率ｎ_ｗは、例えばエッチング深さ、コアの屈折率、及び誘電体の屈折率に依存し、コア及び誘電体は、表面格子の周期的表面の周期的領域を構成する。固定された格子周期及び結合角度の場合、結合効率は、波長が共鳴波長から離れるにつれて劣化し、これは、式１の共鳴条件が満たされなくなるからである。

式２は、波長に関する波動ベクトルのミスマッチ量を示す。

式２中、Δβは、波長λに関する波動ベクトルのミスマッチであり、ｎ_ｓ、ｎ_ｗ、及びΛは、式１に関して説明したとおりである。共鳴では、Δβ（λ）は０と等しいことができる。

図２Ａ及び２Ｂは、図１に関して説明した表面結合システム１００等の表面結合システムで実装され得る例示的な表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）２０２Ａを示す。図２Ａは、底面図を含み、図２Ｂは、レーザ２０２Ａの下側斜視図を含む。図２Ｃは、図１に関して説明した表面結合システム１００等の表面結合システムで実装され得る他の例示的な表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）２０２Ｂを示す。レーザ２０２Ａ及び２０２Ｂの各々は、図１のレーザ１０２を含み得るか又はそれに対応し得る。

まず、図２Ａ及び２Ｂを参照すると、レーザ２０２Ａは、利得媒質２１６と、第一の分散ブラッグリフレクタ（ＤＢＲ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｆｆ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）２１４Ａと、第二のＤＢＲ ２１４Ｂとを含み得る。第一及び第二のＤＢＲ ２１４Ａ〜Ｂは、利得媒質２１６と共にレーザキャビティ２１２を形成し、それにより、図２Ａ及び２Ｂの例におけるレーザ２０２Ａは、ＤＢＲレーザを含み得る。代わりに又は加えて、図２Ｃに示されるように、レーザ２０２Ｂは、分布帰還型（ＤＦＢ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザを含み、格子２２０及び利得媒質２２２はレーザキャビティ内で重複する。他の実施形態において、ＤＦＢ型利得領域及び１つ又は複数のパッシブＤＢＲ領域は、両方とも分散リフレクタ（ＤＲ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザと呼ばれ、また、高速レーザの用途に使用され得る構成内でフィードバックを提供するために存在し得る。レーザ２０２Ａ、２０２Ｂの各々は、対応するレーザキャビティ（例えば、図２Ａ及び２Ｂの２１２）に光学的に結合された第一の表面格子２０６を含み得る。第一の表面格子は、図１に関して説明した第一の表面格子１０６と同様又は同じであり得る。第一の表面格子２０６のファンアウト領域は、第一の表面格子２０６とファンアウト領域とが部分的に又は完全に重複するように格子線を含み得る。

図２Ａ及び２Ｂにおいて、第二のＤＢＲ ２１４Ｂの反射率は約９８パーセントであり、第一のＤＢＲ ２１４Ａの反射率は約３０パーセントであり得る。他の実施形態において、第一及び第二のＤＢＲ ２１４Ａ〜Ｂは、他の反射率の値を有し得る。

レーザ２０２Ａは、一般に、第一のＤＢＲ ２１４Ａを通じて第一の表面格子２０６へ光２１８を発し得る。発せられた光２１８は、第一の表面格子２０６と相互作用し、第一の表面格子２０６によって回折光２１０として回折され得る。

図２Ｃにおいて、ＤＦＢとして実装されるレーザ２０２Ｂは、一般に、ＤＦＢレーザの正面から第一の表面格子２０６に向かって光２２４を発し得る。光２２４は、第一の表面格子２０６と相互作用し、第一の表面格子２０６によって回折光２２６として回折され得る。

レーザ２０２Ａ及び／又は２０２Ｂは、レーザ２０２Ａ又は２０２Ｂ上のＳｉＮ又は酸化シリコン（ＳｉＯ_ｘ）の堆積により形成されたパッシベーション層によって気密封止され得る。より詳しくは、ＳｉＮ及び／又はＳｉＯ_ｘの１つ又は複数の層がレーザ２０２Ａ又は２０２Ｂ上に堆積されて、レーザ２０２Ａ又は２０２Ｂを気密封止し得る。

図３Ａ及び３Ｂは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的な表面結合システム３００を示す。表面結合システム３００は、表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）３０２とＳｉ ＰＩＣ ３０４とを含み得る。レーザ３０２は、図１及び２Ａ〜２Ｃに関して上述したレーザ１０２、２０２Ａ、及び／又は２０２Ｂと同じ又は同様であり得る。Ｓｉ ＰＩＣ ３０４は、図１に関して上述したＳｉ ＰＩＣ １０４と同じ又は同様であり得る。

レーザ３０２は、第一の表面格子３０６を含み得る。第一の表面格子３０６は、図１及び２Ａ〜２Ｃに関して上述した第一の表面格子１０６及び２０６と同じ又は同様であり得る。Ｓｉ ＰＩＣ ３０４は、第二の表面格子３０８を含み得る。第二の表面格子３０８は、図１に関して上述した第二の表面格子１０８と同じ又は同様であり得る。第一の表面格子３０６と第二の表面格子３０８とは、代わりに又は加えて、それぞれＬＡＳＧを含み得る。代わりに又は加えて、第一の表面格子３０６は、トランスミッタ格子又は大面積表面レーザカプラと呼ばれ、その一方で第二の表面格子３０８は、レシーバ格子又は大面積表面Ｓｉカプラと呼ばれ得る。表面結合システム３００はまた、レーザ３０２とＳｉ ＰＩＣ ３０４との間に配置された光アイソレータ３２０も含み得る。

レーザ３０２は、レーザ３０２のレーザキャビティ３１２から発せられた光の光学モードを拡張するように構成され得る。レーザキャビティ３１２から発せられた光の光学モードは、８〜４０μｍのスポットサイズ、又は２０〜４０μｍのスポットサイズ、又は他の比較的大きいスポットサイズに拡張され得る。そのため、Ｓｉ ＰＩＣ ３０４に関するレーザ３０２の光軸位置ずれ公差は、約＋／−５μｍであり、これは、マルチモード（ＭＭ：ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ）垂直キャビティ表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ）等、他のレーザの光軸位置ずれ公差と同様であり得る。このような比較的大きいスポットサイズの場合、光アイソレータ３２０にとって回折は無視し得る。そのため、幾つかの実施形態において、光アイソレータ３２０は、厚さ約６００μｍであり、これは、光アイソレータ３２０の上面上の入力偏光子と共にガーネットを含む。より一般的に、光アイソレータ３２０の物理的厚さは、３００μｍ〜８００μｍの範囲であり得る。光アイソレータ３２０の上面は、レーザ３０２に結合された表面であり得る。

光アイソレータ３２０は、光アイソレータ３２０の下面上の出力偏光子を含み得る。光アイソレータ３２０の下面は、Ｓｉ ＰＩＣ ３０４に結合された表面であり得る。入力及び出力偏光子の各々は、ポーラーコア（ＰＯＬＡＲＣＯＲ）という商品名でコーニング（ＣＯＲＮＩＮＧ）が販売する偏光子又は他の適当な偏光子を含み得る。光アイソレータ３２０の上側表面積又は下側表面積は、光アイソレータが２つのレンズ間に位置付けられる他のレーザ−ＰＩＣシステムにおける光アイソレータの少なくとも４００〜５００μｍの表面積と比較して、１００〜２００μｍ又はそれ未満であり得る。光アイソレータ３２０の表面積がより小さいことにより、他のレーザ−ＰＩＣシステムと比較して、幾つかの実施形態における光アイソレータ３２０のコストが削減され得る。

本明細書に記載のＬＡＳＧの利点は、図３Ｂに示されるように、レーザからの光学ビームの発散を考えることでわかる。図３Ｂに関して、レーザ３０２から回折するスポットサイズは、式３により特定され得る。

式３中、ｗ_０は、第一の表面格子３０６によりレーザ３０２から回折される光学スポットサイズ３２２又はビームウェストであり、ｗ（ｚ）は、距離ｚに関する、例えば第二の表面格子３０８におけるスポットサイズ３２４であり、ｎは、光学ビームがその中を伝播する媒質の屈折率であり、ｚ_Ｒは、式３の右側で定義される。

レーザ３０２の第一の表面格子３０６の大きさがＳｉ ＰＩＣ ３０４中の第二の表面格子３０８と同じであり、レーザ３０２により出力されるビームが光アイソレータ３２０を通じて発散すると仮定すると、ビームのスポットサイズは、ｗ_０ ３２２からｗ（ｚ）３２４へ増大する。ｗ（ｚ）３２４と第二の表面格子３０８との間の重複を利用して、結合角度が最適であると仮定して結合損失を特定できる。

各コンポーネント（すなわち、光アイソレータ３２０）内を通るビームの第一の表面格子３０６と第二の表面格子３０８との間の有効距離は、物理的距離を、そのコンポーネント又はビームがその中を伝搬する他の媒質の屈折率で割ったものと等しい。例えば、厚さが４０μｍであり、ｎが１．５である光アイソレータ３２０の偏光子の有効距離は、４０μｍ／１．５、すなわち約２７μｍである。

「作動距離」は、レーザ３０２から（又はより詳しくは、レーザ３０２の第一の表面格子３０６から）発せられたスポット間の結合損失が、第二の表面格子３０８上において、０．５ｄＢの損失となる大きさに発散するときの空気中の距離であり得る。幾つかの実施形態において、その屈折率が約３．２に正規化されたレーザ３０２のＩｎＰ基板の厚さが「作動距離」の計算に含められ、なぜなら、第一の表面格子３０６からの光がレーザ３０２のＩｎＰ基板から出た後にアイソレータスタックに衝突するからである。光アイソレータ３２０及びレーザ３０２のＩｎＰ基板の、第一の表面格子３０６と第二の表面格子３０８との間の有効距離、スポットサイズｗ_０ ３２２を考えると、第一の表面格子３０６及び第二の表面格子３０８は、結合損失が確実に＜０．５ｄＢとなるように構成され得る。本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態によれば、レーザを発する表面結合端面発光レーザの第一の表面格子とＰＩＣの第二の表面格子との間の作動距離は、少なくとも１００μｍであり得る。

図４は、本明細書に記載されている少なくとも１つの実施形態により配置された３つの異なる光アイソレータ構成４２０Ａ〜Ｃを示す。光アイソレータ構成４２０Ａ〜Ｃは、二段形アイソレータ４２０Ａ、一段形アイソレータ４２０Ｂ、及び第二の偏光子が集積されたアイソレータ４２０Ｃを含む。

二段形アイソレータ４２０Ａは、第一の「バルク（bulk）」形２層偏光子スタック４２４Ａを含み得る。本明細書で使用される限り、「バルク」とは、Ｓｉ ＰＩＣと一体化されていないマイクロオプティックコンポーネントを意味する。二段形アイソレータ４２０Ａはまた、ファラデー回転子（Faraday rotator）４２６Ａ及び第二のバルク形２層偏光子スタック４２４Ｂも含み得る。第二のバルク形２層偏光子スタック４２４Ｂは、アイソレーションが概して４０〜５０ｄＢとなるように構成され得る。加えて、二段形アイソレータ４２０Ａは、光ビームの偏光状態を変更又は変化させるための１／２波長板４２８を含み得る。

二段形アイソレータ４２０Ａは、概して６００μｍ（例えば、６００〜８００μｍ）の有効厚さを有し得る。二段形アイソレータ４２０Ａは、本明細書で説明される３つの光アイソレータ４２０Ａ〜Ｃのうちの最も厚いものであり得る。

一段形アイソレータ４２０Ｂは、第一のバルク偏光子４３０Ａ、ファラデー回転子４２６Ｂ、及び第二のバルク偏光子４３０Ｂを含み得る。第二のバルク偏光子４３０Ｂは、アイソレーションが２０ｄＢとなるように構成され得る。一段形アイソレータ４２０Ｂは、１／２波長板を省略して構成され得る。例えば、第二の表面格子が一段形アイソレータ４２０Ｂの第二のバルク偏光子４３０Ｂの偏光状態を受けるように構成されている場合、１／２波長板は省略され得る。一段形アイソレータ４２０Ｂの有効厚さは、概して３００μｍであり得る。

第二の偏光子が統合されたアイソレータ４２０Ｃは、第二のバルク偏光子を省略し、第一のバルク偏光子４３０Ｃ及びファラデー回転子４２６Ｃが、第二の偏光子が統合されたアイソレータ４２０Ｃの離散コンポーネントとして残るように構成され得る。第二の偏光子が統合されたアイソレータ４２０Ｃにおいて、Ｓｉ ＰＩＣ上の第二の表面格子は、１回偏光用に構成され得る。第二の表面格子は、第二のバルク偏光子が省略された場合に偏光子としての役割を果たし得る。Ｓｉ ＰＩＣ偏光スプリッタ（図示せず）を含む第二の統合偏光子は、消光比１０〜２０ｄＢの第二の偏光子として使用され得る。第二の統合偏光子は、Ｓｉ ＰＩＣのファイバ結合端と、レーザの第一の表面格子に結合された第二の表面格子に接続された導波路との間に配置され得る。

レーザへの又はそれからの偏光のために使用される偏光子４２４Ａ、４３０Ａ、及び４３０Ｃは、典型的に、４０〜５０ｄＢの偏光消光比（ＰＥＲ：ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）を有し、これは、所望の偏光におけるパワーを、偏光子を通る光の偏光されなかったパワーで割った比と定義される。このような４０〜５０ｄＢ ＰＥＲの偏光子は、典型的に、２０〜２５ｄＢ ＰＥＲの２つの偏光子を、基板を挟んで積層させたものを含み得るため、２００μｍの厚さである。このような偏光子の厚さを削減して、有効作動距離を短縮することが望ましいことがあり得る。これら及び他の実施形態において、表面結合システムの第一の表面格子であって、ＩｎＰ表面格子を含み得る第一の表面格子は、横電場（ＴＥ：Ｔｒａｎｓｖｅｒｓ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏光で光を所望の角度で効率的に回折させるように構成され得る。この場合、垂直偏光の横磁場（ＴＭ：Ｔｒａｎｓｖｅｒｓ Ｍａｇｎｅｔｉｃ）は効率的に結合されず、第一の表面格子は、消光比１０〜２０ｄＢの偏光子として機能できる。このような実施形態では、偏光子４２４Ａ、４３０Ａ、及び４３０Ｃはより薄く（例えば、２００μｍより薄く）、２０〜２５ｄＢのより小さい偏光消光比を有するように選択され、これは、第一の表面格子のＰＥＲと共に、同程度の合計４０〜５０ｄＢ ＰＥＲをより短い作動距離及びより低コストで提供し得る。２０ｄＢ ＰＥＲで十分である場合、幾つかの用途では、偏光子４２４Ａ、４３０Ａ、及び４３０Ｃは除去され、第一の表面格子は、アイソレータスタックにおける２０ｄＢ ＰＥＲとして機能し、レーザに対して２０ｄＢのアイソレーションを提供する。

例示的なＳｉ ＰＩＣ偏光スプリッタは、２０１５年１１月１１日に出願された米国特許出願公開第１４／９３８８１５号明細書（以下、「‘８１５号出願」という）に記載されており、この出願は参照により本願に援用される。第二のバルク偏光子の代わりに第二の表面格子に集積された偏光子を使用する利点は、第一の表面格子と第二の表面格子との間の有効厚さの相対的な縮小であり、それにより、レーザの第一の表面格子からＳｉ ＰＩＣの第二の表面格子に向かって発せられる比較的小さいスポットサイズを使用することが可能になり得る。

図５は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、複数のスポットサイズの、ギャップ距離ｚ（μｍ）に関する結合効率（ｄＢ）のシミュレーションのグラフ表現５７１を示す。曲線５７３、５７５、及び５７７は、それぞれ１０μｍ、１４μｍ、及び１８μｍのスポットサイズの結合効率を示す。図５のシミュレーションでは、Ｓｉ ＰＩＣ中の第二の表面格子、例えばレシーバ格子に結合されるときのスポットの回折による結合効率のみが考慮されている。Ｓｉ ＰＩＣ内のレシーバ格子からＳｉ ＰＩＣ内のＳｉ又はＳｉＮ導波路への有限結合効率による追加的な結合損失があり得る。

スポットサイズ１０μｍに対応する曲線５７３について、約−０．５ｄＢの結合効率が約１６０μｍのギャップ距離（又は有効厚さ）で実現され得る。このギャップ距離は、第二の偏光子が集積されたアイソレータ、例えば図４に関して説明された第二の偏光子が集積されたアイソレータ４２０Ｃの有効厚さに対応し得る。スポットサイズ１４μｍに対応する曲線５７５について、約−０．４ｄＢの結合効率は、約３００μｍのギャップ距離（又は有効厚さ）で実現され得る。このギャップ距離は、一段形アイソレータ、例えば図４に関して説明した一段形アイソレータ４２０Ｂの有効厚さに対応し得る。スポットサイズ１８μｍに対応する曲線５７７について、約−０．６ｄＢの結合効率が約６００μｍのギャップ距離（又は有効厚さ）で実現され得る。このギャップ距離は、二段形アイソレータ、例えば図４に関して説明した二段形アイソレータ４２０Ａの有効厚さに対応し得る。

図６は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された例示的な表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）のパッシブ部分６３２を示す。図６のパッシブ部分６３２を含むレーザは、本明細書で説明する表面結合システムの１つ又は複数で実装され得る。パッシブ部分６３２はコア導波路６４２を含み、これは、本明細書の他の箇所で説明する第一の表面格子に対応するか又はそれを含み得る第一の表面格子６０６に光学的に結合される。パッシブ部分６３２はまた、コア導波路６４２及び第一の表面格子６０６の下の基板６３４、コア導波路６４２及び第一の表面格子６０６の上方の誘電体６３６、並びに誘電体６３６の上方の上部ミラー６３８も含み得る。基板６３４は、コア導波路６４２のクラッドとしての役割を果たし得る。少なくとも１つの実施形態において、コア導波路６４２はＩｎＧａＡｓＰ導波路を含み得る。レーザの幾つかの実施形態は、上部ミラー６３８等の上部ミラーを含み、他の実施形態は上部ミラーがなくてもよい。

第一の表面格子６０６は、コア導波路６４２と誘電体６３６との接合面に形成された周期的構造６４０を含み得る。周期的構造６４０はコルゲート領域を含み、これは、誘電体６３６の領域と交互に配置されるコア導波路６４２の領域を含む。コア導波路６４２の領域の屈折率は、誘電体の領域６３６の屈折率と異なり得る。周期的領域は、コルゲーション又は歯と呼ばれ得る。周期的構造６４０は、例えばファンアウト領域の形態で光伝播方向（例えば、左から右）に横に（例えば、ページから出入りする方向に）拡張し得る。

誘電体６３６は、ＳｉＯ_２若しくはＳｉＮｘ、又は他の適当な誘電パッシベーション材料を含み得る。上部ミラー６３８は、金、誘電体スタック（例えば、ＨＲコーティング）、又は他の適当な材料及び／又はミラーを含み得る。基板６３４は、ＩｎＰ又は他の適当なクラッド材料を含み得る。

図６には示されていないが、パッシブ部分６３２を含むレーザは、加えて、アクティブ部分を含み、これは、利得媒質及び１つ又は複数のＤＢＲミラー又はＤＦＢリフレクタを含み、これらがまとめてコア導波路に光学的に結合されたレーザキャビティを形成する。

パッシブ部分６３２は、第一の表面格子６０６によって基板６３４を通って下方に回折される光の部分を最大にするように構成され得る。加えて、パッシブ部分６３２は、第一の表面格子６０６によってレーザの基板を通ってレーザの下に位置付けられたＳｉ ＰＩＣの第二の表面格子へ回折される光の部分を最大にするように構成され得る。第一の表面格子６０６を通って進む光ビームの一部は、基板６３４からパッシブ部分６３２のエピタキシャル成長された上面に向かって回折され、それにより、基板６３４に向かい、Ｓｉ ＰＩＣに入る方向への結合効率が低下する。そのため、上部ミラー６３８が誘電体６３６の上に堆積されて、上方に回折された光ビームを、クラッド６３４を通ってＳｉ ＰＩＣに入るように下方に方向転換され得る。方向転換された光が第一の表面格子６０６からクラッド６３４に向かって回折される光と同位相で追加されることを確実にするために、誘電体６３６の厚さは、式４を満たし得る。

d = m (λ cos(θ)) / 2n_dielectric 式４
式４中、ｍは、整数であり、ｎは、誘電体６３６の屈折率であり、θは、垂直と、上方に回折する光の伝播方向との間の角度であり、λは、光ビームの波長である。

図８Ａは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、パッシブ部分を通過する光の伝播のシミュレーションのグラフ表現８７９である。図８Ａのパッシブ部分は、図６に関して説明したパッシブ部分６３２と同様であり得るが、上部ミラー（例えば、上部ミラー６３８）がない。パッシブ部分はまた、長さが短いことができる（例えば、長さ３０μｍ未満）。パッシブ部分は、４６２．２ｎｍの格子周期の第一の表面格子を含み得る。加えて、第一の表面格子は、６０周期及び長さ２７．７μｍ（６０周期×０．４６２μｍ＝２７．７μｍ）であり得る。図８Ａのグラフ表現８７９からわかるように、上部ミラーがないため、光の有意な部分（例えば、図８Ａの例では８．３％）がパッシブ部分から失われ得る。

図８Ｂは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、パッシブ部分を通過する光の伝播のシミュレーションのグラフ表現８８１である。図８Ｂのパッシブ部分は、図６に関して説明したパッシブ部分６３２と同様であり、上で図６に関して説明した上部ミラー６３８等の上部ミラーを含み得る。パッシブ部分はまた、長さが短いことができる（例えば、長さ３０μｍ未満）。パッシブ部分は、４６２．２ｎｍの格子周期の第一の表面格子を含み得る。加えて、第一の表面格子は、６０周期及び長さ２７．７μｍ（６０周期×０．４６２μｍ＝２７．７μｍ）であり得る。図８Ｂのグラフ表現８８１からわかるように、図８Ａと比較して、光の比較的より大きい部分が利用可能であり、光はミラーで反射して戻される。

図８Ａ及び８Ｂのシミュレーションを比較すると、パッシブ部分に上部ミラーを含めることにより、下方への結合効率が大幅に改善され得ることがわかる。
図７は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的な表面結合端面発光レーザ（以下「レーザ」という）のパッシブ部分７３２を示す。パッシブ部分７３２を含むレーザは、本明細書で説明する表面結合システムの１つ又は複数で実装され得る。パッシブ部分７３２は、第一の回折格子７０６に光学的に結合された導波路コア７４２を含み得る。第一の回折格子７０６は、他方の第一の回折格子及び／又は本明細書で説明される第一の表面格子に対応し得る。パッシブ部分７３２はまた、導波路コア７４２及び第一の表面格子７０６の下の下部クラッドとしての基板７３４と、導波路コア７４２及び第一の表面格子７０６の上方の上部クラッド７３６も含み得る。上部クラッド７３６、導波路コア７４２、下部クラッド７３４が共に導波路７４４を形成し得る。この例では、光ビームは、導波路７４４中を右から左の方向に伝播し得る。光ビームは、導波路７４４中を、光ビームが第一の回折格子７０６によって下部クラッド７３４の方向に回折されるまで進み得る。回折光ビームの一部又は全部は、下部クラッド７３４を通ってそこから外へ伝播し得る。

幾つかの実施形態において、下部クラッド７３４は、下部クラッド屈折率が３．２であるＩｎＰを含み得る。代わりに又は加えて、上部クラッド７３６は、上部クラッド屈折率が約１．４６であるＳｉＯ_２等の誘電体、又はより一般的には、上部クラッド屈折率が１〜２の範囲である誘電体を含み得る。代わりに又は加えて、導波路コア７４２は、光学モードを案内するために下部クラッド屈折率より高いコア屈折率のＩｎＧａＡｓＰ（Ｉｎ、Ｇａ、Ａｓ、及びＰの比を示すためにＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ_ｙＰ_１−ｙと呼ばれることがある）を含み得る。組成物Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ_ｙＰ_１−ｙ中の可変値ｘ及びｙを変えると、材料のバンドギャップ、したがって屈折率と、損失とが変化する。

導波路コア７４２の幅広い屈折率により、導波路７４４内に案内されたモードが生じ得る。しかしながら、ファーフィールドへ伝播し、Ｓｉ ＰＩＣ中のレシーバ格子に到達できる光の高い回折効率を実現するために、導波路コア７４２の適当な屈折率は、より限定され得る。より詳しくは、第一の回折格子７０６は、第一の屈折率を有し得るＩｎＧａＡｓＰの繰り返しの周期的領域と、第二の屈折率のＳｉＯ_２の周期的領域とを含み、第一の屈折率は、第二の屈折率より高く、その結果として得られる第一の回折格子７０６の屈折率は、導波路コア７４２と比較して低下され得る。その結果、第一の回折格子７０６の有効屈折率が、下部クラッド７３４のための屈折率（例えば、ＩｎＰ基板の屈折率）と同程度であるか又はそれ未満になると、第一の回折格子７０６から回折する光ビームは、基板モードに漏洩し、所望の方向でファーフィールド中に入り、下部クラッド７３４（例えば、ＩｎＰ基板）から出て、ある作動距離だけ離れているＳｉ ＰＩＣ中のレシーバ格子に到達するように回折しないことがあり得る。

図９Ａは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、上で図７に関して説明したパッシブ部分７３２等のパッシブ部分の回折角度に関するファーフィールドの例のグラフ表現９８３を示す。パッシブ部分は、コア屈折率３．３８を有し得る。図９Ａに示されるように、光の大きい部分が漏洩モード９８５に向けられ、ファーフィールドに回折されないことがあり得る。パッシブ部分は、レーザからの光をＳｉ ＰＩＣに結合する際の結合効率が低いことがあり、多くの産業用途に対して非実用的であり得る。

本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態によれば、良好な効率を提供するために、コア屈折率は、下部クラッド屈折率より少なくとも６％高くして、結果として得られる第一の回折格子の有効屈折率が、（例えば、ＩｎＰ基板の）下部クラッド屈折率より、基板への漏洩を防止するのに十分に高くなるようにし得る。

代わりに又は加えて、屈折率３．４０以上の導波路コアとなるようなＩｎＧａＡｓＰの組成は、一般に、基板への漏洩を防止する（又は少なくとも図９Ａのシミュレーション９８３と比較して低減させる）ことができる。しかしながら、屈折率が高くなると、材料の吸収による損失を招くことがあり、したがって、基板への漏洩と損失との折り合いが付けられ、例えばバランスがとられ得る。

図９Ｂは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された回折光のシミュレーションの各種のグラフ表現を示す。グラフ９８７は、図７の第一の回折格子７０６等の第一の回折格子の導波路コア屈折率に関する回折パワーのシミュレーションを表す。曲線９８９は、第一の回折格子の導波路コア屈折率に関する下方への回折パワー全体を表す。曲線９８９は、有用な回折光（例えば、基板からファーフィールドへ実際に放射される光）、並びに基板中に漏洩したが基板から出ない光が考慮されている。曲線９９１は、第一の回折格子の導波路コア屈折率に関するファーフィールドの下方回折パワーを表す。曲線９９１は、基板からファーフィールドへ実際に放射される有用な回折光のみを含み得る。

グラフ９９３及びグラフ９９５は、２つの異なる導波路コア屈折率についての回折角度に関するファーフィールドプロファイルを含む。グラフ９９３に表されるシミュレーションでは、導波路コアの屈折率は３．３８であり、９９７で示されるように、より大きい回折角度（例えば、約７０°より大きい角度）で光の多くの部分が漏洩により失われ得る。９９９で示されるように、グラフ９９３のシミュレーションは、二次放射モードを含み、ここで、光は、約−４０°の回折角度で失われ得る。９０１で示されるように、グラフ９９３のシミュレーションは、約１０度の回折角度で一次放射モードを含む。グラフ９９３に表されるシミュレーションでは、全体のパワーの約２０パーセントのみが有用であり、一次放射モードに含まれるにすぎない。これと比較して、グラフ９９５に表されるシミュレーションでは、導波路コア屈折率は３．４２であり、約−１７度の回折角度において９０３で示される単独の放射モードがある。

ＩｎＧａＡｓＰコア材料の導波路コア屈折率は、導波路コアを構成するＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ_ｙＰ_１−ｙ材料組成（又は他の材料組成）中のｘ及び／又はｙの値を変えることにより調節され得る。ｘ及び／又はｙの値を変化させると、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ_ｙＰ_１−ｙのバンドギャップが変わり、それが次にその屈折率を変化させる。屈折率が大きくなりバンドギャップが変化すると、回折効率は、材料の吸収により低下する。したがって、３．５の屈折率は、３．４２の屈折率よりファーフィールドの下方回折パワーがより高いことがあり得るが、３．５の屈折率では、それに伴う材料吸収による損失が３．４２の屈折率と比較してはるかに大きいことがあり、それによって回折効率が全体として低くなることにつながる。１つの実施形態において、導波路コア４３２の屈折率の３．４〜３．４４の範囲は、幾つかの実施形態におけるファーフィールドへの下方回折パワーと効率回折との間の適当なバランスに当たり得る。他の実施形態において、導波路コアの屈折率は、その特定の実装に応じて３．４未満でも、又は３．４４より大きいこともできる。

図１０は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、図６のパッシブ部分６３２等の上部ミラーを有するパッシブ部分中の第一の表面格子の格子周期数Ｎに関する回折効率損失のシミュレーションのグラフ表現１００５を示す。図１０のシミュレーションにおいて、０ｄＢの回折効率損失は、完全な（すなわち、１００パーセントの）下方回折と等しいことができる。図１０のグラフ表現１００５からわかるように、格子周期数Ｎが増加すると回折効率が向上する。

図１１は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置されたレーザの他のパッシブ部分１１３２を示す。図１１のパッシブ部分１１３２を含むレーザは、本明細書で説明する表面結合システムの１つ又は複数で実装され得る。パッシブ部分１１３２は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、又は他の適当なクラッド材料からなる上部クラッド１１３６と、導波路コア１１４２と、第一の表面格子１１０６とを含み得る。第一の表面格子１１０６は、格子歯（すなわち、屈折率の異なる交互の材料）を含み得る。第一の表面格子１１０６及び導波路コア１１４２は、ＩｎＧａＡｓＰからなり得る。加えて、パッシブ部分１１３２は、ＩｎＰの基板からなる下部クラッド１１３４を含み得る。少なくとも１つの実施形態において、導波路コア１１４２の下部クラッド１１３４より上の高さは、約３５０ｎｍ、例えば３００〜３８０ｎｍ、３２５〜３７５ｎｍ、又は３５０ｎｍであり得る。代わりに又は加えて、第一の表面格子１１０６の格子歯の、導波路コア１１４２の最下部から第一の表面格子１１０６の格子歯の最上部までの全高は、約６５０ｎｍ、例えば５５０〜７００ｎｍ、６００〜６８０ｎｍ、６５０〜６８０ｎｍ、又は６７３．９ｎｍであり得る。代わりに又は加えて、第一の表面格子１１０６の格子歯の、導波路コア１１４２の最上部から第一の表面格子１１０６の格子歯の最上部まで測定された導波路コア１１４２より上の高さは、約３００ｎｍ、例えば２５０〜３５０ｎｍ、３１０〜３３０ｎｍ、又は３２３．９ｎｍであり得る。

図１１に示されているように、第一の表面格子１１０６の格子歯は、上部クラッド１１３６のクラッド歯と交互に配置され、したがって格子周期及び／又はデューティサイクルを有し得る。格子周期は５２５．６ｎｍであり、これは、各格子歯の前面と次の格子歯の前面との間の距離が５２５．６ｎｍであり得ることを意味する。より一般的に、格子周期は５００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲であり得る。ある例示的な実施形態において、第一の表面格子１１０６は１２０の格子周期を含み得る。第一の表面格子１１０６のデューティサイクルは０．３９７であり得、これは、各格子歯が各格子周期の３９．７％にわたることを意味し、対応する上部クラッド歯が各格子周期の残りの部分を占める。より一般的に、デューティサイクルは０．３〜０．５の範囲であり得る。ある例示的な実施形態において、第一の表面格子１１０６又は本明細書に記載の他の第一の表面格子は、以下のパラメータの１つ又は複数を含み得る：格子周期１２０、格子周期５２５．６ｎｍ、デューティサイクル０．３９７、格子歯の全高６７３．９ｎｍ、下方放射効率（ＤＲＥ：ｄｏｗｎｗａｒｄ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）−０．４５４ｄＢ、放射回折角θ_ｒａｄ−１４．２４度、第一の表面格子を通じた透過率約３．４２％、及び反射パワー約−５３．６ｄＢ。ここで、ＤＲＥは、ファーフィールドへ放射される光の有用部分であり、回折格子から出て、放射回折角約θ_ｒａｄの小さい角度範囲で基板に向かって放射する部分と定義される。

図１３は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、第一の表面格子の長さに沿った位置に関する格子出力の電界の大きさと、第一の表面格子の回折角度に関するファーフィールドプロファイルとの各種のグラフ表現を示す。図１３は、図７の第一の表面格子又は図１１の第一の表面格子等の第一の表面格子のシミュレーションを含む。より詳しくは、グラフ１３０７は、第一の表面格子の長さに沿った位置に関する格子出力の電界の大きさを示す。グラフ１３０９は、第一の表面格子の回折角度に関するファーフィールドプロファイルを示す。

少なくとも図７、９Ａ、９Ｂ、１１及びそれに関連する説明を参照すると、本願では、本明細書で説明され、本明細書に記載の１つ又は複数の表面結合システムに含めることのできる第一の表面格子に関する特定の構成に関連付けられる各種のパラメータが認められている。本明細書に記載の実施形態は、これらのパラメータの１つ又は複数を含み、これについて上記の図１１に関連して説明される。上述のパラメータの幾つかは、ＩｎＰベースの第一の表面格子に特定のものであるが、以下のパラメータの１つ又は複数は、他の材料組成の第一の表面格子に当てはめられ得る。

第一に、格子歯の全高は、導波路コアの高さより大きいことができる。幾つかの回折格子は、導波路コアをエッチングで掘り下げて、導波路コアの、格子歯を含まない部分の高さが格子歯の全高と同じ又はそれより高くなるように格子歯を形成することによって形成される。それと比較して、本明細書で開示される幾つかの実施形態によれば、導波路コアの、格子歯を含まない部分の高さは格子歯の全高より小さい。

第二に、格子歯の屈折率（例えば、導波路コアから上方に延びる格子歯の屈折率）は、コア屈折率（例えば、導波路コアの屈折率）より高いか又はそれと等しいことができる。導波路コアと同じ材料組成から格子歯を製造する方が容易であり、この場合、格子歯の屈折率はコア屈折率と同じであり得る。他の実施形態において、格子歯は、格子歯の屈折率がコア屈折率より高いか又はそれと等しい場合、導波路コアと異なる材料組成から製造され得る。

第三に、第一の回折格子の有効屈折率は、回折光モードが基板へ漏洩するのを防止するために下部クラッド屈折率（例えば、下部クラッド／基板の屈折率）より十分に高いことができる。例えば、少なくともコア屈折率及び上部クラッド屈折率（例えば、上部クラッドの屈折率）に依存する第一の回折格子の有効屈折率は、下部クラッド屈折率より少なくとも６％高いことができる。

図１２は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）１２０２の側方断面図１２０２Ａ、浅いリッジの端面方向断面図１２０２Ｂ、深いリッジの端面方向断面図１２０２Ｃ、及び上面図１２０２Ｄを示す。レーザ１２０２は、本明細書に記載の表面結合システムの１つ又は複数で実装され得る。

レーザ１２０２は、アクティブ部分リッジ構造１２６８Ａを有するアクティブ部分１２４４と、パッシブ部分リッジ構造１２６８Ｂを有するパッシブ部分１２４６とを含み得る。アクティブ部分１２４４は、側方断面図１２０２Ａにおいて下から上に、ｎ型ドープ基板として実装される基板１２４８と、ＩｎＰクラッド１２５０と、ＤＦＢレーザを形成し得る多重量子井戸（ＭＱＷ：ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）及びコア導波路として実装される利得層１２５２と、ｐ−ＩｎＰ層１２５４と、ＩｎＧａＡｓ又は他のコンタクト層１２５６と、金コンタクト１２５８とを含み得る。アクティブ部分１２４４中の利得層１２５２は、上側及び下側導波層間に挟まれたＭＱＷを含み、上側導波層上に回折格子１２６０が形成される。

パッシブ部分１２４６は、側方断面図の下から上に、基板１２４８と、ＩｎＰクラッド１２５０と、コア導波路材料層１２６４と、第一の表面格子１２０６と、上部ミラー１２６６又は他のＨＲコーティングとを含み得る。コア導波路材料層１２６４は、利得層１２５２にエンドツーエンドで結合されたコア導波路１２６８と、コア導波路１２６８にエンドツーエンドで結合されたファンアウト領域１２７６（上面図１２０２Ｄ参照）と、コア導波路材料層１２６４と上部ミラー１２６６との間の接合面に形成された第一の表面格子１２０６とを含む。幾つかの実施形態において、第一の表面格子１２０６は、ファンアウト領域１２７６にエンドツーエンドで結合され得る。幾つかの実施形態において、第一の表面格子１２０６は、ファンアウト領域１２７６と部分的に重複し得る。幾つかの実施形態において、第一の表面格子１２０６は、ファンアウト領域１２７６と完全に重複し得る。上部ミラー１２６６は、交互に屈折率が異なる複数の誘電体層、金の上部ミラー若しくは他の適当な上部ミラー、又はＨＲコーティングを含み得る。

レーザ１２０２のアクティブ部分のリッジ構造１２６８Ａは、アクティブ部分１２４４を通じて延び得る。パッシブ部分のリッジ構造１２６８Ｂは、パッシブ部分１２４６を通じて延び得る。幾つかの実施形態において、アクティブ及びパッシブ部分のリッジ構造１２６８Ａ〜Ｂは、それぞれ幅２μｍであり得る。２つの端面方向断面図１２０２Ｂ〜Ｃに示されているように、アクティブ及びパッシブ部分のリッジ構造１２６８Ａ〜Ｂは、リッジの高さが異なり得る。幾つかの実施形態において、アクティブ部分のリッジ構造１２６８Ａは浅いリッジであり、その高さは、深いリッジであり得るパッシブ部分のリッジ構造１２６８Ｂより短い。アクティブ部分のリッジ構造１２６８Ａは、利得層１２５２又はレーザ１２０２のそれ以外の層の１つの深さより上の深さまで延び得る。パッシブ部分のリッジ構造１２６８Ｂは、利得層１２５２又はレーザ１２０２のそれ以外の層の１つの深さの下方の深さまで延び得る。

パッシブ部分のリッジ構造１２６８Ｂのリッジの高さが比較的高いことにより、モード閉じ込めが増大し得る。モード閉じ込めが増大すると、第一の表面格子１２０６による射出光の回折が増大し、横方向の大面積モードを提供し得る。前述のように、ファンアウト領域１２７６及び／又は第一の表面格子１２０６は、モードを８〜４０μｍ又は２０〜４０μｍへ拡張することが意図され得る。モードを８〜４０μｍ又は２０〜４０μｍへ拡張することは、第一の表面格子１２０６を、弱い（例えば、小さい屈折率差の）ｚ方向に長い格子として形成することによって実現され、ｚ方向は光伝播方向である。パッシブ部分のリッジ構造１２６８Ｂによってｘ及びｙへの強力な閉じ込めが行われると、回折が増大し、モードがｘ方向に拡張され得る。ｘ方向は、横方向（例えば、ｚに垂直で図１２０２Ｂ〜Ｃでは左から右）を指し、ｙ方向は、縦方向（例えば、ｘ及びｚに垂直）を指す。

したがって、図１２に関して述べたように、表面結合端面発光レーザは、リッジ導波路型レーザとして実装され得る。他の実施形態において、本明細書に記載の表面結合端面発光レーザは、埋め込みヘテロ型（ＢＨ：ｂｕｒｉｅｄ ｈｅｔｅｒｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）レーザとして実装され得る。リッジ導波路型レーザ及びＢＨレーザの何れとして実装するかを問わず、本明細書に記載の表面結合端面発光レーザの幾つかの実施形態は、表面結合端面発光レーザに「ボルトで固定された（bolted）」第一の表面格子を含み、表面結合端面発光レーザにより生成された光を表面結合端面発光レーザの上又は下面を通じて結合し得る。

図１４Ａは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）１４０２の側方断面図を示す。レーザ１４０２は、本明細書に記載の他のレーザを含み得るか又はそれに対応し得る。

より詳しくは、図１４Ａのレーザ１４０２等の複数のレーザは１枚のウェハ中に形成され、レーザのすべてにおける高反射率ファセットミラー（facet mirror）の形成は、ウェハの製造においてダイシングされ、個片化されて、レーザキャビティを形成するサイドファセット（side facet）が露出した後の最後の材料追加ステップの１つであり得る。レーザ１４０２及びウェハ内の他のレーザに上部ミラーを追加する前に、及び／又は上部ミラーがすべて省略される実施形態において、検出器１４７０がレーザ１４０２の第一の表面格子１４０６の上方に位置付けられ得る。第一の表面格子１４０６は、基板を通る下方及び上方の両方に回折され得るため、検出器１４７０は、第一の表面格子１４０６の上方に位置付けられて、レーザ１４０２により発せられる光ビームの１つ又は複数のパラメータを測定し、この光ビームの一部は、第一の表面格子１４０６により検出器１４７０に回折される。

検出器１４７０等の１つの検出器又は複数のこのような検出器は、ウェハ内の複数のレーザにより発せられる光ビームのパラメータを測定するために使用され得る。ウェハのレーザは、すべて同時に、１回に１つずつ、２つ以上の集合ごとに、又は他の何れかの方法で測定され得る。高反射率ファセットミラーは、レーザチップがウェハからダイシングされ、個片化されて、レーザキャビティを形成するファセットを露出させた後にレーザ上に形成され得る。

図１４Ｂは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的な表面結合システム１４００を示す。表面結合システム１４００は、上部ミラーを備える図１４Ａのレーザ１４０２を含む。表面結合システム１４００はまた、Ｓｉ ＰＩＣ １４０４及び光学アイソレータ１４２０も含み得る。Ｓｉ ＰＩＣ １４０４と光学アイソレータ１４２０との各々は、それぞれ本明細書に記載の他のＰＩＣ又は光学アイソレータを含み得るか又はそれに対応し得る。

図１４Ｂの例において、レーザ１４０２は直接変調レーザ（ＤＭＬ：ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ｌａｓｅｒ）であり、「ＤＭＬレーザ１４０２」と呼ばれ得る。特に、レーザ１４０２に供給される電圧又は電流は、レーザ１４０２により発せられる光ビームの強度を変調するように変調され得る。それにより、データは、光ビーム中で暗号化され得る。図８Ｂの例において、ＤＭＬレーザ１４０２は、ｐ側を下にして、適切なヒートシンクを有するセラミック又はシリコン等の高速基板１４８８に結合され得る。少なくとも１つの実施形態において、高速ドライバ１４７２並びに／又はクロック及びデータリカバリ（ＣＤＲ：ｃｌｏｃｋ ａｎｄ ｄａｔａ ｒｅｃｏｖｅｒｙ）チップ１４７４が高速基板１４４８に取り付けられ得る。本明細書に記載の実施形態の１つの考え得る利点は、表面結合システム１４００の幾つか又はすべてのコンポーネントが、光軸位置ずれ公差が低いことができるため、高い精度を必要とせずに高速基板１４４８に取り付けられ得るという点であり得る。高い精度が不要であると、本明細書で説明される実施形態によるコンポーネントの取付により、低コストでの大量組立が可能となる。例えば、ＤＭＬレーザ１４０２及び／又は同様のＤＭＬレーザは、Ｓｉ ＰＩＣへの組立又は他のパッケージの前にサブマウント上でバーンインされ得る。

図１５は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、コア導波路１５１２、ファンアウト領域１５７６、及び第一の表面格子１５０６の上面図を示す。コア導波路１５１２、ファンアウト領域１５７６、及び第一の表面格子１５０６は、本明細書に記載の表面結合端面発光レーザの１つ又は複数に含まれ得る。したがって、コア導波路１５１２、ファンアウト領域１５７６、及び第一の表面格子１５０６の各々は、それぞれ本明細書に記載の他のコア導波路、ファンアウト領域、又は第一の表面格子を含み得るか又はそれに対応し得る。ファンアウト領域１５７６は、コア導波路１５１２及び第一の表面格子１５０６に光学的に結合され得る。図示されていないが、ファンアウト領域１５７６及び第一の表面格子１５０６の一方又は両方は、本明細書で説明された格子歯に対応する格子線を含み得る。ある例において、ファンアウト領域１５７６は、長さＲが約３０μｍであり、幅Ｙがその最も広い部分で１４．４８μｍであり得る。

図１６は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、図１５のコア導波路１５１２、ファンアウト領域１５７６、及び第一の表面格子１５０６中の光の強度のシミュレーションのグラフ表現１６１１を示す。

幾つかの実施形態によれば、本明細書に記載の第一の表面格子の何れかのような第一の表面格子は、８〜４０μｍのスポットサイズ又はさらには２０〜４０μｍのスポットサイズをもたらし得る。第一の表面格子からのスポットのｘ方向への大きさは、回折により特定され得る。モードの回折角度及び距離Ｒでのｘ方向への大きさは、式５によって大まかに特定され得る。

式５中、ｎは、第一の表面格子を含むレーザのファンアウト領域の有効屈折率であり得る。式５中、ｗ_０は、１／ｅ^２ガウスモードフィールド半径であり、λは、光の波長であり得る。

浅いリッジの場合、１／ｅ^２ガウスモードフィールド半径は約１μｍであり得る。レーザのファンアウト領域の有効屈折率は３．５であり、光の波長は１３１０ｎｍであり得る。この実施形態では、回折角度θは約６．８度であり得る。例えば、４０μｍのスポットサイズを得るために、ファンアウト半径は約３３５μｍであり得る。

図１２のパッシブ部分のリッジ構造１２６８Ｂ等の深いリッジの場合、１／ｅ^２ガウスモードフィールド半径は約０．５μｍであり得る。レーザのファンアウト領域の有効屈折率は３．５であり、光の波長は１３１０ｎｍであり得る。この実施形態において、回折角度は約１３．６度であり得る。４０μｍのスポットサイズを得るために、ファンアウト半径は約１６７μｍであり得る。

図１７は、本発明に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、他の例示的な表面結合システム１７００を示す。表面結合システム１７００は、表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）１７０２を含み、これは、本明細書に記載の他のレーザを含み得るか又はそれに対応し得る。ある例示的実施形態において、レーザ１７０２は、図１４Ａ及び１４Ｂのレーザ１４０２と同様又は同じであり得る。表面結合システム１７００はまた、Ｓｉ ＰＩＣ １７０４も含み、これは、本明細書に記載の他のＰＩＣを含み得るか又はそれに対応し得る。表面結合システム１７００は、光学アイソレータ１７２０を含み、これは、本明細書に記載の他の光学アイソレータを含み得るか又はそれに対応し得る。

表面結合システム１７００において、レーザ１７０２のｐ側（図１７において、「ｐ−ＩｎＰ」と表示されている）の抵抗が比較的高いことにより、レーザ１７０２のｐ側でより多くの熱が発せられることにつながり得る。したがって、ヒートシンク１７７８がレーザ１７０２のｐ側に結合されて、放熱効果が改善され得る。レーザ１７０２のｎ型ドープ基板１７４８は数百μｍまで薄くされて、レーザ１７０２とＳｉ ＰＩＣ １７０４との作動距離が長く、必要なスポットサイズが小さくされ得る。代わりに又は加えて、ＩｎＰ基板は半絶縁性であり得る。

図１８Ａは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）の他の例１８０２を示す。レーザ１８０２は、本明細書に記載の１つ又は複数の他のレーザを含み得るか又はそれに対応し得る。レーザ１８０２は、レーザの下面から光を発する他のレーザと異なり、レーザ１８０２のエピ側又は上側から光を発するように構成され得る。レーザ１８０２は、基板１８３４とｎ側格子１８８２とを含み得る。ｎ側格子１８８２は、レーザ１８０２のＤＦＢレーザ部分１８１３内で分布帰還を提供するために利用され得る。ＤＦＢレーザ部分１８１３は、アクティブな利得材料導波路１８１６を含む。ｎ側格子１８８２はまた、レーザ１８０２のパッシブ導波路部分１８４６の下方にあるように構成され、本明細書の他の箇所に記載の第一の表面格子／送信格子の一例である。パッシブ導波路部分１８４６は、パッシブコア導波路材料１８６４を含み、ＤＦＢレーザ部分１８１３に隣接している。パッシブコア導波路１８６４より下方にあるｎ側格子１８８２は、レーザ１８０２のパッシブ導波路部分１８４６が表面放射発光を実現するように構成される。加えて、レーザ１８０２は、基板１８３４中に形成された窓１８８８内において、パッシブコア導波路１８６４の下のｎ側格子１８８２の下にＨＲコーティング１８９０を含み得る。

レーザ１８０２のパッシブ導波路部分１８４６のｎ側格子１８８２の一部は、光を上下両方に回折され得る。上方に回折した光は、上で図１４に関して説明した検出器１４７０等、所望のコンポーネントへ出力され得る。ＨＲコーティング１８９０は、上で図６に関して述べた上部ミラー６３８と同様に機能し得る。特に、ＨＲコーティング１８９０は、下方に回折した光を反射し得るため、下方に回折して、その後、反射された光は上方に回折した光と合体し、所望のコンポーネントへ出力される。反射光が第一の表面格子１８０６から上方に回折する光と同位相で受け取られることを確実にするために、第一の表面格子１８０６の下面とＨＲコーティング１８９０との間の厚さは、前述のように式４を満たし得る。

図１８Ｂ及び１８Ｃは、図１８Ａに示されるレーザ１８０２と同様のレーザ１８０２の代替的な実施形態を示しているが、ここで、ＤＦＢレーザ部分１８４８のための格子１８８４とパッシブレーザ部分１８４６のための格子１８０６とは、それぞれのアクティブ導波路１８１６（又は利得部分）及びパッシブ導波路１８６４の上面に形成されている。格子１８０６は、本明細書の他の箇所に記載の第一の表面格子又は送信格子の一例である。図１８Ｂに示されるレーザ１８０２は、図１８Ｃに示されるものと同じレーザ１８０２であるが、その製造プロセスのより早い段階のものである。

レーザ１８０２は、格子１８８４がＤＦＢ格子として実装されたアクティブ部分１８４８を含み、レーザ１８０２の利得部分１８１６の上方に形成され得る。利得部分１８１６は、基板１８３４の上にある共通エッチング停止層１８８６の上方に形成され得る。共通エッチング停止層１８８６は、レーザのアクティブ部分１８４４とパッシブ部分１８４６との両方に共通し得る。パッシブ部分１８４６は、ｐ側格子として形成される第一の表面格子１８０６を含み得る。第一の表面格子１８０６は、共通エッチング停止層１８８６の上方に形成され得るパッシブコア導波路材料層１８６４の上方に形成され得る。

図１８Ｃに示されるように、１つ又は複数の層が利得部分１８１６の上方に形成され得、これは、例えばｐ−ＩｎＰ層１８５４及びｐコンタクト１８６１層である。加えて、パッシブ部分１８４６中で窓１８８８が基板１８３４中にエッチングされ得る。窓１８８８は、パッシブレーザ部分１８４６中にある表面格子１８０６の下に、共通エッチング停止層１８８６の下面まで形成され得る。ＨＲコーティング１８９０が表面格子１８０６の下の窓１８８８内の共通エッチング停止層１８８６に塗布されて、下面ミラーを形成し得る。

図１８Ｂ及び１８Ｃのレーザ１８０２のＤＦＢ部分１８４８からの光は、パッシブ部分１８４６に入射し、そこで表面格子１８０６が光を上下両方に回折し得る。上方に回折した光は、上で図１４に関して説明した検出器１４７０等の所望のコンポーネントへ出力され得る。ＨＲコーティング１８９０は、上で図６に関して述べた上部ミラー６３８と同様に機能し得る。特に、ＨＲコーティング１８９０は光を反射し得るため、下方に回折して、その後、反射された光は上方に回折した光と合体し、所望のコンポーネントへ出力される。反射光が第一の表面格子１８０６から上方に回折する光と同位相で受け取られることを確実にするために、第一の表面格子１８０６の下面とＨＲコーティング１８９０との間の厚さは、前述のように式４を満たし得る。

屈折率差の大きい表面格子（半導体−空気又は半導体−誘電体）（例えば、本明細書に記載の第一の表面格子／送信格子）は、ｐ側よりｎ側で実装する方が困難であり得るが、屈折率差の小さい表面格子（半導体−半導体）は、レーザのｎ側でもｐ側でも同程度に容易にし得る。本明細書に記載の幾つかの実施形態において、図１８Ｂ及び１８Ｃのレーザ１８０２中に形成される表面格子１８０６は、屈折率差の大きい表面格子を含み得、この場合、表面格子１８０６はｐ側に形成する方が容易であり得る。

図１９Ａ及び１９Ｂは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された例示的なＳｉ光通信モジュール（以下、「モジュール」という）の上面図及び側面図を含む。モジュール１９９２は、複数の送信チャネル１９９４と複数の受信チャネル１９９６とを含み得る。

モジュール１９９２は、複数の表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）１９０２Ａ〜Ｄを含み、その各々は、本明細書に記載の表面結合端面発光レーザの１つ又は複数と同様又は同じであり得る。モジュール１９９２はまた、光学集積回路（ＯＩＣ：ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）として実装されるＳｉ ＰＩＣ １９０４と、電気集積回路（ＥＩＣ：ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）１９９８と、第一のガラス基板上ポリマープラグ１９０１Ａと、第二のガラス基板上ポリマープラグ１９０１Ｂとを含み得る。

４つのレーザ１９０２Ａ〜Ｄの各々は、それぞれ異なる波長λ１、λ２、λ３、又はλ４の１つの光ビームを発するように構成され得る。例えば、レーザ１９０２Ａは、波長λ１の光ビームを発するように構成され、レーザ１９０２Ｂは、波長λ２の光ビームを発するように構成され、レーザ１９０２Ｃは、波長λ３の光ビームを発するように構成され、レーザ１９０２Ｄは、波長λ４の光ビームを発するように構成され得る。他の実施形態において、異なる波長の異なる数のレーザがモジュール１９９２内に実装され得る。

レーザ１９０２Ａ〜ＤとＯＩＣ １９０４は、本明細書に記載の他の表面結合システムと同様又は同じ表面結合システム１９００を形成し得る。より詳しくは、レーザ１９０２Ａ〜Ｄの各々は、本明細書に記載の他の第一の表面格子等の第一の表面格子１９０６Ａ〜Ｄを有し得る。ＯＩＣ １９０４は、本明細書に記載の他の第二の表面格子等の複数の第二の表面格子１９０８Ａ〜Ｄ（例えば、レーザ１９０２Ａ〜Ｄのそれぞれに１つ）を含み得る。光学アイソレータ１９２０は、レーザ１９０２Ａ〜Ｄの第一の表面格子１９０６Ａ〜ＤとＯＩＣ １９０４の第二の表面格子１９０８Ａ〜Ｄとの間に位置付けられ得る。したがって、レーザ１９０２Ａ〜Ｄにより発せられる光ビームは、第一の表面格子１９０６Ａ〜Ｄにより下方に方向転換され、光学アイソレータ１９２０を通って第二の表面格子１９０８Ａ〜Ｄに向かい、第二の表面格子１９０８Ａ〜ＤによりＯＩＣ １９０４の１つ又は複数のＳｉ又はＳｉＮ導波路１９０５Ａ〜Ｄ中に向けられ得る。

したがって、一般に、レーザ１９０２Ａ〜Ｄにより発せられた光ビームの各々は、ＯＩＣ １９０４に方向付けられ得る。幾つかの例において、Ｓｉ又はＳｉＮ導波路１９０５Ａ〜Ｄの各々は、マッハツェンダ（ＭＺ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計に結合され得る。ＥＩＣ １９９８に含まれる１つ又は複数のドライバ、電気トレース、及び／又は電極は、ＯＩＣ １９０４のＭＺ干渉計と共同で１つ又は複数のＭＺ変調器１９０７Ａ〜Ｄを形成し得る。データは、ＭＺ変調器１９０７Ａ〜Ｄにより、何れかの適当なＭＺも変調方式に従って光ビームの各々に変調され得る。幾つかの実施形態において、ＭＺ変調器１９０７Ａ〜Ｄ又は他の外部変調器は省かれ、レーザ１９０２Ａ〜Ｄの各々は直接変調レーザを含み、それにより、レーザ１９０２Ａ〜Ｄの各々は、変調されない光ビームではなく、光信号をＯＩＣ １９０４中に発し得る。

光信号はマルチプレクサ（以下、ｍｕｘという）１９０９で受けられ、これは、共通の導波路１９１１への光信号を多重化信号として多重化する。少なくとも１つの実施形態において、ｍｕｘ １９０９はＳｉＮ ｍｕｘであり、共通の導波路１９１１はＳｉＮ導波路であり得る。多重化信号は、第一のガラス基板上ポリマープラグ１９０１Ａを通じて送信光ファイバ１９１３Ａに断熱的に結合され得る。

代わりに又は加えて、別の多重化信号が受信光ファイバ１９１３Ｂから第二のガラス基板上ポリマープラグ１９０１Ｂで受け取られ、第二のガラス基板上ポリマープラグ１９０１Ｂを通り、他の共通の導波路１９１９に断熱的に結合され得る。Ｓｉ ＰＩＣ偏光スプリッタ１９１５又は他の適当な偏光スプリッタは、多重化信号を偏光に従って分割し、多重化信号のＴＥ偏光モードは、第一のアーム１９１７Ａを通じて、また多重化信号のＴＭ偏光モードは、第二のアーム１９１７Ｂを通じて方向付け得る。多重化信号のＴＥ及びＴＭ偏光モードの各々は、対応するデマルチプレクサ（以下、ｄｅｍｕｘという）１９２１Ａ〜Ｂによって分波されて、各偏光モードの複数の受信光信号を生成し得る。代わりに又は加えて、ＴＭ偏光モードは、ＴＥ偏光に変換されてからｄｅｍｕｘ １９２１Ａに到達し得る。少なくとも１つの実施形態において、各ｄｅｍｕｘ １９２１Ａ〜ＢはＳｉＮ ｄｅｍｕｘを含み得る。

各受信光信号は、対応する光学レシーバ１９１３Ａ〜Ｈにより受信され得る。少なくとも１つの実施形態において、各光学レシーバ１９１３Ａ〜Ｈは、ゲルマニウム（Ｇｅ）正−真性−負（ｐｉｎ：ｐｏｓｉｔｉｖｅ−ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ−ｎｅｇａｔｉｖｅ）フォトダイオード（以下、Ｇｅ ｐｉｎという）を含み得る。各光学レシーバ１９１３Ａ〜Ｈは、対応する受信光信号を表す電気信号を生成し得る。対応する電気信号は、ＥＩＣ １９９８中に方向付けられ得る。ＥＩＣ １９９８は、複数の電気信号加算器１９３５Ａ〜Ｂを含み、簡略化するためにそのうちの一方のみが図１９Ａに示されており、他方は１９３５Ｂで楕円により示されている。各電気信号加算器１９３５Ａ〜Ｂは、第一のアーム１９１７Ａからの光学受信信号を表す電気信号と、第二のアーム１９１７Ｂからの対応する光学受信信号を表す電気信号とを加算して、Ｓｉ ＰＩＣ偏光スプリッタ１９１５で受け取られた多重化信号からの対応する波長チャネルを表す出力電気信号を生成し得る。

図２０Ａは、本発明に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的なＳｉフォトニック通信モジュール（以下、「モジュール」という）２０９２を示す。モジュール２０９２は、表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）２００２を含み得る。少なくとも１つの実施形態において、レーザ２００２はＤＭＬとして実装され得る。モジュール２０９２はまた、Ｓｉ ＰＩＣ ２００４と、第一のガラス導波路プラグ２００１Ａと、第二のガラス導波路プラグ２００１Ｂと、光学レシーバ２０１５と、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ：ｔｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）／クロック及び任意選択的なデータリカバリ（ＣＤＲ）集積回路（ＩＣ：ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）２０３１も含み得る。第一及び第二のガラス導波路プラグ２００１Ａ及び２００１Ｂは、‘８１５号出願に記載されているようなインタポーザの例である。第一及び第二のガラス導波路プラグ２００１Ａ及び２００１Ｂは、それぞれガラスを含み得る。他の実施形態において、ポリマー導波路プラグは、モジュール２０９２内のインタポーザとして実装され得る。

レーザ２００２及びＳｉ ＰＩＣ ２００４は、本明細書に記載の他の表面結合システムと同様又は同じ表面結合システムを形成し得る。より詳しくは、レーザ２００２は、本明細書に記載の他の第一の表面格子と同様又は同じ第一の表面格子２００６を含み、Ｓｉ ＰＩＣ ２００４は、本明細書に記載の他の第二の表面格子と同様又は同じ第二の表面格子２００８を含み得る。光学アイソレータ２０２０は、第一の表面格子２００６と第二の表面格子２００８との間に位置付けられ得る。したがって、レーザ２００２により発せられる光信号は、第一の表面格子２００６によってＳｉ ＰＩＣ ２００４に向かって方向転換され、光学アイソレータ２０２０を通って第二の表面格子２００８に向かい、第二の表面格子２００８によってＳｉ ＰＩＣ ２００４の第一の導波路２００５Ａ中に向けられ、この第一の導波路２００５Ａは、ＳｉＮ導波路又はＳｉ導波路であり得る。少なくとも１つの実施形態において、第一の導波路２００５Ａは、第二の表面格子がＳｉ／ＳｉＯ２である場合にはＳｉ導波路として、また第二の表面格子がＳｉＮである場合にはＳｉＮ導波路として実装され得る。

第一の導波路２００５ＡがＳｉ導波路である少なくとも１つの実施形態において、光信号は、第一の導波路２００５ＡからＳｉ ＰＩＣ ２００４のＳｉＮ導波路に断熱的に結合されてから、ＳｉＮ導波路から第一のガラス導波路プラグ２００１Ａの導波路に断熱的に結合され得る。断熱的結合は‘８１５号出願に記載されている。第一の導波路２００５ＡがＳｉＮ導波路である実施形態では、光信号は、第一の導波路２００５Ａから第一のガラス導波路プラグ２００１Ａの導波路へ直接断熱的に結合され得る。第一のガラス導波路プラグ２００１Ａの光信号は、送信光ファイバ２０１３Ａに突き合わせ結合され得る。

他の光信号が第二のガラス導波路プラグ２００１Ｂで受信光ファイバ２０１３Ｂから受信され、第二のガラス導波路プラグ２００１Ｂを通じて、ＳｉＮ導波路として実装される第二の導波路２００５Ｂ中に断熱的に結合されて、光をＳｉ導波路に断熱的に結合し、Ｓｉ導波路は、次に光信号を光学レシーバ２０１５に案内する。少なくとも１つの実施形態において、光学レシーバ２０１５は、ゲルマニウム正−真性−負（Ｇｅ ｐｉｎ）又は他の適当な光学レシーバを含み得る。光信号は、光学レシーバ２０１５により受信されて、光信号を表す電気信号を生成し得る。電気信号はＴＩＡ／ＣＤＲ ＩＣ ２０３１に方向付けられて、電気信号を増幅、整形、及び／若しくはリタイミングするか、又は他に電気信号を処理し得る。

ある例示的実施例において、受信光ファイバ２０１３Ｂから受信した光信号は、第二のガラス導波路プラグ２００１Ｂの第二の導波路からＳｉＮ導波路へ、次にＳｉ導波路へ２段階の断熱的遷移を経ることができ、これにより、光信号を光学レシーバ２０１５に搬送する。１つ又は複数の他の光信号又は光ビームも同様に、インタポーザ導波路（第二のガラス導波路プラグ２００１Ｂ等）からＳｉＮ導波路へ、次にＳｉ導波路へ又はその逆へ２段階の断熱的遷移を経ることができる。加えて、幾つかの実施形態は、本明細書においてガラス基板上ポリマープラグ又はガラス導波路プラグを含むように記載されており、これらは、両方とも幾つかの実施形態により実装され得るインタポーザの例である。２段階の断熱的遷移及び本明細書に記載の実施形態に適し得るインタポーザのさらなる詳細は、‘８１５号出願に記載されている。

図２０Ｂは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的なＳｉフォトニック通信モジュール（以下、「モジュール」という）２０９３を示す。モジュール２０９３は、図２０Ａのモジュール２０９２と多くの点で同様又は同じであり、例えば、レーザ２００２と、Ｓｉ ＰＩＣ ２００４と、ガラス導波路プラグ２００１Ａ、２００１Ｂと、光学レシーバ２０１５と、アイソレータブロック２０２０と、ＴＩＡ／ＣＤＲ ＩＣ ２０３１と、第一及び第二の導波路２００５Ａ、２００５Ｂとを含む。図２０Ａと比較すると、モジュール２０９３は、光学スペクトルリシェイパ（ＯＳＲ：ｏｐｔｉｃａｌ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｒｅｓｈａｐｅｒ）２０３３をさらに含み、この光学スペクトルリシェイパ２０３３は、直接変調レーザ２００２と共にチャープが制御されたレーザを形成し、その例がチャープ制御レーザ、すなわちＣＭＬの名称でフィニサー・コーポレーション（ＦＩＮＩＳＡＲ ＣＯＲＰ．）から販売されている。

チャープ（chirp）が制御されたレーザにおいて、レーザ２００２は、周波数変調も有する振幅変調光信号をＯＳＲ ２０３３へ出力する。ＯＳＲ ２０３３は、Ｓｉ ＰＩＣ ２００４中に一体的に形成され得る。ＯＳＲ ２０３３は、光信号の周波数変調を振幅変調に変換し、消光比を改善し得る。ＯＳＲ ２０３３は、さらに、光信号のビット間の位相相関を導入して分散公差を改善し得る。チャープが制御される例示的なレーザの態様は、２００８年１月２日に出願された米国特許出願公開第１１／９６８５８１号明細書に記載されており、同出願を参照によって本願に援用する。

図２１は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的な表面結合システム２１００を示す。システム２１００は、表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）２１０２と、光学アイソレータ２１２０と、Ｓｉ ＰＩＣ ２１０４とを含み得る。光学アイソレータ２１２０及びＳｉ ＰＩＣ ２１０４の各々は、本明細書に記載の他の光学アイソレータ及びＳｉ ＰＩＣと同様又は同じであり得る。少なくとも１つの実施形態において、レーザ２１０２はハイブリッドレーザとして実装され得る。

レーザ２１０２は、Ｓｉ基板に結合されたＩｎＰウェハ中に形成され、ＩｎＰは利得を提供し、パッシブミラー（例えば、Ｓｉ反射格子）はＳｉ基板内又はその上のＳｉに形成される。光は、ＩｎＰからＳｉ基板中又はその上のＳｉ導波路（図示せず）に断熱性結合又はエバネッセント結合によって結合され得る。光は、ＩｎＰからＳｉ導波路へ小面積表面格子カプラ（図示せず）を用いて結合され、これについては、図２２に関してさらに詳細に説明する。光はまた、ＩｎＰからＳｉ導波路に端面結合を用いて結合され、これについては、図２３に関してさらに詳細に説明する。

小面積表面格子カプラは、典型的に、１０〜２０μｍの長さであり、モードフィールド径が例えば１０μｍのシングルモード光ファイバとマッチするファーフィールドモードを生成するように最適化され得る。そのため、小面積表面格子からの光ビームは、レンズなしの作動範囲５０μｍを有し、これによって光学アイソレータ２１２０を設置できない。このように比較的短いレンズなし作動範囲を有する自由空間を通じた実施形態に伴う１つの潜在的な問題は、これらの実施形態が、光学アイソレータを収容するためのレンズを必要とし得ることである。このような小面積表面格子カプラはまた、２０〜３０ｎｍの比較的大きい波長バンド幅を有し、ＤＦＢレーザからＳｉ導波路にレンズを用いて光を結合するため、及び／又はＳｉ導波路からファイバ中へレンズを用いて光を結合するために使用され得る。

しかしながら、本明細書に記載の実施形態は、１つ又は複数のＬＡＳＧを用いて、８〜４０μｍ又はさらには２０〜４０μｍのモードサイズを実現し得る。したがって、レーザ２１０２は、その中に形成された第一の表面格子２１０６をさらに含み、この第一の表面格子２１０６は、レーザ２１０２からの光を８〜４０μｍのスポットサイズ又はさらには２０〜４０μｍのスポットサイズで結合して、光をレーザ２１０２から縦に発する。モードサイズを大きくすることにより、レンズなしの作動距離が３００〜６００μｍに増大して、レンズ内に光学アイソレータ２１２０を収容するのに十分な大きさとなる。

図２２は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、図２１の表面結合システム内に実装され得る例示的な表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）２２０２の各種の図を示す。少なくとも１つの実施形態において、レーザ２２０２はハイブリッドレーザとして実装され得る。図２２は、レーザ２２０２の第一の上面図２２０２Ａ、レーザ２２０２の側面図２２０２Ｂ、レーザ２２０２の光学顕微鏡画像２２０２Ｃ、レーザ２２０２の第二の上面図２２０２Ｄ、及びレーザ２２０２の第三の断面図２２０２Ｅを含む。

光は、導波路２２１３とＩｎＰ層２２３３との間で１つ又は複数の小面積表面格子カプラ２２３５Ａ〜Ｂ（側面図２２０２Ｂのみ）により結合され得る。少なくとも１つの実施形態において、導波路２２１３はＳｉ導波路として実装され得る。出力カプラ２２３７は、レーザ２２０２からの光を結合する。レーザ２２０２等のハイブリッドレーザの幾つかの過去の実施例では、出力カプラ２２３７は小面積表面格子カプラを含み得る。しかしながら、本明細書に記載の実施形態によれば、出力カプラ２２３７は、本明細書に記載の第一の表面格子等のＬＡＳＧを含み得る。

図２３は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、図２１の表面結合システム２１００で実装され得る他の例示的な表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）の各種の図を示す。図２３は、レーザ２３０２の第一、第二、及び第三の図を含む。第一のものは、（ａ）と表示され、ハイブリッドＳｉエバネッセントデバイスとしてのレーザ２３０２の端面図を含む。第二の図は、（ｂ）と表示され、レーザ２３０２のパッシブシリコン導波路のアクティブハイブリッド部分への及びその逆の遷移テーパ部の概略図を含む。第三の図は、（ｃ）と表示され、レーザ２３０２のテーパ部の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）画像を含む。図２３には示されていないが、レーザ２３０２は、本明細書に記載の第一の表面格子の何れかのようなＬＡＳＧを含み、そのＬＡＳＧがレーザ２３０２のＳｉ基板からの光を結合する。

図２４は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的な表面結合システム２４００を示す。表面結合システム２４００は、入力Ｓｉ導波路２４１３と、Ｓｉ光学回路２４３９と、第一及び第二のＬＡＳＧ ２４０８Ａ〜Ｂ（本明細書に記載の第二の表面格子等）を含み得る。表面結合システム２４００は、半導体光増幅器（ＳＯＡ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｏｐｔｉｃａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）２４４１と、ＳＯＡ ２４４１の各端の第三及び第四のＬＡＳＧ ２４０６Ａ〜Ｂ（本明細書に記載の第一の表面格子等）とをさらに含み得る。

Ｓｉフォトニクスコンポネントには、光学損失の問題があり得る。図２４の例では、ＳＯＡ ２４４１は湾曲していても（湾曲していなくても）よく、Ｓｉ ＰＩＣに結合されて利得を提供し、損失を補償し得る。１つの光学アイソレータ（図示せず）は、第一のＬＡＳＧ ２４０８Ａと第三のＬＡＳＧ ２４０６Ａとの間に位置付けられ、他の光学アイソレータは、第二のＬＡＳＧ ２４０８Ｂと第四のＬＡＳＧ ２４０６Ｂとの間に位置付けられ得る。

図２４は、ＳＯＡ ２４４１であって、その両端の第三及び第四のＬＡＳＧ ２４０６Ａ〜Ｂを有するＳＯＡ ２４４１として実装された表面結合端面発光光増幅器、並びに入力Ｓｉ導波路２４１３と出力Ｓｉ導波路（番号なし）とを含むＰＩＣを含むシステム２４００を示す。入力Ｓｉ導波路２４１３は、第一のＬＡＳＧ ２４０８Ａに光学的に結合される。第二のＬＡＳＧ ２４０８Ｂは、出力Ｓｉ導波路に光学的に結合される。

図２４の例において、ＰＩＣの第一のＬＡＳＧ ２４０８Ａの作動距離は、少なくとも５０μｍであり得る。代わりに又は加えて、ＳＯＡ ２４４１の第二のＬＡＳＧ ２４０６Ｂの作動距離は、少なくとも５０μｍであり得る。

図２５Ａは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、本明細書に記載の表面結合システムの１つ又は複数に実装され得る例示的なＳｉ ＰＩＣ ２５０４を示す。一般に、Ｓｉ ＰＩＣ ２５０４は、Ｓｉ導波路層２５６２Ａと、少なくとも１つのＳｉＮ導波路層２５６２Ｂと、Ｓｉ及び／又はＳｉＮ導波路層２５６２Ａ〜Ｂ中のＳｉ及びＳｉＮ導波路の上方、下方、及び／又は周囲のＳｉＯ_２クラッド２５３４Ａ〜Ｂとを含み得る。窓は、１つ又は複数の誘電体層中のＳｉＮ導波路層２５６２Ｂの上方に形成され、ポリマー又は高屈折率ガラスインタポーザ等のインタポーザの端を受ける。図２５Ａに示される例において、このようなインタポーザはポリマー導波路を含み、このポリマー導波路は、ポリマーコア２５６５とポリマークラッド２５６７とを含む。少なくとも１つの実施形態において、Ｓｉ導波路層２５６２Ａは、Ｇｅ ｐｉｎダイオード、Ｓｉ変調器、Ｓｉ ｍｕｘ、及び／又は他のコンポーネント若しくはデバイスを含み得る。図２５ＡのＳｉ ＰＩＣ及び／又は他のＳｉ ＰＩＣの実装に関する他の詳細事項は、‘８１５号出願に記載されている。図２５Ａには示されていないが、Ｓｉ ＰＩＣ ２５０４及び／又は他のＳｉ ＰＩＣは、表面結合端面発光レーザの他のＬＡＳＧ（本明細書に記載の第一の表面格子等）からの光を受け取るＬＡＳＧ（本明細書に記載の第二の表面格子等）を含み得る。

図２５Ｂは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、本明細書に記載の表面結合システムの１つ又は複数に実装され得る他の例示的なＳｉ ＰＩＣ ２５０３を示す。Ｓｉ ＰＩＣ ２５０３は、図２５ＡのＳｉ ＰＩＣ ２５０４と多くの点で同様であり得る。これら２つの間の１つの相違点は、図２５ＢのＳｉ ＰＩＣ ２５０３がＳｉ導波路層を含まないことである。加えて、図２５Ｂにおいて、ＬＡＳＧ ２５０６（本明細書に記載の第二の表面格子等）は、Ｓｉ ＰＩＣ ２５０３のＳｉＮ導波路層２５６９中に形成され、ＳｉＮ ＬＡＳＧ ２５０６と呼ばれ得る。ある例示的な実施例において、ＳｉＮ ＬＡＳＧ ２５０６は、ＤＭＬとして実装されるレーザに光学的に結合されて、光を変調するためにＳｉ ＰＩＣ中で使用されることの多いＳｉ変調器が不要となり、Ｓｉ ＰＩＣ ２５０３から省かれ得る。ＳｉＮ ＬＡＳＧ ２５０６により提供される表面結合は、ＤＭＬベースのトランスミッタのパッケージング及び組立コストを削減することが意図される。

Ｓｉ ＰＩＣ ２５０３のＳｉＮ ＬＡＳＧ ２５０６は、Ｓｉ ＬＡＳＧより広いバンド幅を有し、なぜなら、ＳｉＮ格子の有効屈折率がＳｉ格子の有効屈折率より低いことができるためである。ＳｉＮ ＬＡＳＧ ２５０６はまた、Ｓｉ ＬＡＳＧより大きい結合角度を有し得る。回折光の指向性は、ＳｉＮ ＬＡＳＧ ２５０６の下にミラー（図示せず）を追加することにより改善され得る。

例えば、図２６は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、ミラー２６３８を備える、ＰＩＣ ２６０２中のＳｉＮ ＬＡＳＧ ２６０６の側方断面図を示す。ミラー２６３８は、ＳｉＮ ＬＡＳＧ ２６０６の下の、ＳｉＮ ＬＡＳＧ ２６０６により上方に回折する光と、ミラー２６３８により上方に反射される光との間に強め合う干渉を提供するのに適した距離に位置付けられ得る。ミラー２６３８は、金属反射層を含み得る。ある例示的実施形態において、ミラー２６３８は、ＳｉＮ ＬＡＳＧ ２６０６の下方約４２０ｎｍに位置付けられ得る。ミラー２６３８をＳｉＮ ＬＡＳＧ ２６０６の下に形成することは、ＳｉＮ ＬＡＳＧ ２６０６を含むＳｉ ＰＩＣ ２６０２の製造又は製作の配線工程（ＢＥＯＬ：ｂａｃｋ ｅｎｄ ｏｆ ｌｉｎｅ）と両立可能であり得る。

図２７は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的な表面結合システム２７００を示す。表面結合システム２７００は、表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）２７０２と、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａと、第二のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ｂと、電気集積回路（ＥＩＣ）２７９８と、インタポーザ２７０１とを含み得る。

レーザ２７０２は、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａ中の１つ又は複数のトレース２７１１を通じてＥＩＣ ２７９８に電気的に結合され得る。ＥＩＣ ２７９８は、ドライバ、バイアス回路、及び／又は光ビームを発するようにレーザ２７０２を駆動するための他の素子を含み得る。光ビームは、レーザ２７０２内に形成された第一のＬＡＳＧ ２７４５Ａと、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａに形成された第二のＬＡＳＧ ２７４５Ｂとによって第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａ中へ結合され得る。

第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａは、Ｓｉ基板上に形成された１つ又は複数のＳｉＮ導波路層を含み得る。少なくとも１つの実施形態において、ｍｕｘ ２７０９及び他のコンポーネントは、ＳｉＮ導波路層の少なくとも１つに形成され得る。レーザ２７０２からの光ビームを受ける第二のＬＡＳＧ ２７４５Ｂは、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａの第一のＳｉＮ導波路により、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａの第三のＬＡＳＧ ２７４５Ｃに光学的に結合され得る。光学ビームは、第一のＳｉＮ導波路により、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａの第二のＬＡＳＧ ２７４５Ｂから第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａの第三のＬＡＳＧ ２７４５Ｃに搬送され得る。

第二のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ｂは、Ｓｉ基板上に形成された１つ又は複数のＳｉ導波路と、第四のＬＡＳＧ ２７４５Ｄと、第五のＬＡＳＧ ２７４５Ｅとを含み得る。第二のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ｂは、１つ又は複数のＭＺ干渉計（ＭＺＩ：ＭＺ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ）、ｐｉｎダイオード、導波路スプリッタ、Ｓｉ導波路、又はその中に形成される他のコンポーネント若しくはデバイスを含み得る。光ビームは、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａの第三のＬＡＳＧ ２７４５Ｃから第二のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ｂの第四のＬＡＳＧ ２７４５Ｄに結合され得る。第二のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ｂの第四のＬＡＳＧ ２７４５Ｄは、第二のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ｂの第五のＬＡＳＧ ２７４５Ｅに、ＭＺＩ又は第二のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ｂの１つ若しくは複数の他のコンポーネント若しくはデバイスによって光学的に結合され得る。ＭＺＩは、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａ中の１つ又は複数のトレース２７１３を通じてＥＩＣ ２７９８に電気的に結合され、これは、ドライバ、バイアス回路、又は第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａを通じてレーザ２７０２から受け取った光ビームを変調するようにＭＺＩを駆動するための他の素子を含み得る。変調された光ビームは、第二のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ｂの第五のＬＡＳＧ ２７４５Ｅ及び第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａの第六のＬＡＳＧ ２７４５Ｆを通じて第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａに戻るように出力され得る。

ｍｕｘ ２７０９は複数の入力を有し、これら複数の入力は、複数のそのような変調された光ビームを受けるための複数のＳｉＮ導波路に結合され、その変調された光ビームは、共通の出力ＳｉＮ導波路に組み合わされ得る。‘８１５号出願に記載されているように、共通の出力ＳｉＮ導波路がインタポーザのインタポーザ導波路に断熱的に結合され得る。

この及び他の例において、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａは、ＳｉＮ層、コンポーネント、及びデバイスのみ（Ｓｉ層、コンポーネント、及びデバイスと対照的）を含み、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４ＡのＳｉＮ製造工程が最適化され、その一方で第二のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ｂは、Ｓｉ層、コンポーネント、及びデバイスのみ（ＳｉＮ層、コンポーネント、及びデバイスと対照的）を含み、第二のＳｉ ＰＩＣ ２７０４ＢのＳｉ製造工程が最適化され得る。例えば、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４Ａの第二のＬＡＳＧ ２７４５Ｂ、第三のＬＡＳＧ ２７４５Ｃ、及び第六のＬＡＳＧ ２７４５Ｆは、ＳｉＮ ＬＡＳＧを含み、第一のＳｉ ＰＩＣ ２７０４ＡのＳｉ基板からのその厚さを最適にして、結合の指向性を高めるように構成され得る。

他の実施形態において、表面結合システムは、レーザと１つのＳｉ ＰＩＣとを含み得る。レーザは、ＤＭＬとして実装され、Ｓｉ ＰＩＣは、１つ又は複数のＳｉＮ層、コンポーネント、及びデバイスを含み、Ｓｉ層、コンポーネント、及びデバイスを全く含まなくてもよい。このようなＳｉ ＰＩＣは、ＳｉＮ ＰＩＣ又はＳｉＮプラットフォームと呼ばれ得る。レーザは、本明細書に記載の第一の表面格子の１つ又は複数を含み、ＳｉＮプラットフォームは、本明細書に記載の第二の表面格子の１つ又は複数を含み得る。ＳｉＮプラットフォームは、レーザが直接変調されるため、Ｓｉ導波路又はＳｉベースのＭＺＩ若しくは他のＳｉベースの変調器を省略でき、その場合、Ｓｉ変調器の比較的高い損失（例えば、７〜８ｄＢ）が回避され得る。

この例のＳｉＮプラットフォームは、低コストである、レンズを用いないパッケージングプラットフォームとしての役割を果たし、それによってレンズをなくし、ピックアンドプレースの精度要求を緩和し得る。光は、断熱的に結合されたポリマーインタポーザ又は高屈折率ガラスインタポーザを用いてＳｉＮプラットフォームから結合され得る。ＳｉＮ ＰＩＣは、基本的に、Ｓｉフォトニック工程のＢＥＯＬを含み、金属層並びに第二の表面格子としてＳｉＮ ＬＡＳＧを含み得る。ＳｉＮプラットフォームは、ｍｕｘ、ｄｅｍｕｘ、導波路スプリッタ、及び／又は他のパッシブコンポーネントを含み得る。

垂直照明ｐｉｎダイオード（ＩｎＧａＡｓ、Ｇｅ／Ｓｉ等）は、ＳｉＮプラットフォームに取り付けられたフリップチップであり、ＳｉＮ導波路からの光は、本明細書に記載されているようなＳｉＮ ＬＡＳＧを通じて垂直照明ｐｉｎダイオードに結合され得る。高速ダイオードは、高さ約２０μｍであり、ＳｉＮ ＬＡＳＧとｐｉｎとの間に光学アイソレータが不要であり得るため、スポットサイズ１０μｍの格子が使用され得るが、本明細書に記載されている幾つかのＬＡＳＧにより提供され得る２０〜４０μｍのスポットサイズでは、作動距離を大きくし得る。この例において、ファイバからの入射光は、‘８１５号出願に記載されているように、ポリマーインタポーザ又は高屈折率ガラスインタポーザを通じてＳｉＮプラットフォーム２７０４Ａに断熱的に結合され得る。

幾つかの実施形態において、フォトニクスプラットフォーム内へのＬＡＳＧの形成に関して２つの要件があり得る。フォトニクスプラットフォームは、ＳｉＮプラットフォーム（例えば、Ｓｉ基板上の１つ又は複数のＳｉＮ導波路層）、Ｓｉプラットフォーム（例えば、Ｓｉ基板上の１つ又は複数のＳｉ導波路層）、及びＳｉ／ＳｉＮプラットフォーム（例えば、すべてＳｉ基板上の１つ又は複数のＳｉ導波路層及び１つ又は複数のＳｉＮ導波路層）を含み得る。「Ｓｉ ＰＩＣ」という用語は、文脈上他の解釈が必要でない限り、本明細書では概してすべてのプラットフォームを指すために使用されている。

２つの要件は、以下を含み得る：
１）弱く長い格子により、結合ビームを８〜４０μｍ又はさらには２０〜４０μｍに拡張できること、
ａ．→格子ピッチは最大に調節される、
２）導波路の十分に強力な閉じ込めにより、ビームを横方向に回折させて、約８〜４０μｍ又はさらには２０〜４０μｍのビームサイズを実現できること。

Ｓｉプラットフォーム内に形成されるＬＡＳＧは、第一の条件を満たし得る。しかしながら、ガラス導波路内のモードサイズは、主にコアとクラッドとの屈折率差の値が小さいことによるものであり、例えば、屈折率差は、約０．００６〜０．０３であり得る。ＳｉＮプラットフォーム内に形成されるＬＡＳＧは十分に高い閉じ込めを提供し、屈折率差は約０．５であり、それによって約１μｍの幅の導波路モードが実現され、そのために約２５０μｍのファンアウト長さが必要となる。Ｓｉプラットフォーム及びＳｉＮプラットフォームの何れを選択するかは指向性（上下の回折パワーの比）に依存し、これはまた、基板及びＳｉＯ_２ボックス層によって異なり得る。

図２８は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、本明細書に記載の第一及び第二の表面格子の１つ若しくは両方又は他のＬＡＳＧで実装され得る例示的な集光表面格子２９０６を示す。

図２９は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された、本明細書に記載の第一及び第二の表面格子の１つ又は両方に実装され得る表面格子の指向性を増大させるための例示的な概念を示す。図２９の例において、１つの表面格子３００１が他の表面格子３００３の上に形成され、一方が他方に関してずらされている。積み重ねられた２つの表面格子は、一体として、本明細書に記載されているように、レーザからの光を回折させるための第一の表面格子の一方、又はＳｉ ＰＩＣ中に光を回折させるための第二の表面格子の１つとして実装され得る。

図３０Ａは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的な表面結合システム３１００を示す。システム３１００は、表面結合端面発光レーザ（以下、「レーザ」という）３１０２を含み得る。レーザ３１０２は、本明細書に記載の他のレーザの何れかを含み得るか又はそれに対応し得る。レーザ３１０２は、ＩｎＰレーザとして実装され得る。レーザ３１０２は、ＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７と同じチップ内にあり、レーザ３１０２とＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７とは、斜めの隔離トレンチ３１５７によって分離され得る。レーザ３１０２は、レーザ３１０２からの光を結合するための第一のＬＡＳＧ ３１４５Ａを含み得る。ＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７は、ＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７への光を結合するための第二のＬＡＳＧ ３１４５Ｂを含み得る。

表面結合システム３１００はまた、ブリッジ３１５９を含み得る。ブリッジ３１５９は、レーザ３１０２の第一のＬＡＳＧ ３１４５Ａからブリッジ３１５９への光を結合するための第三のＬＡＳＧ ３１４５Ｃと、ブリッジ３１５９からＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７の第二のＬＡＳＧ ３１４５Ｂへの光を結合するための第四のＬＡＳＧ ３１４５Ｄとを含み得る。

表面結合システム３１００は、第一及び第二の光学アイソレータ３１２０Ａ〜Ｂをさらに含み得る。第一の光学アイソレータ３１２０Ａは、第一の偏光子３１２４Ａと第一のファラデー回転子３１２６Ａとを含み得る。第一の偏光子３１２４Ａと第一のファラデー回転子３１２６Ａとは、レーザ３１０２の第一のＬＡＳＧ ３１４５Ａとブリッジ３１５９の第三のＬＡＳＧ ３１４５Ｃとの間に配置され得る。第二の光学アイソレータ３１２０Ｂは、第二の偏光子３１２４Ｂと第二のファラデー回転子３１２６Ｂとを含み得る。第二の偏光子３１２４Ｂと第二のファラデー回転子３１２６Ｂとは、ブリッジ３１５９の第四のＬＡＳＧ ３１４５ＤとＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７の第二のＬＡＳＧ ３１４５Ｂとの間に配置され得る。

レーザ３７０２のＩｎＰ基板３１３４Ａ〜Ｃ及びＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７において、複数の窓３１８８Ａ〜Ｂは、対応するＬＡＳＧ ３１４５Ａ〜Ｂの下にエッチングされ得る。ＨＲコーティング３１９０Ａ〜Ｂは、対応するＬＡＳＧ ３１４５Ａ〜Ｂの下に塗布されて、下面ミラーを形成し得る。同様に、ブリッジ３１５９のＩｎＰ基板３１３４Ｄ中において、複数の窓３１８８Ｃ〜Ｄは、対応するＬＡＳＧ ３１４５Ｃ〜Ｄの上方にエッチングされ得る。ＨＲコーティング３１９０Ｃ〜Ｄは、対応するＬＡＳＧ ３１４５Ｃ〜Ｄの上方に塗布されて、上部ミラーを形成し得る。幾つかの実施形態において、ブリッジ３１５９は、レーザ３１０２及びＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７と同じウェハ内に形成され、この場合、ブリッジ３１５９は、製造後に上下逆さにされ得る。

動作中、レーザ３１０２は光ビームを発し、この光ビームは、幾つかの実施形態において連続波（ＣＷ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）を含み得る。光ビームは、レーザ３１０２から第一の光学アイソレータ３１２０Ａを通ってブリッジ３１５９へレーザ３１０２の第一のＬＡＳＧ ３１４５Ａ及びブリッジ３１５９の第三のＬＡＳＧ ３１４５Ｃによって結合され得る。ブリッジ３１５９の第三のＬＡＳＧ ３１４５Ｃは、ブリッジ３１５９の第四のＬＡＳＧ ３１４５Ｄに光学的に結合され、光ビームをブリッジ３１５９の第四のＬＡＳＧ ３１４５Ｄへ方向転換し得る。ブリッジ３１５９の第四のＬＡＳＧ ３１４５Ｄは、ブリッジ３１５９からの光ビームを第二の光学アイソレータ３１２０Ｂ及びＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７の第二のＬＡＳＧ ３１４５Ｂを通ってＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７へ結合し、ここで、光ビームは、暗号化された情報を有する光信号を形成するように変調され得る。

１つの実施形態において、レーザ３１０２をＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７内の時間変調反射から分離することが有益であり得る。この例において、二段形分離はハイブリッド集積によって実現され得る。ブリッジ３１５９は、レーザ３１０２及びＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７と同じウェハから劈開され（cleaved）、それにより、ブリッジ３１５９は、層厚、組成、及びＬＡＳＧ格子の深さの点でレーザ３１０２及びＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７とマッチし得る。層厚、組成、及びＬＡＳＧ格子の深さの点でマッチすることにより、最適なＬＡＳＧ−ＬＡＳＧ挿入損失性能が得られる。レーザ３１０２、ＩｎＰ ＭＺ変調器３１０７、及びブリッジ３１５９は、在庫管理を容易にするために同じウェハ上で一緒に供給され得る。

図３０Ｂは、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された図３０Ａの表面結合システム３１００の例示的実施例を示す。
図３１は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的な表面結合システム３２００を示す。システム３２００は、図３０Ａ及び３０Ｂのシステム３１００と同様であるが、例外として、レーザ３２０２とＩｎＰ ＭＺ変調器３２０７とは完全に分離され、それによって設置公差の点で有利であり、ＩｎＰチップの全体的なコストが削減される。

図３２は、本明細書に記載の少なくとも１つの実施形態により配置された他の例示的な表面結合システム３３００を示す。システム３３００はブリッジ３３５９を含み、これは、第一のＬＡＳＧ ３３４５Ａと第二のＬＡＳＧ ３３４５Ｂとの間の半導体光増幅器（ＳＯＡ）３３４１を含む。第一及び第二のＬＡＳＧ ３３４５Ａ〜Ｂは、３３５９の裏面にＰコンタクト３３６１Ａ〜ＢとＮコンタクト３３６３とを含み得る。ブリッジ３３５９はまた、複数のｐドーパント拡散フィードスルー３３６５Ａ〜Ｂを含み得る。図３０Ａ、３０Ｂ、３１、及び３２に示される例示的実施形態の何れにおいても、ブリッジ内の、第三及び第四のＬＡＳＧ ３１４５Ｃ及び３１４５Ｄ間に位置付けられた導波路部分は、ブリッジ内の方向を変化され、すなわち、導波路が第三のＬＡＳＧ ３１４５Ｃと第四のＬＡＳＧ ３１４５Ｄとの間で直線の状態を保つ必要がない。この導波路部分の方向の変化は、サブコンポーネント（３１０２及び３１５９）自体の組立を容易にするため、及び／又は完成したデバイスの光学分離性能を改善するために含めることができる。

ＬＡＳＧの概念は、レーザ以外の他のＩｎＰデバイスに拡張され得る。例えば、電界吸収型変調器（ＥＡＭ：ｅｌｅｃｔｒｏ−ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、ＩｎＰ ＭＺ変調器、及び／又は他のＩｎＰデバイスである。これら及び他の実施形態において、ＩｎＰデバイス及び／又はＳｉ ＰＩＣに含まれるＬＡＳＧは、８〜４０μｍのスポットサイズ又はさらには２０〜４０μｍのスポットサイズを有し、高い光軸位置ずれ公差及びレンズなしの組立を可能にするように構成され、それによってコストが削減される。

本明細書における実質的にあらゆる複数形及び／又は単数形の用語の使用に関して、当業者であれば、文脈及び／又は用途に応じて、複数形から単数形に及び／又は単数形から複数形に解釈できる。明瞭にするために、本明細書では、各種の単数形／複数形の置換えが明示的に記され得る。

本発明は、その趣旨又は本質的特性から逸脱することなく、他の具体的な形態で実施され得る。記載されている実施形態は、あらゆる点において限定ではなく例示として考慮されるものとする。したがって、本発明の範囲は、上記の説明によってではなく、付属の特許請求の範囲により示される。特許請求の範囲の意味及び均等物の範囲に含まれるすべての変更形態は、その範囲内に包含されるものとする。

Claims (25)

1. システムであって、
   表面結合端面発光レーザであって、
   コア導波路と、
   該コア導波路と同じ前記表面結合端面発光レーザの層内で前記コア導波路に光学的に結合されたファンアウト領域と、
   前記ファンアウト領域内に形成された第一の表面格子と、
   前記コア導波路の下の１つ又は複数の下層であって、前記表面結合端面発光レーザによって発せられる光を実質的に透過させる前記１つ又は複数の下層と、
   分布帰還型（ＤＦＢ）レーザを含むアクティブ部分であって、前記分布帰還型レーザは、前記１つ又は複数の下層の上方に位置付けられ、且つ前記コア導波路にエンドツーエンドで光学的に結合される、前記アクティブ部分と、
   コア領域と前記ファンアウト領域とを含むパッシブ部分であって、前記アクティブ部分にエンドツーエンドで光学的に結合される前記パッシブ部分と、を含む前記表面結合端面発光レーザと、
   光集積回路（ＰＩＣ）であって、該光集積回路は、光学導波路及び前記光集積回路の上層内に形成された第二の表面格子を含み、前記第二の表面格子は、前記第一の表面格子と光軸合わせされている、前記光集積回路と、
   前記第一の表面格子と前記第二の表面格子との間に位置付けられた光学アイソレータと、を備え、
   前記光学アイソレータは、ガーネットを含み、
   入力偏光子は、前記ガーネットの上面に結合されており、及び出力偏光子は、前記ガーネットの下面に結合されている、システム。
2. 前記第一の表面格子は、前記コア導波路から受け取られた光を前記第二の表面格子に向かって下方に方向転換するように構成され、
   前記第二の表面格子は、前記第一の表面格子からの前記光を、前記光が前記光学アイソレータを通った後に受け取るように位置付けられ、
   前記第二の表面格子は、前記第一の表面格子から受け取られた光を前記光学導波路へ方向転換するように構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第一の表面格子及び前記第二の表面格子の各々は、８〜４０μｍのサイズを有する回折スポットを生成するように構成される、請求項１に記載のシステム。
4. 前記第一の表面格子は、１０マイクロメートル（μｍ）超の長さを有し、
   前記第二の表面格子は、１０μｍ超の長さを有する、請求項３に記載のシステム。
5. 前記光学アイソレータは、３００〜８００マイクロメートル（μｍ）の範囲の物理的厚さを有する、請求項１に記載のシステム。
6. 前記光学アイソレータの上面及び前記光学アイソレータの下面の各々の表面積は、２００μｍ^２未満である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記パッシブ部分は、前記第一の表面格子の上方に位置付けられた上部ミラーを含む、請求項１に記載のシステム。
8. 前記表面結合端面発光レーザは、前記アクティブ部分及び前記パッシブ部分に形成されたリッジ構造をさらに含み、
   前記リッジ構造は、
   前記アクティブ部分内の、前記アクティブ部分の多重量子井戸層の深さより上の深さまで下方に延びる浅いリッジと、
   前記パッシブ部分内の、前記多重量子井戸層の前記深さより下の深さまで下方に延びる深いリッジと、を含む、請求項１に記載のシステム。
9. 前記表面結合端面発光レーザは、直接変調レーザ（ＤＭＬ）を含む、請求項１に記載のシステム。
10. 前記光集積回路に機械的且つ電気的に結合された電気集積回路（ＥＩＣ）をさらに備え、
    電気信号は、前記電気集積回路から前記光集積回路のトレースを通じて前記表面結合端面発光レーザに搬送される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記光集積回路は、光学マルチプレクサをさらに含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記第一の表面格子は、集光格子を含む、請求項１に記載のシステム。
13. 基板をさらに備え、
    前記表面結合端面発光レーザは、ｐ側を下にして前記基板に結合される、請求項９に記載のシステム。
14. 前記基板に取り付けられ、且つ前記表面結合端面発光レーザに通信可能に結合されたドライバ又はクロック及びデータリカバリ（ＣＤＲ）回路の少なくとも１つをさらに備える請求項１３に記載のシステム。
15. 前記光集積回路の前記光学導波路は、窒化シリコン（ＳｉＮ）導波路を含み、
    前記システムは、インタポーザをさらに備え、
    前記インタポーザは、
    インタポーザ導波路であって、前記インタポーザ導波路の一方の端において前記窒化シリコン導波路に断熱的に結合され、且つ前記インタポーザ導波路の反対の端において光ファイバに突き合わせ結合された前記インタポーザ導波路を含む、請求項９に記載のシステム。
16. 前記光集積回路の前記光学導波路は、シリコン（Ｓｉ）導波路を含み、
    前記光集積回路は、前記シリコン導波路に断熱的に結合された窒化シリコン（ＳｉＮ）導波路をさらに含み、
    前記システムは、インタポーザをさらに備え、
    前記インタポーザは、
    インタポーザ導波路であって、前記インタポーザ導波路の一方の端において前記窒化シリコン導波路に断熱的に結合され、且つ前記インタポーザ導波路の反対の端において光ファイバに突き合わせ結合された前記インタポーザ導波路を含む、請求項９に記載のシステム。
17. 前記第二の表面格子は、窒化シリコン（ＳｉＮ）回折格子を含む、請求項１に記載のシステム。
18. 前記第一の表面格子と前記第二の表面格子との間の作動距離は、少なくとも１００マイクロメートルである、請求項１に記載のシステム。
19. 前記第一の表面格子のスポットサイズは、８マイクロメートル（μｍ）〜４０μｍの範囲である、請求項１に記載のシステム。
20. 前記表面結合端面発光レーザは、リン化インジウムを含む、請求項１に記載のシステム。
21. 前記表面結合端面発光レーザは、ハイブリッドレーザを含む、請求項１に記載のシステム。
22. 前記第一の表面格子と前記第二の表面格子との間の第一の光路内にレンズが配置されていない、請求項１に記載のシステム。
23. システムであって、
    表面結合端面発光光増幅器であって、コア導波路、前記コア導波路と同じ前記表面結合端面発光光増幅器の層内で前記コア導波路の第一の端に光学的に結合された第一のファンアウト領域、前記第一のファンアウト領域内に形成された第一の表面格子、前記コア導波路と同じ前記表面結合端面発光光増幅器の層内で前記コア導波路の第二の端に光学的に結合された第二のファンアウト領域、及び前記第二のファンアウト領域内に形成された第二の表面格子を含む表面結合端面発光光増幅器と、
    光集積回路（ＰＩＣ）であって、第一の光学導波路、第二の光学導波路、前記光集積回路の上層内に形成され、且つ前記第一の光学導波路に光学的に結合された第三の表面格子、及び前記光集積回路の前記上層内に形成され、且つ前記第二の光学導波路に光学的に結合された第四の表面格子を含む前記光集積回路と、前記第一の表面格子と前記第三の表面格子との間に位置付けられた光学アイソレータと、を備え、
    前記第三の表面格子は、前記表面結合端面発光光増幅器の前記第一の表面格子と光軸合わせされており、及び前記第四の表面格子は、前記表面結合端面発光光増幅器の前記第二の表面格子と光軸合わせされ、
    前記光学アイソレータは、ガーネットを含み、
    入力偏光子は、前記ガーネットの上面に結合されており、及び出力偏光子は、前記ガーネットの下面に結合されている、システム。
24. 前記第一の表面格子と前記第三の表面格子との間及び前記第二の表面格子と前記第四の表面格子との間の作動距離は、少なくとも５０マイクロメートルである、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記第一の表面格子及び前記第三の表面格子の各々のスポットサイズは、８マイクロメートル（μｍ）〜４０μｍの範囲である、請求項２３に記載のシステム。

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