KR19980071602A - 하이브리드 광학 장치의 조립 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동 소자에 광학적으로 결합되는 수동 소자를 포함하는 하이브리드 광학 장치의 조립 방법에 관한 것이다. 수동 소자는 실리카로 제작된 기판 상의 실리카층 내에 형성되고, 따라서 상기 층과 상기 기판은 실리카 적층 구조를 형성한다.

그 방법은, 양호한 열 전도성과, 능동 소자의 열 팽창 계수와 유사한 열 팽창 계수를 갖는 중간 소자를 제작하는 단계와,

능동 소자를 중간 소자에 고정시키는 단계와,

실리카 적층 구조 내에 공동을 형성하고, 능동 소자가 공동 내부에 배치되어 수동 소자에 광학적으로 결합되도록 중간 소자를 상기 구조에 고정시키는 단계로 구성된다.

Description

하이브리드 광학 장치의 조립 방법

본 발명은 하이브리드 광학 장치의 조립 방법에 관한 것이다. 하이브리드 광학 장치는 수동 소자에 광학적으로 결합되는 능동 광전자 소자를 포함하는 소자로서 형성된다. 그러한 소자는 다수의 광 섬유가 연결될 수 있는 광학 모듈 내에서 둘러싸이도록 설계된다.

하이브리드 광학 장치는 이미 종래 기술에서 제작되어 왔다. 특히, 소자들은 도1a의 사시도에 도시된 상태로 존재한다. 그러한 소자는 실리카로 제작된 수동 소자(1)와 일예로 레이저 형태 또는 광 증폭기 형태의 능동 소자(2)를 포함하고, 양 소자들은 실리콘으로 제작된 기판(3)에 의해 지지된다.

실제에, 수동 소자(1)는 실리콘 기판(3) 상의 3 개의 연속되는 실리카 적층(6, 7, 8)으로 구성된다. 제2 실리카층(7)은 특별한 형태로 에칭되고, 수동 소자(1)의 광 안내부를 구성한다. 도1a에 도시된 예에서, 광 안내부는 직선형이지만, 실행하는 기능에 따라 몇몇 다른 형태로 될 수 있다. 제2 실리카층(7)은 다른 2 개의 층(6, 8) 보다 더 큰 굴절률을 갖도록 제작된다. 따라서, 제2 층(7)은 광 섬유의 코어와 동등하게 되고, 반면에 다른 2 개의 층(6, 8)들은 그러한 광 섬유의 클래딩(cladding)과 동등하게 된다.

실리콘 기판(3)과, 수동 소자를 형성하는 실리카층(6, 7, 8)으로 구성된 조립체를 대개 실리카-실리콘 적층 구조라 부르고 SiO₂/Si로 약기된다.

리세스(5)는 실리카(6, 7, 8)의 층 내에 그리고 실리콘 기판(3)의 주변에 형성된다. 능동 소자(2)는 그후 광학축(9)이 수동 소자(1)의 광 안내부(7)에 정렬되도록 리세스(5) 내부에 배치된다.

능동 소자(2)의 광학축(9)과 수동 소자(1)의 광 안내부(7) 사이의 정렬은 매우 정밀해야 하며, 즉 약 1마이크론(㎛) 이내로 정밀해야 한다. 이를 위해, 공동(5)은 도1b의 단면도에 도시된 대로 능동 소자(2)를 정 위치에 고정될 수 있게 하는 구조를 갖추어야 한다. 도1b에 도시된 대로, 공동(5)은 능동 소자의 형태에 부합하도록 하는 계단부(51)를 갖추고 있다. 또한, 공동(5)의 치수는 1마이크론 이내의 정밀도로 형성되어 있다. 납땜 스폿(S)은 능동 소자(2)를 공동의 기부에 고정될 수 있게 한다.

도1b에 도시된 화살표는 능동 소자(2)에 의해 방출되는 열이 제거되는 방향을 나타낸다.

그러한 형태의 하이브리드 광학 소자는 특히, 아이. 기타자와(I. Kitazawa)등에 의해 제공된 평면 광파동 회로용 LD-장착-구조 상의 열 저항 및 납땜 응력 분석이라는 문헌의 IOOC '95, FA3-5, 제26 내지 제29페이지'에 개시되어 있다.

그러나, 그러한 형태의 하이브리드 광학 소자는 단지 매우 제한된 용도로 사용된다. 이는 실제로 실리콘이 실리카의 열 팽창 계수와는 매우 상이한 열 팽창 계수를 갖기 때문이다. 그 결과, 실리카의 연속 층(6, 7, 8)들이 실리콘 기판 상에서 400℃ 내지 1400℃ 범위 내의 온도에서 전착된 후에, 그리고 합성 조립체가 주위 온도로 냉각된 후에, 그렇게 얻게 된 실리카-실리콘 적층 구조는 만곡되고 매우 변형된 형태를 갖게 된다. 그러한 변형으로 인해 다양한 실리카층으로 전달되는 응력이 발생하게 된다.

그러한 응력은 직선형 안내부가 만들어질 때는 문제가 아니지만, 다른 형태의 수동 소자가 일예로, 동력 분할기, 즉 3dB 손실을 갖는 커플러와 같이 만들어질 때는 중요한 문제가 된다.

광학 분극은 광섬유 내에서 회전한다. 하나의 광섬유로부터 나오는 빛이 3dB 커플러 안으로 투사될 때, 분극에 상관 없이 광학 동력을 분할할 수 있는 소자를 갖는 것이 필수적이다. 실리카의 층 내에 발생된 응력은 그러한 커플러의 수동 기능을 분극에 민감하게 하고, 그 결과 그러한 형태의 수동 소자는 정확히 작동할 수 없게 된다.

그러한 문제점에 대한 하나의 해결책은 도1c에 도시되어 있고 용융된 실리카, 즉 비결정 실리카로 제작된 지지체(3)를 이용하여 마련된다. 그러한 구조를 실리카 적층 구조라 부르고 SiO₂/SiO₂로 약기된다. 도시된 예에서, 수동 소자는 커플러(C)이다. 그 경우에, 기판(3)과 커플러(C)를 형성하는 실리카층들은 실리카층 내에 응력이 발생하지 않도록 서로 매우 근접한 열 팽창 계수를 갖는다. 그후 수동 소자는 분극에 민감하지 않게 된다.

그러한 해결 방안은 일예로, 에스. 고바야시(S. Kobayashi)등에 의해 제공된 실리카 및 글래스계의 IO 소자에 대한 전망이라는 문헌의 ECIO '95, We A3, 제309 내지 제314페이지'에 개시되어 있다.

그러나, 실리콘과는 달리, 용융된 실리카는 불량한 열 방산체이다. 불행하게도, 하이브리드 광학 소자를 제작할 때, 광전자 소자에 의해 방출된 열을 제거하는 것이 필요하다.

따라서 해결될 문제점은 용융 실리카 기판 상에 하이브리드 광학 소자를 제작 가능하게 하는 수단을 발견하는 데 있으며, 그러한 소자는 능동 소자 및 수동 소자 모두를 포함하고, 2 개의 소자들은 서로 광학적으로 결합된다.

그러한 문제점을 해결하기 위한 제1 해결 방안은 도2a의 단면도에 도시되어 있다. 그 해결 방안은 상기 능동 소자에 의해 방출된 열을 방산하기에 적절한 실리콘 지지체 형태의 중간 소자(4)를 갖춘 능동 소자(2)를 덮는 데 있다. 방출된 열이 제거되는 방향은 도2a의 화살표로 나타낸다.

그러나, 제1 해결 방안은 그것이 중요한 문제점을 안고 있기 때문에 최적의 방안은 아니다. 열은 능동 소자(2)를 통해 제거되며 상기 소자의 작동을 상당히 손상시킨다. 또한, 광전자 소자의 질은 그 수명 스팬과 같이 상당히 저하된다.

또한, 그 경우에, 실리콘 지지체 형태의 중간 소자(4)를 유지시키기 위한 수단은 형성되어 있지 않다. 상기 지지체는 실리카 적층 구조에 임의로 부착될 수 있다. 어떠한 경우에도, 지지체는 능동 소자와 수동 소자의 정렬에 도움을 주지 못한다. 그것은 단지 도1a 및 도1b에 대응하는 전술된 종래 기술에서와 같이, 정렬을 가능하게 하는 공동(5) 및 납땜 스폿(S)의 형태로 존재한다.

광전자 소자를 통해 제거되는 열을 피하기 위해, 도2b에 도시된 대로 상기 소자를 다른 방식으로 상향 전환시킴으로서 또 다른 해결 방안이 존재한다. 그 경우에, 열은 능동 소자(2)를 통과하지 않고 최단 경로를 통해 실리콘 지지체 형태의 중간 소자(4)로 제거된다. 실리콘 지지체 형태의 중간 소자(4)는 열 경로로서 작용한다.

능동 소자(2)의 후방면(2a)은 능동 기능으로서의 광학축(9)을 참고함이 없이 ±10㎛의 정밀도로 연마함으로서 얇아지게 된다. 열 경로(4)는 능동 소자(2)의 광학축(9) 주변에 장착된다. 그러한 열 경로는 단지 열싱크로서 작용하게 된다. 또한, 그것은 최적으로 칩 형태의 능동 소자(2)를 둘러싸기 위해 제공된다. 그러나, 그러한 정렬 기능은 광전자 소자의 후방면(2a)을 얇게하기 위해 큰 공차(±10㎛)와 양립하지 못하기 때문에 능동 소자의 광학축(9)을 수동 소자(1)의 광 안내부에 대해 정확히 정렬시키는 데 결코 도움을 주지 못한다. 그 결과, 제2 해결 방안은 또한 만족스럽지 못하다.

또 다른 형태의 하이브리드 광학 장치는 종래 기술에서 제안되어 왔고, 도2c의 종단면도에 도시되어 있다. 그 장치는 능동 소자(2), 열 경로 또는 실리콘 형태의 중간 소자(4)로 제작된 브릿지, 및 적어도 하나의 수동 소자가 실행되는 실리카-실리콘 적층 구조(10)를 포함한다. 그 구조(10)는 또한 실리카 적층 구조로 될 수 있다.

그 경우에, 실리콘 브릿지 형태의 중간 소자(4)는 열싱크, 및 능동 소자(2)와 실리카-실리콘 적층 구조(10)에 공유되는 지지체로서 제공된다.

2 가지 형태의 소자를 지지하기 위해, 브릿지 형태의 중간 소자(4)의 면적을 비교적 크게, 즉 일반적으로 0.1cm²보다 크게 하는 것이 필요하게 된다. 그 면적은 몇 cm²로 될 수도 있다. 실리카-실리콘 적층 구조(10)는 지지점(A, B)으로 불리는 2 개의 점에서 브릿지 형태의 중간 소자(4)에 고정된다. 2 개의 지지점(A, B) 사이의 거리는 대략 구조(10)의 크기와 동일하다. 따라서, 그것은 비교적 길고, 1mm 내지 몇 cm의 범위 내에 있게 된다.

그 긴 거리로 인해 －40℃ 내지 ＋85℃의 범위 내에서 가변되는 온도에서 수행되는 표준 원거리 통신 적용 중에 지지점(A, B)에서 전단 응력이 발생하게 되는 문제점이 있게 된다. 그러한 전단 응력의 문제점은 브릿지 형태의 중간 소자(4)의 실리콘의 열 팽창 계수와 실리카-실리콘 적층 구조(10) 또는 실리카 적층 구조의 실리카의 열 팽창 계수 사이의 차이에 기인한다.

본 발명은 능동 소자에 의해 방출된 열을 방산시키고 상기 소자의 광학축을 수동 소자의 광 안내부에 대해 정렬시킬 수 있는 실리콘 지지체가 이용되는, 하이브리드 광학 장치의 조립 방법을 제공하기 때문에 전술된 모든 문제점을 완화시킬 수 있게 된다.

특히, 본 발명은 능동 소자에 광학적으로 결합되는 수동 소자를 포함하는 하이브리드 광학 장치의 조립 방법을 제공하며, 상기 수동 소자는 실리카로 제작된 기판 상의 실리카의 층 내에 형성되고, 따라서 상기 층과 상기 기판은 실리카 적층 구조를 형성하며, 상기 방법은,

양호한 열 전도성과, 능동 소자의 열 팽창 계수와 유사한 열 팽창 계수를 갖는 중간 소자를 제작하는 단계와,

능동 소자를 중간 소자에 고정시키는 단계와,

실리카 적층 구조 내에 공동을 형성하고, 능동 소자가 공동 내부에 배치되어 수동 소자에 광학적으로 결합되도록 중간 소자를 상기 구조에 고정시키는 단계로 구성된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 그 방법은 제1 형태의 맞닿음부를 능동 소자의 키이 수단에 대해 배치시키고 제2 형태의 맞닿음부를 실리카 적층 구조 내의 마아킹에 대해 배치시키도록, 중간 소자 상에 맞닿음부와, 능동 소자 상에 키이 수단과, 실리카 적층 구조 상에 마아킹을 형성하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 중간 소자는 실리콘으로 제작된다.

본 발명은 또한 수동 소자에 광학적으로 결합되는 능동 소자를 포함하는 하이브리드 광학 장치를 제공하며, 상기 수동 소자는 실리카로 제작된 기판 상의 실리카의 층 내에 형성되고, 따라서 상기 층과 상기 기판은 실리카 적층 구조를 형성하며, 상기 장치는 양호한 열 전도성과 능동 소자의 열 팽창 계수와 유사한 열 팽창 계수를 갖는 중간 소자와, 실리카 적층 구조 내에 마련된 공동을 더 포함하고, 그 중간 소자는 능동 소자가 공동 내부에 배치되어 수동 소자에 광학적으로 결합되도록 능동 소자와 실리카 적층 구조 모두에 조립된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 중간 소자는 능동 소자 상에 배치된 키이 수단에 대해 우선 배치되고 다음으로 실리카 적층 구조 내에 배치된 마아킹에 대해 배치되기에 적절한 맞닿음부를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 중간 소자는 실리콘으로 제작된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 중간 소자는 소형의 크기를 갖고 그 면적은 능동 소자의 면적 보다 약간 더 큰 면적을 갖는다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 중간 소자는 1mm²보다 작은 면적을 갖고, 실리카 적층 구조는 몇 mm²보다 큰 면적을 갖는다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 능동 소자는 공동 내에서 정확히 상향 장착된다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 공동은 비관통 공동이고, 중간 소자는 능동 소자를 포위하도록 공동 위에 배치된다.

본 발명의 하이브리드 광학 장치는 용융된 실리카 기판의 가격이 저렴하고, 이것을 이용하여 분극에 민감하지 않는 소자를 기초로 한 광학 시스템의 설계가 상당히 단순화될 수 있기 때문에 특히 수많은 장점을 제공하게 된다.

본 발명의 조립 방법은 또한 트랜스미트-리시브 장치(TRD) 형태의 접근 소자의 제작, 또는 스위칭(switching)에 적용될 수 있다. 이러한 2 가지 형태의 용도, 즉 TRD 형태의 소자 및 스위칭에 있어서의 장점은 첫번째로 본 발명의 방법이 평면 소자를 이용하기 때문에 대량 생산을 할 수 있다는 사실과, 두번째로 광 분극에 민감하지 않은 실리카 적층 소자가 이용된다는 사실로부터 기인하여, 인-라인 회로의 단순화를 가능하게 한다. 또한, 열싱크는 구조 상의 광전자 소자의 밀도가 높은 스위칭 적용에 있어서 매우 중요하다.

본 발명의 다른 특징 및 장점은 비제한적인 예와 첨부 도면 및 이하의 설명을 참조함으로서 잘 알 수 있다.

도1a는 종래 기술의 하이브리드 광학 소자의 개략 사시도.

도1b는 도1a에 도시된 소자의 개략 단면도.

도1c는 3dB 커플러 타입의 종래 기술의 수동 소자의 개략 사시도.

도2a는 또 다른 종래 기술의 하이브리드 광학 소자의 개략 단면도.

도2b는 또 다른 하이브리드 광학 소자의 개략 단면도.

도2c는 또 다른 종래 기술의 하이브리드 광학 장치의 개략 종단면도.

도3은 본 발명의 하이브리드 광학 소자의 개략 사시도.

도4는 도3에 도시된 소자의 개략 종단면도.

도5는 본 발명의 하이브리드 광학 소자의 변형 실시예의 개략 단면도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 수동 소자

3 : 기판

4 : 중간 소자

5 : 공동

9 : 광학축

도3은 본 발명의 하이브리드 광학 소자의 구조를 도시한 것이고, 그것이 조립되는 방식을 잘 알 수 있게 한다. 이러한 하이브리드 광학 소자는 일예로 또한 칩으로 부르는 레이저 형태 또는 광학 증폭기 형태의 능동 소자(2)와, 직선형 광 안내부 형태나 3dB 커플러 형태 또는 몇몇 다른 형태의 수동 소자(1)를 포함한다.

수동 소자(1)는 용융된 실리카로 제작된 기판(3) 상에 연속 실리카층(6, 7, 8)을 적층시킴으로서 공지된 방법을 이용하여 제작된다. 중간층(7)은 수동 소자의 코어를 구성하고, 제작된 광 안내부의 기능에 따라 특별한 형태로 에칭된다. 다른 2 개의 층(6, 8)은 수동 소자의 클래딩을 구성한다. 용융된 실리카 기판은 실리카의 층(6, 7, 8) 내에 응력이 형성되는 것을 방지할 수 있게 하며, 따라서 분극에 민감하지 않은 양질의 수동 소자를 얻을 수 있게 된다. 다음의 설명에서, 수동 소자(1)와 실리카 기판(3)에 의해 형성된 조립체를 실리카 적층 구조라 부르고 도면부호 100으로 부기한다.

다른 실시예에서, 수동 소자의 코어(7)는 또한 질화 실리콘(Si₃N₄)층 내에 형성될 수 있다.

공동(5)은 실리카 적층 구조(100) 내에, 즉 실리카의 연속층(6, 7, 8) 내에 또는 그 연속층을 관통하여, 그리고 임의로 기판(3) 안으로 또는 기판을 관통하여 마련되고, 능동 소자(2)가 공동 내에서 수용할 수 있게 한다. 공동(5)은 관통 공동이나 비관통 공동 중 어느 하나로 선택될 수 있고, 그 선택은 대개 제작 비용 및 능동 소자(2)를 포위할 필요성이 있는 지의 여부에 따라 이루어진다. 능동 소자(2)는 그 광학축(9)이 수동 소자(1)의 광 안내부(7)에 정렬되도록 공동(5) 내에 삽입된다.

일예로, 능동 소자(2)는 에피텍시(epitaxy)에 의한 종래의 방식으로 제작된 GaInAsP-InP 적층 형태의 레이저로 되고 1mW 내지 200mW 범위의 동력을 갖는다. 공동(5) 안으로 삽입되기 전에, 레이저 형태의 능동 소자(2)는 일예로 납땜에 의해 방출된 열을 방산시키기 위해 제공되는 중간 소자(4)에 고정된다. 중간 소자의 크기는 비교적 작고, 그 면적은 공동(5)의 면적, 즉 능동 소자(2)의 면적 보다 약간 더 크다. 칩 형태의 능동 소자(2)는 정확히 상향으로 장착되도록 공동(5) 안으로 삽입된다. 반대로, 칩은 중간 소자(4) 상의 전도된 상태로 배치되어, 그 위에 장착된 플립 칩으로 될 수도 있다.

또한, 레이저 형태의 능동 소자(2)의 광학축(9)을 수동 소자(1)의 광 안내부(7)에 대해 정렬시키기 위해, 열싱크 형태의 중간 소자(4)를 레이저 형태의 능동 소자(2) 및 수동 소자(1) 모두에 대해 매우 정교하게 배치시킬 수 있는 것이 필요하다. 이를 위해, 맞닿음부 또는 키이 수단이 중간 소자(4) 상에나 능동 소자(2) 상에, 그리고 수동 소자(1) 상에 마련된다. 일예로, 그러한 키이 수단은 석판술이나 반응 이온 에칭(RIE), 또는 다른 에칭 방법에 의해 성형될 수 있다.

이러한 방식으로, (도3에 나타나 있지 않은) 맞닿음부는 일예로 레이저 형태의 능동 소자(2)의 전방면(2b) 상에 마련된 키이 수단(21)에 대항하여 배치될 수 있도록 열싱크 형태의 중간 소자(4)의 기부면 상에 형성된다. 마찬가지로, 맞닿음부(41)는 마아킹에 대항하여, 또는 도3에 도시된 것과 같이 실리카 적층 구조(100)의 상부면 내에 마련된 리세스(11) 내에 배치될 수 있도록 열싱크 형태의 중간 소자(4)의 기부면 상에 마련된다.

중간 소자(4)가 레이저 형태의 능동 소자(2) 및 수동 소자(1) 모두에 대해 배치되기 때문에, 능동 소자와 수동 소자는 변환 관계로서 서로에 대해 배치된다.

열싱크 상의 맞닿음부는 1미크론 이내로 매우 정밀하게 레이저 형태의 능동 소자(2)의 키이 수단(21)에 대해 배치된다.

동일 방식으로, 열싱크 상의 맞닿음부(41)는 1미크론 이내의 높은 정밀도로 구조(100) 내의 마아킹(11)에 대해 배치될 수 있도록 마련된다.

도3에 도시된 예에서, 레이저 형태의 능동 소자(2) 내의 마아킹(21)은 그 광학축(9)에 정렬되고, 수동 소자(1) 상의 키이 수단(11)은 실리카 광 안내부(7)에 정렬되고, 중간 소자(4) 상의 2 가지 형태의 맞닿음부는 레이저 상의 키이 수단과 수동 소자 상의 키이 수단에 각각 정렬된다. 당연히, 맞닿음부와 키이 수단의 위치는 단지 예에 의해 주어진다. 그들의 위치는 능동 소자와 수동 소자를 열싱크 형태의 중간 소자(4)에 대해 고정시키는 것이 가능하다면 달리 배치될 수 있고, 따라서 서로에 대해 배치될 수 있다.

도3을 단순화하기 위해, 수동 소자(1)의 광 안내부(7)는 직선형으로 도시되어 있지만, 광 안내부는 더 복잡한 형태로 될 수 있고, 특히 일예로 3dB 커플러로 될 수 있다.

도4는 도3에 도시된 하이브리드 광학 소자의 종단면도이다. 동일한 소자를 나타내는 데 도3과 동일한 도면부호가 사용된다. 수동 소자(1)는 실리카 적층(6, 7, 8)으로 구성된다. 그 소자는 소정 치수로 에칭되고 클래딩층(6, 8) 내에 매설된 코어(7) 또는 광 안내부를 포함한다. 이러한 예에서, 수동 소자의 실리카의 층과 기판(3) 내에 마련된 공동(5)은 관통 공동이다. 이러한 공동(5)은 그 광학축(9)이 수동 소자(1)의 광 안내부(7)에 정렬되도록 능동 소자(2)를 수용할 수 있다. 칩 형태의 능동 소자(2)는 납땜 스폿(S1)에 의해 열싱크로서 작용하는 중간 소자(4) 상의 전기 접속부(45)에 고정된다.

열싱크 형태의 중간 소자(4)는 실리콘이 GaInAsP/InP 칩 형태의 능동 소자(2)의 열 팽창 계수와 유사한 열 팽창 계수를 갖기 때문에 바람직하게 실리콘으로 제작되어, 특히 칩 형태의 능동 소자(2)와 중간 소자(4) 사이의 납땜 스폿(S1)으로 전달될 수 있는 전단 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

당연히, 중간 소자(4)는 일예로 산화알루미늄(Al₂O₃) 또는 갈륨비소(GaAs)와 같은 다른 재료로 제작될 수 있다. 그러나, 갈륨비소는 실리콘 보다 더 비싸며, 산화알루미늄은 능동 소자의 광학축이 수동 소자의 광학축에 매우 정밀하게 정렬되도록 맞닿음부를 (1미크론 이내의) 고정밀도로 제작할 수 없게 된다.

기재된 예에서, 기판(3)은 용융 실리카로 제작된다. 다른 실시예에서, 기판은 임의로 수정으로 제작될 수 있으나 수정은 실리카 보다 더 비싸다.

또한, 열싱크 형태의 중간 소자(4)의 기부면 상에 마련된 맞닿음부(42)는 레이저 형태의 능동 소자(2)의 전방면(2b) 상에 마련된 키이 수단(21)에 대해 넉넉히 배치되도록 설계된다.

다른 맞닿음부(41)는 실리카 적층 구조(100)의 상부면 내에 마련된 마아킹(11)에 대해 수용되도록 열싱크 형태의 중간 소자(4)의 기부면 상에 마련된다. 실리카 적층 구조(100)는 또한 그 전기 접속부(45)에 도포되는 납땜 스폿(S2)에 의해 열싱크 형태의 중간 소자(4)에 고정된다.

중간 소자(4) 상의 맞닿음부(41, 42)와, 레이저 형태의 능동 소자(2) 상의 키이 수단(21) 및 수동 소자(1) 내의 마아킹(11)은 도4에 도시된 예에서 레이저의 광학축(9)과 수동 소자의 광 안내부(7)에 정렬된다.

또한 본 발명의 하이브리드 광학 장치를 제작하기 위해 사용된 실리카 적층 구조(100)는 큰 치수를 구비하고 있음을 알 수 있다. 그 면적은 몇mm²보다 더 넓고, 몇십 cm²정도로 될 수도 있다. 대조적으로, 본 발명에 이용된 열 브릿지 또는 열싱크 형태의 중간 소자(4)는 1mm²이하의 작은 면적을 갖는다. 이러한 작은 면적은 실리카 적층 구조(100)와 열싱크 형태의 중간 소자(4) 사이에서 실행된 2 개의 납땜 스폿(S2) 사이의 간격을 제한하는 것을 가능하게 하고, 그 결과 실리콘의 열 팽창 계수와 실리카의 열 팽창 계수 사이의 차이로 인해 표준 원거리 통신 사용 중에 발생하는 전단 응력의 위험을 제한할 수 있고, 그것은 －40℃ 내지 ＋85℃의 범위에서 가변되는 온도에서 사용된다. 따라서 이는 도2C에 대응하는 전술된 종래 기술에 비해 중요한 장점을 갖게 된다.

칩 형태의 능동 소자(2)는 중간 소자(4) 상에 장착된 플립 칩이다. 광학축(9) 하방 구역은 제1 형태의, 일예로 n 타입의 캐리어로 처리되고, 광학축(9) 위의 구역은 제2 형태의, 일예로 p 타입의 캐리어로 처리된다. 따라서 칩을 열싱크에 연결시키는 역할을 하는 납땜 스폿(S1)은 제2 타입의 전극(이 예에서 양극)을 나타낸다. 일예로, 제1 타입의 전극(이 예에서 음극)은 열싱크 상의 접속부(45) 및 n 타입의 캐리어로 처리되는 레이저 형태의 능동 소자(2)의 구역 모두에 납땜되는 도체 와이어(15)에 의해 구성될 수 있다.

도5는 본 발명의 하이브리드 광학 장치의 변형 실시예의 단면도이다. 이 경우에, 중간 소자(4) 상의 맞닿음부(41, 42)는 능동 소자(2)와 수동 소자(1)의 광학축에 정렬되지 않고, 상기 광학축에 수직 방향으로 제공된다. 마아킹(11)은 열싱크 형태의 중간 소자(4) 상의 맞닿음부(41)가 내부에서 압축될 수 있도록 실리카 적층 구조(100)의 상부면 내에 제공되고, 열싱크는 수동 소자(1)에 대해 정렬될 수 있다. 또한, 열싱크 형태의 중간 소자(4) 상의 맞닿음부(42)는 레이저 형태의 능동 소자(2)의 전방면(2b)의 측벽(22)에 대해 배치되도록 마련된다.

그 중 하나가 도5에 도시되어 있는 납땜 스폿(S1)은 레이저 형태의 능동 소자(2)를 열싱크 형태의 중간 소자(4) 상에서 고정 상태로 유지시킬 수 있게 한다. 납땜 스폿은 실리카 적층 구조(100)를 도면에 도시되어 있지 않은 열싱크에 고정시킬 수 있게 한다. 따라서, 중간 소자(4)는 수동 소자 및 능동 소자 모두에 대해 고정되기 때문에, 2 개의 소자들은 서로에 대해 고정 및 정렬된다.

도5에 도시된 예에서, 공동(5)은 비관통 공동이다. 따라서, 이 경우에, 공동 위에 배치된 중간 소자(4)는 능동 소자를 포위하는 역할을 하게 된다. 도시된 화살표는 레이저 형태의 능동 소자(2)에 의해 방출된 열이 제거되는 방향을 나타낸다.

전술된 모든 예는 하나의 능동 소자와 하나의 수동 소자를 포함하는 장치에 관한 것이다. 당연히, 유사한 방식으로, 각각의 능동 소자가 공동 내부에 배치되고 광학적으로 수동 소자에 결합되도록 그 각각이 능동 소자와 실리카 적층 구조에 조립되는, 다수의 다른 수동 소자와, 다수의 다른 공동 및 다수의 다른 중간 소자들을 포함하는 장치를 제작하는 것이 가능하게 된다.

Claims (11)

1. 능동 소자에 광학적으로 결합되고 실리카로 제작된 기판 상의 실리카층 내에 형성된 수동 소자를 포함하고, 상기 층과 상기 기판이 실리카 적층 구조를 형성하도록 하는 하이브리드 광학 장치의 조립 방법에 있어서, 양호한 열 전도성과, 능동 소자의 열 팽창 계수와 유사한 열 팽창 계수를 갖는 중간 소자를 제작하는 단계와, 능동 소자를 중간 소자에 고정시키는 단계와, 실리카 적층 구조 내에 공동을 형성하고, 능동 소자가 공동 내부에 배치되어 수동 소자에 광학적으로 결합되도록 중간 소자를 상기 구조에 고정시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학 장치의 조립 방법.
2. 제1항에 있어서, 제1 형태의 맞닿음부를 능동 소자의 키이 수단에 대해 배치시키고 제2 형태의 맞닿음부를 실리카 적층 구조 내의 마아킹에 대해 배치시키도록, 중간 소자 상에 맞닿음부와, 능동 소자 상에 키이 수단과, 실리카 적층 구조 상에 마아킹을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학 장치의 조립 방법.
3. 제1항에 있어서, 중간 소자는 실리콘으로 제작되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학 장치의 조립 방법.
4. 실리카로 제작된 기판 상의 실리카층 내에 형성된 수동 소자에 광학적으로 결합되는 능동 소자를 포함하고, 상기 층과 상기 기판이 실리카 적층 구조를 형성하도록 하는 하이브리드 광학 장치에 있어서, 양호한 열 전도성과 능동 소자의 열 팽창 계수와 유사한 열 팽창 계수를 갖는 중간 소자와, 실리카 적층 구조 내에 마련된 공동을 더 포함하고, 중간 소자는 능동 소자가 공동 내부에 배치되어 수동 소자에 광학적으로 결합되도록 능동 소자와 실리카 적층 구조 모두에 조립되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학 장치.
5. 제4항에 있어서, 중간 소자는 능동 소자 상에 배치된 키이 수단에 대해 우선적으로 배치되고, 다음으로 실리카 적층 구조 내에 배치된 마아킹에 대해 배치되기에 적절한 맞닿음부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학 장치.
6. 제4항에 있어서, 중간 소자는 실리콘으로 제작되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학 장치.
7. 제4항에 있어서, 중간 소자는 소형 크기를 갖고 그 면적은 능동 소자의 면적 보다 약간 더 큰 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학 장치.
8. 제4항에 있어서, 중간 소자는 1mm²보다 작은 면적을 갖고, 실리카 적층 구조는 몇 mm²보다 큰 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학 장치.
9. 제4항에 있어서, 능동 소자는 공동 내에서 정확히 상향 장착되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학 장치.
10. 제4항에 있어서, 공동은 비관통 공동이고, 중간 소자는 능동 소자를 포위하도록 공동 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학 장치.
11. 제4항에 있어서, 각각의 능동 소자가 공동 내부에 배치되어 광학적으로 수동 소자에 결합되도록 그 각각이 능동 소자와 실리카 적층 구조에 조립되는, 다수의 다른 공동 및 다수의 다른 중간 소자들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 광학 장치.