JP2002031731A

JP2002031731A - ハイブリッド光集積回路

Info

Publication number: JP2002031731A
Application number: JP2001134713A
Authority: JP
Inventors: Yasubumi Yamada; 泰文山田; Shinji Mino; 真司美野; Hiroshi Terui; 博照井; Kaoru Yoshino; 薫吉野; Kuniharu Kato; 邦治加藤; Kazuyuki Moriwaki; 和幸森脇; Akio Sugita; 彰夫杉田; Ikuo Ogawa; 育生小川; Masahiro Yanagisawa; 雅弘柳澤; Toshikazu Hashimoto; 俊和橋本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1993-08-09
Filing date: 2001-05-01
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】従来のハイブリッド光集積回路は、低損失光
導波路機能，光学ベンチ機能および高周波電気配線機能
を満足し得ない。【解決手段】基板１上に形成され、かつ少なくとも１
つの信号用光導波路９２ａおよび少なくとも１つのモニ
タ用光導波路９２ｂを有する光導波路部９２と、この光
導波路部９２の端部または当該光導波路部９２の途中に
形成された空隙部に設けられる光素子搭載部と、光導波
路部９２の信号用光導波路９２ａおよびモニタ用光導波
路９２ｂに光結合するための信号ポートおよびモニタポ
ートを有する光機能素子とを含み、信号用光導波路９２
ａと信号ポートとが光結合すると共にモニタ用光導波路
９２ｂとモニタポートとが光結合した状態で、光素子搭
載部に光機能素子が搭載されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光導波路および電
気配線の他に、光通信や光信号処理に用いられる光素子
または光サブモジュールを搭載し得るハイブリッド光集
積回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近における光通信や光情報処理の高度
化に伴い、低損失な光導波路などに能動光素子を組み込
んで高周波電気回路により駆動する光／電子ハイブリッ
ド集積回路の実現が期待されている。

【０００３】そして、この光導波路に能動光素子を組み
込み、高周波駆動する回路の実現に当っては、１．低損失光導波路機能２．同一基板上に光素子を搭載し、軸ずれを防止するた
めの光学ベンチ機能３．光素子を駆動するのに必要な高周波電気配線機能からなる３つの条件が光／電子ハイブリッド実装基板と
して必要になる。

【０００４】図１は、Ｓi基板１上に形成されたガイド
溝２および位置決め基準面３ａ，３ｂおよび３ｃを利用
し、Ｓi基板１上にて光ファイバ４と半導体レーザー
（ＬＤ）５との集積を実現し、電気配線６により駆動す
る従来の「Ｓi光学ベンチ」と称せられる構成を示す斜
視図である。この構成では、Ｓi基板１の加工性の良さ
を利用して精度良くガイド溝２が形成できるので、光フ
ァイバ４と半導体レーザー（ＬＤ）５やフォトディテク
タ（ＰＤ）などの光素子との一体化を容易に実現でき
る。また、Ｓi基板は熱伝導性に優れるので、光素子と
の良好なヒートシンクとしても機能する。電気配線６
は、Ｓi基板１の表面上に直接、または厚さ０.５μm以
下の極めて薄い酸化膜を介して形成される。

【０００５】光導波路機能を有する光実装基板として
は、Ｓi基板に形成した石英系光導波路の適用が期待さ
れている。このような従来の光導波路として、図３(Ａ)
〜図３(Ｄ)に示すように、１．コアを薄いオーバークラッド層で保護した形態の
「リッジ型光導波路」２．コアを十分に厚いオーバークラッド層で埋め込んだ
「埋め込み型光導波路」の２種類が知られている。

【０００６】図５は、凹部１ａおよび凸部１ｂを有する
Ｓi基板１上の凹部１ａに光導波路を形成し、凸部１ｂ
を素子搭載部とする「テラス付光導波路基板」（山田，
河内，小林：特開昭６３−１３１１０４号「ハイブリッ
ド光集積回路」）の一例を示す。この図５において、Ｓ
i基板１の凹部１ａ内に、石英系光導波路１０のアンダ
ークラッド層１０ｃと、コア層１０ｂとが順に形成さ
れ、さらに埋め込みクラッド層１０ａが重ねて形成され
ている。アンダークラッド層１０ｃの上面と、Ｓi基板
１の凸部１ｂ上面の高さとが一致しており、凸部１ｂを
光素子８の高さ基準面として用いることができる。な
お、図５中の符号で８ａは活性層，１１は素子位置決め
の基準面である。

【０００７】図６は、特開昭６２−２４２３６２号公報
に開示されたハイブリッド光集積回路の構成を示す斜視
図である。この回路は、Ｓi基板１上に設けられたバッ
ファ層１２と、このバッファ層１２に重ねて設けられた
石英系光導波路１３と、Ｓi基板１の上面からの高さが
上記バッファ層１２と同一の素子保持台１４と、この保
持台１４上にアップサイドダウン構成で保持された半導
体レーザー１５と、この半導体レーザー１５の上面電極
（図示略）に対して金線Ｗにより電気的接続される導電
膜１６ａを有し、かつＳi基板１の上面から突出して設
けられた電気配線台１６とを具えている。なお、１７は
ヒートシンクである。

【０００８】このような構成の回路では、バッファ層１
２の上面から導波路１３のコアまでの高さの差を、素子
保持台１４の上面から半導体レーザー１５の活性層１５
ａまでの高さの差と等しく設定してあるので、極めて高
い位置決め精度で半導体レーザー１５等の光素子を搭載
できるという利点がある。

【０００９】図７は、特公平５−３７４８号公報に開示
されたハイブリッド光集積回路の構成を示す斜視図であ
る。この回路は、Ｓi基板１にほぼ等しい高さで凸状に
配置された光導波路１８，光ファイバガイド１９，光素
子ガイド２０および電気配線支持台２１と、Ｓi基板１
に配置された第１の導電膜（共通電極）２２と、電気配
線支持台２１の上面に配置され、かつ第１の導電膜２２
から絶縁された第２の導電膜２３と、光ファイバガイド
１９に沿って配設された光ファイバ２４と、光素子ガイ
ド２０に沿って配設された光素子としてのレーザーダイ
オード２５とを具えている。

【００１０】このような構成の回路では、光素子を直接
Ｓi基板１上に搭載しているので、Ｓi基板１をヒートシ
ンクとして機能させることができるという利点がある。

【００１１】図８は、特開平５−６０９５２号公報に開
示された光半導体装置の構成を示す断面図である。この
装置は、Ｓi基板１と、このＳi基板１に形成された光導
波路２６と、Ｓi基板１の凹部にアップサイドダウン構
成で搭載された光半導体素子２７とを具えている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術において
は、上述の３条件が充足される回路が得られていない。

【００１３】例えば、図１に示したＳi光学ベンチの構
成では、電気配線６の高周波特性を著しく劣化させると
いう問題を生ずる。すなわち、高周波特性に優れた電気
配線６を形成するためには、この電気配線層の厚さを充
分なものとし、しかも誘電損失の小さい絶縁体上に形成
しなければならないが、Ｓi基板１はその厚さが極めて
薄く、しかも十分な高周波特性を補償する程、抵抗値が
高くなく、比抵抗は１kΩ・cm程度しかない。

【００１４】図２は、Ｓi基板上に直接形成した長さ０.
６mmのコプレーナ配線の高周波特性を示している（T. S
uzaki et al.：Microwave Workshop Digest, 1993, p9
5）。縦軸をＳパラメータの透過特性Ｓ₂₁とし、横軸を
周波数（GＨz）とした。長さ０.６mmの配線の損失は約
０.４dＢ（２GＨz），約０.８dＢ（１０GＨz）となり、
長さ１cmに換算すると７dＢ（２GＨz），１３dＢ（１０
GＨz）となって大きな損失となる。

【００１５】図３(Ａ)〜図３(Ｄ)に示す従来の光導波路
に関し、図４はリッジ型光導波路の検討例（6. Y. Yama
da et al., "Hybrid-Integrated 4×4 Optical Gate Ma
trixSwitch Using Silica-Based Optical Waveguides a
nd LD Array Chips", IEEE,J. Lightwave Technol., vo
l. 10, pp.383-390, 1992）を示しており、Ｓi基板１に
形成した石英系光導波路７と半導体光素子８（この例で
は、半導体レーザーアンプ：ＳＬＡ）との厚みに応じて
基板に反りが生じることに起因し、結合損失の増大につ
ながる。このように、リッジ型光導波路は光導波路機能
を十分には満たさない。また、ここでは、電気配線機能
も検討されていない。

【００１６】図５に示したテラス付光導波路基板では、
低損失光導波機能や光学ベンチ機能は満足されるもの
の、高周波電気配線を搭載する機能については、全く検
討されていない。ここで、電気配線を搭載するとして
も、Ｓi基板１の凸部１ｂに重ねて形成されることとな
り、高周波特性に対する要求条件を満たさない。

【００１７】図６に示したハイブリッド光集積回路で
は、光導波路１３がリッジ型のものに限定され、外乱な
どの影響を受け易く、低損失の光導波路機能を発揮でき
ない。

【００１８】図７に示したハイブリッド光集積回路路
も、光導波路１８がリッジ型のものに限定され、外乱な
どの影響を受け易く、低損失の光導波路機能を発揮でき
ない。

【００１９】図８に示した光半導体装置では、光導波路
２６がＳi基板１の凸部領域に形成されるため、十分な
厚さのアンダークラッドを形成できない。このため、伝
送損失が大きく、外乱の影響を受け易いなど、十分な光
導波路機能を満たさない。しかも、電気配線部２８がＳ
i基板１に設けられているので、高周波特性に対する要
求条件を満たさない。

【００２０】このように、従来のハイブリッド光集積技
術には、上記３つの要求条件を満足するものがない。特
に、高周波電気配線機能はほとんど考慮されていなかっ
た。

【００２１】

【発明の目的】本発明の目的は、低損失光導波路機能，
光学ベンチ機能および高周波電気配線機能を満足するハ
イブリッド光集積回路を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明によるハイブリッ
ド光集積回路は、基板上に形成され、かつ少なくとも１
つの信号用光導波路および少なくとも１つのモニタ用光
導波路を有する光導波路部と、この光導波路部の端部ま
たは当該光導波路部の途中に形成された空隙部に設けら
れる光素子搭載部と、前記光導波路部の前記信号用光導
波路および前記モニタ用光導波路に光結合するための信
号ポートおよびモニタポートを有する光機能素子とを含
み、前記信号用光導波路と前記信号ポートとが光結合す
ると共に前記モニタ用光導波路と前記モニタポートとが
光結合した状態で、前記光素子搭載部に前記光機能素子
が搭載されていることを特徴とするものである。

【００２３】

【作用】本発明のハイブリッド光集積回路は、その光導
波回路に信号用光導波路と共にモニタ用光導波路を配置
してあり、また光機能素子にも信号ポートと共にモニタ
ポートを設けてある。従って、光導波回路または光機能
素子が有する機能のために光結合率をモニタすることが
容易でない場合であっても、モニタ用光導波路とモニタ
ポートとを用いることにより、光導波回路基板上への光
機能素子ハイブリッド集積が可能となる。

【００２４】このような場合として、例えば、光導波回
路に波長選択性／光周波数選択性などの機能があり、こ
のために光信号用導波路を伝搬する光の波長／光周波数
に大きな制約が加わる場合、光導波回路途中に複数の光
機能素子を縦列に搭載するために光信号導波路が途中で
分断される場合、あるいは光機能素子の光信号ポートに
スイッチング機能があって光機能素子に無通電状態では
光を透過しない場合などが例示される。

【００２５】さらに、本発明のハイブリッド光集積回路
においては、素子搭載部に高さ基準面と電気配線面とを
設け、かつモニタ用光導波路入力端または出力端に対応
する位置に高さ基準面を配置し、信号用光導波路入力端
または出力端の位置に電気配線面を配置してもよい。こ
の場合、さらに高さ基準面と光導波回路コア中心間の高
さを、上記のハイブリッド光集積回路上に搭載する光機
能素子の活性層またはコア中心と素子表面と間の距離に
一致させ、高さ基準面表面に厚さ０.５μm程度の薄膜電
極を形成する。電気配線面上には、厚さ２〜５μm程度
の電気配線パターン、さらに必要に応じて半田バンプが
形成されている。このとき、電気配線パターン上面、ま
たは半田バンプが形成されている場合には半田バンプ上
面を、高さ基準面より低くするように電気配線面の高さ
が設定されている。

【００２６】このような構造としたために、本発明のハ
イブリッド光集積回路においては、基板上への光機能素
子の搭載にあたり、光機能素子と光導波回路とのアクテ
ィブアライメントを行うことができ、かつ半田バンプ等
の厚膜半田を用いての光機能素子固定が可能となる。

【００２７】すなわち、モニタポートと信号ポートとを
有する光機能素子を、その活性層、またはコアを下向き
にしたアップサイドダウン形態でハイブリッド光集積回
路の光素子搭載部に搭載できる。光機能素子のモニタポ
ート上面電極と光素子搭載部の高さ基準面とを接触させ
ると、光機能素子と光導波路との高さ方向の位置合わせ
が完了する。この時、光機能素子の信号ポートと基板上
の電気配線パターンとの間には間隙が生じるため、両者
の電気接続をとることはできない。しかしながら、高さ
基準面上には薄膜電極が形成されているので、高さ基準
面からの光機能素子モニタポート電極取り出しが実現さ
れる。従って、光機能素子と光導波路との面内方向の位
置合わせは、光機能素子のモニタポートおよびモニタ用
光導波路とを用いてのアクティブアライメントが可能と
なる。すなわち、本発明の特徴によれば、アクティブア
ライメントによる光素子調心が可能で、かつ厚膜半田を
用いた光素子固定が可能となる。

【００２８】さらに基板として、光導波回路を構成する
誘電体材料と比較してエッチング速度が遅い基板を用
い、かつその表面に凹部および凸部を設けておけば、そ
の突部をモニタポートに対応する高さ基準面として用
い、凹部領域に誘電体光導波路を形成することにより、
極めて高精度な高さ基準面を形成できる。特に、基板と
してシリコン基板を用いれば、ヒートシンクとしても機
能する。

【００２９】さらに、素子搭載部における信号ポートへ
の電気配線は、すべて十分な厚さの誘電体層上に形成で
きるので、シリコン基板が与える高周波特性劣化の影響
を防止でき、ハイブリッド光集積回路の高周波特性を大
幅に改善できる。

【００３０】またさらに、モニタ用光導波路の一方の端
部が光機能素子モニタポートと光結合し、他方の端部が
光導波回路基板端部に配置されるように設けることによ
り、導波路途中に複数の光機能素子を個別にアクティブ
アライメントして搭載することが可能となる。

【００３１】さらに、この場合、モニタ用光導波路とし
て光機能素子モニタポート−光導波回路基板端部間を接
続する導波路と共に、光機能素子モニタポート間を相互
に接続する導波路を配置すれば、アクティブアライメン
トにおける光結合効率モニタ法として適用できる手段が
増し、このため、光機能素子として半導体素子のみなら
ず誘電体電気光学素子，磁気光学素子，音響光学素子な
ど各種の光機能素子を搭載することが可能となる。

【００３２】光機能素子に２本以上のモニタポートを設
け、また光導波回路に上記モニタポートの数に対応する
モニタ用光導波路を設け、これらのモニタポートまたは
モニタ用光導波路として幅の異なるものを配置すれば、
アクティブアライメントにおいて粗調整および微調整の
２段階の調心が可能となる。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明によるハイブリッド光集積
回路において、一端部がモニタポートに光結合するモニ
タ用光導波路の他端部をハイブリッド光集積用実装基板
の端部に導くようにしてもよい。

【００３４】ハイブリッド光集積用実装基板に２つ以上
の光機能素子を縦列に搭載し、これら光機能素子のモニ
タポートに当該モニタポートとハイブリッド光集積用実
装基板の端部とを結ぶモニタ用光導波路か、または２つ
以上の光機能素子を接続するモニタ用光導波路を光結合
させてもよい。

【００３５】ハイブリッド光集積用実装基板に搭載され
る光機能素子がモニタポートを２つ以上有し、ハイブリ
ッド光集積用実装基板はこれらモニタポートに対応した
数のモニタ用光導波路を有し、少なくとも１つのモニタ
ポートの幅を信号ポートの幅よりも広く設定するか、少
なくとも１つのモニタ用光導波路の幅を信号用光導波路
の幅よりも広く設定するようにしてもよい。

【００３６】ハイブリッド光集積用実装基板は、Ｓi基
板に形成されたアンダークラッド，コアおよびオーバー
クラッドからなる石英系光導波路と、この石英系光導波
のアンダークラッドまたはオーバークラッドに被着され
て中心導体と接地導体とからなるコプレーナ配線を有す
る電気配線層とを含むものであってよい。

【００３７】

【実施例】本発明によるハイブリッド光集積回路の実施
例について、図９〜図２３を参照しながら詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例のみに限らず、これらを
さらに組み合わせたり、この特許請求の範囲に記載され
た本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能
であり、従って本発明の精神に帰属する他の技術にも当
然応用することができる。

【００３８】

【実施例１】図９は本発明のハイブリッド光集積回路の
第１の実施例における光実装基板の構成を示す斜視図で
ある。図９において符号１は基板、１ａは基板凹部、３
０は基板凸部である。また、符号９２は誘電体による光
導波回路であり、９２ａは信号用光導波路、９２ｂはモ
ニタ用光導波路、９３および９３ａはクラッド層であ
る。９５は光素子搭載部の電気配線面、９５ａおよび９
５ｂはそれぞれ電気配線層としての中心導体および接地
導体、９６は固定材である。基板凸部の表面は、光素子
搭載部の高さ基準面３０として機能する。さらに、この
表面にはモニタ用の薄膜電極９７が設けられている。

【００３９】図９に示した光実装基板では、基板１とし
てシリコン基板を用い、光導波回路９２として石英系光
導波路を用いている。シリコン基板には段差が４０μm
の凹凸が設けられている。その凹部には厚さ４２μmの
石英系ガラスからなるアンダークラッド層が設けられ、
その上にコア寸法が６μm×６μm、比屈折率差Δ＝０.
７５％の信号用光導波路９２ａおよびモニタ用光導波路
９２ｂが形成されている。シリコン基板１の凸部表面と
導波路コア中心と間の距離は、後述する光機能素子１０
０の寸法に合わせて５μmに設定した。モニタ用光導波
路９２ｂの端部は、シリコン基板１の凸部からなる高さ
基準面に対応する位置に配置され、信号用光導波路９２
ａの端部は、電気配線面９５に対応した位置に配置され
ている。高さ基準面３０には厚さ０.５μmの薄膜金電極
が形成されている。高さ基準面であるシリコン基板１の
凸部表面と電気配線面９５との間には１０μmの段差が
あり、電気配線面９５の下部には厚さ３０μmの石英系
光導波路のアンダークラッド層９３ａが設けられてい
る。電気配線層９５ａおよび９５ｂは厚さ４μmの金メ
ッキパターンであり、その端部に固定材９６として厚さ
４μmの半田バンプが形成されている。

【００４０】上記のような構成の光実装基板上の光素子
搭載部に所望の光機能素子を搭載することにより、図１
０に示すようなハイブリッド光集積回路を形成できる。
本実施例における光機能素子１００は半導体レーザー
（ＬＤ）であり、信号ポート１００ａとモニタポート１
００ｂとを有するものである。この各ポートの配列順序
およびそのピッチは、光導波回路の光導波路９２ａおよ
び９２ｂの入出力端ピッチに対応している。光機能素子
１００をアップサイドダウン形態で光素子搭載部に搭載
すれば、光機能素子のモニタポート１００ｂはシリコン
基板１の凸部の高さ基準面３０上に配置され、信号ポー
ト１００ａは電気配線面上に配置される。

【００４１】図１１は、図１０におけるIII−III'矢視
に沿った断面図である。半導体レーザー１００の活性層
１００ａおよび１００ｂは素子表面から４.５μmの位置
にある。一方、ハイブリッド光集積基板においては、高
さ基準面（シリコン凸部）上の薄膜電極９７の表面から
光導波路コア中心までの距離が４.５μmに製作されてい
る。従って、図のように半導体レーザーを高さ基準面上
に搭載しただけで、光導波路と半導体レーザーとの高さ
方向の位置合わせを完了することができる。

【００４２】ところで、面内方向の位置合わせを行うた
めには、半導体レーザーと光導波路との光結合効率をモ
ニタしながら行う必要がある。半導体レーザーの信号ポ
ート１００ａ下の表面電極１００ｃは、図１１のように
基板１上の電気配線層９５ａおよび半田バンプ９６と接
触しないため、信号ポート１００ａを利用した調心はで
きない。

【００４３】しかし、本実施例ではハイブリッド光集積
回路および光機能素子にモニタ用光導波路９２ｂおよび
モニタポート１００ｂを設け、かつモニタポート１００
ｂ下の表面電極を高さ基準面３０上の薄膜電極９７に接
触させていることから、モニタポートを用いた調心が可
能となる。

【００４４】このような調心にあたっては、半導体レー
ザーを受光素子として機能させて行うことができる。す
なわち、モニタ用光導波路にモニタ光を伝搬させ、この
モニタ光に対するモニタポートの受光電流をモニタし
て、これが最大になる位置を見い出した。

【００４５】なお、アクティブアライメントとして、Ｌ
Ｄ１００を発光させてモニタ用光導波路からの光出力が
最大となる位置を見い出す方法を採用することも可能で
ある。

【００４６】次に、図１２に示すように、調心完了後、
加熱して半田バンプ９６をリフローすることにより、半
田バンプと半導体レーザーの信号ポートの表面電極１０
０ｃとが接触するので、半導体レーザーおよびハイブリ
ッド光集積基板間の電気的接続および素子固定を実現す
ることができる。この際、半田と光機能素子との接触位
置を、そのポート（活性層）直下から若干横にずらして
設定することにより、半田の硬化収縮に伴う応力が直接
光機能素子の光信号ポートに働くことを防止することが
できる。

【００４７】このハイブリッド光集積回路における位置
ずれによる過剰結合損失は０.５dＢ以下であった。この
ことは、本実施例のハイブリッド光集積回路において１
μm以内の精度でＬＤの表面実装を実現できることを示
している。これは、第１に高さ基準面としてシリコン凸
部表面を用いたこと、第２に面内方向に位置合わせにア
クティブアライメントが可能となったことにより可能と
なるものである。

【００４８】以上述べたように、本実施例においては、
光機能素子を機能させながら面内方向の調心を行う「ア
クティブアライメント」を行い、かつ半田バンプによる
光素子固定を実施することができる。このため、従来の
パッシブアライメントによる素子搭載と比較して、より
高精度での光素子ハイブリッド集積を実現できると共
に、従来のアクティブアライメントで問題となった薄膜
半田を用いたことによる固定強度の低下および光機能素
子への大きな応力発生といった問題を解決することがで
きる。

【００４９】さらに、本実施例では基板として熱伝導性
に優れたシリコン基板を使用し、その表面に凹凸を設
け、その凸部を光機能素子搭載の高さ基準面として用い
ている。このような構造とすることにより、光機能素子
の発熱をシリコン凸部を通して基板に効率よく逃がすこ
とができるという効果が生じる。

【００５０】また、本実施例では、光素子搭載部の電気
配線面は、十分な厚さの石英系光導波路クラッド層上に
設けてある。このような構造とすることにより、高周波
特性に優れたハイブリッド光集積回路が実現できる。す
なわち、図１のような従来技術においては、電気配線は
シリコン基板上に直接、または厚さ０.５μm程度の極め
て薄い酸化膜上に形成するのが一般的であった。しかし
ながら、このような従来構成では、半導体であるシリコ
ン基板の影響を受け、電気配線部の高周波特性が著しく
劣化するという問題があった。この問題を、本実施例で
はシリコン基板と電気配線面との間に十分な厚さの誘電
体層を配置することにより解決したのである。実際、本
実施例のハイブリッド光集積回路における電気配線部
は、概ね１０GＨzに及ぶ帯域を有することを確認した。

【００５１】

【実施例２】図１３は、本発明のハイブリッド光集積回
路の第２の実施例における光実装基板の構成を示す概略
斜視図である。本実施例の特徴は、実施例１と異なり、
光機能素子用の高さ基準面３０とは別に、光素子搭載部
となるシリコン基板１上に凸部を設け、そのシリコン凸
部上に電子回路搭載面９８を設け、さらに電気配線面９
５上に光機能素子用の電気配線のみならず、電子回路へ
の電気配線も併せて設けた点にある。その他の構成要素
は実施例１と同様であるので、同一符号を符し、その説
明を省略する。

【００５２】このようにしても、実施例１で発揮された
効果と同様な効果を発揮でき、これに加え、電子回路搭
載面９８としてもシリコン基板凸部を利用しているの
で、この上に搭載する電子回路の放熱を効果的に行うこ
とが可能となる。すなわち、本発明のハイブリッド光集
積回路に用いられる光実装基板は、光／電気ハイブリッ
ド実装基板として機能を発揮するのである。

【００５３】

【実施例３】上述した実施例１では、基板として凹凸部
を有するシリコン基板を用い、また誘電体光導波路とし
て石英系光導波路を用いた例を示したが、本発明の目的
でもあるアクティブアライメントによる光機能素子位置
合わせと、半田バンプなどの厚膜半田による素子固定と
を両立させるため、この材料系以外の組み合わせも勿論
可能である。以下に、それらの組み合わせ例を例示す
る。実施例１における光導波路は、石英系光導波路に限
定されるものではないことは言うまでもない。例えば、
ポリイミド導波路などの高分子系光導波路を用いたとし
ても、実施例１で発揮された効果の全てを実現できる。実施例１における基板には、シリコン基板以外のも
のをも適用できる。例えば、電子回路の実装基板として
実績のあるアルミナ基板などのセラミック基板の表面に
凹凸を設けたものを用いてもよい。また、この場合の光
導波路についても、石英系光導波路や高分子系導波路な
どの各種材料系を用いることができる。このように基板
としてアルミナ基板を用いた場合には、放熱効果の点で
は実施例１に及ばないものの、他の機能は概ね実施例１
と同等の効果を発揮できる。特に、電気配線の高周波特
性およびその配線規模の拡張性に関しては、実施例１よ
り優れる場合もある。実施例１では、表面に凹凸を形成した基板を使用し
たが、これに代わり表面が平坦基板を用いることも勿論
可能である。図１４は、この形態の一例として、基板の
表面が平坦なアルミナ基板、光導波路として石英系光導
波路を用いた場合の基板構造を示す斜視図である。光素
子搭載部の高さ基準面３０を光導波路クラッド層で形成
すればよい。この場合には、高さ基準面３０と光導波路
９２ａおよび９２ｂの中心との間の高さの決定精度が、
実施例１より低下する場合がある。また、基板としてセ
ラミック基板を使用した場合には、放熱効果も低下す
る。しかし、本実施例においても、上述した本発明の目
的でもあるアクティブアライメントおよび厚膜半田固定
の両方を同時に実現できる。また、この表面平坦化基板
として、シリコン基板を用いることは勿論可能である。
また、基板として石英基板を用いることも可能である。実施例１では、光導波路コアが十分な厚さのクラッ
ド層中は埋め込まれた「埋込構造光導波路」の例を示し
たが、光導波路の形態はこれに限定されるものではな
い。例えば、図４に示した従来技術のようなコアがむき
だし、または薄いクラッド層で覆っただけの「リッジ型
光導波路」に対しても適用できる。光導波路としては上記誘電体材料以外の材料を用い
ても、本発明の主目的を実現できる。このような材料と
しては、例えばシリコン導波路を例示できる。

【００５４】さらに、先の実施例では、光機能素子の光
信号ポートと光導波回路上の電気配線間の電気接続およ
び固定を実現するため、固定材９６として半田バンプを
用いていたが、この他にも導電性接着剤や導電性ゴム等
の素材を用いることも可能である。この場合にも、実施
例１と同様に素子搭載に伴う応力が光信号ポートに加わ
ることを抑制できる。

【００５５】

【実施例４】図１５は、本発明のハイブリッド光集積回
路の第４の実施例を示す平面図であり、図１６は、図１
５に示した要部を拡大した概略斜視図である。この光導
波回路の信号用光導波路９２ａは、入出力導波路部Ｉ／
Ｏ，周回導波路部Ｒおよび両者の導波路間の光結合を行
う方向性結合部Ｃから構成され、全体として「リング共
振回路」を構成している。この周回導波路部Ｒの途中に
は、光機能素子１００として半導体光アンプが搭載され
ており、この素子の信号ポート１００ａと信号用光導波
路とが光結合している。このハイブリッド光集積回路
は、全体として「リングレーザー」として機能する。

【００５６】本実施例の「リング共振回路」には、シャ
ープな光周波数選択性があるので、信号用光導波路と信
号ポートを使用してアクティブアライメントにより半導
体光アンプ１００を光導波路中に集積しようとすると、
使用できるモニタ光の光周波数が制限される。モニタ光
の光周波数の制限を大幅に緩和するため、本実施例で
は、光導波回路および半導体光アンプ中に、モニタ用光
導波路９２ｂおよびモニタポート１００ｂをそれぞれ設
け、これらを用いて調心するようにしてある。すなわ
ち、光導波回路の周回導波路Ｒの外側にモニタ用光導波
路９２ｂを配置し、半導体アンプの信号ポート１００ａ
に並べてモニタポート１００ｂを配置した。従って、半
導体アンプの搭載にあたっては、波長選択性のないモニ
タ用光導波路を使用できるので、モニタ光の光周波数に
対する制約条件が大幅に緩和されるのである。

【００５７】また特に、光導波回路の光素子搭載部構造
を図１６に示したように、高さ基準面３０とそれより高
さの低い電気配線面９５との２層構成にした場合には、
実施例１で詳述したのと同様に、厚膜半田または導電性
接着剤を用いた低応力素子固定が可能となる。

【００５８】

【実施例５】図１７は、本発明のハイブリッド集積回路
の第５の実施例の構成を示す平面図である。本実施例の
特徴は、光導波回路中に複数の光機能素子を縦列して搭
載した点にある。図１７において符号１００は第１の光
機能素子としてのＬＤアレイであり、１０１は第２の光
機能素子としての半導体による変調器アレイである。マ
ッハ−ツェンダー干渉回路タイプの強度変調回路がアレ
イ化された構成である。この光導波回路は、ＬＤアレイ
１００から出力した光信号が第１の信号用光導波路アレ
イ２２０ａを伝搬し、変調器アレイ１０１で変調され、
第２の信号用光導波路アレイ２２１ａを通って基板端面
にまで伝搬される構成となっている。このハイブリッド
光集積回路は、ＬＤからの光出力を変調器アレイで変調
する「外部変調器付きＬＤアレイモジュール」として機
能する。

【００５９】このような構成においては、第２の光機能
素子１０１を搭載するために信号用光導波路は分断され
ており、この導波路を用いてのアクティブアライメント
は困難である。また、変調器アレイ１０１の信号ポート
も、無通電時には光が透過しない設計である場合には、
信号用光導波路２２１ａを用いての調心は難しい。

【００６０】そこで、本実施例においては、光導波回路
上に第１の光機能素子１００と光導波回路基板端部とを
結ぶモニタ用光導波路２２０ｂ、および第２の光機能素
子１０１と基板端部とを結ぶモニタ用光導波路２２１ｂ
の２系統のモニタ光導波路が設けられている。

【００６１】一方、ＬＤ１００にはモニタポート１００
ｂが設けられており、このモニタポート１００ｂは信号
ポート１００ａと同様に半導体レーザーとして機能す
る。半導体レーザーとして機能するポートは、受光素子
として機能させることも可能である。変調器アレイ１０
１にはモニタポート１０１ｂが設けられており、このポ
ート１０１ｂは受光素子として機能する。なお、本実施
例ではその光素子搭載部を実施例１と同様の構造とし
た。

【００６２】図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、図１
７に示した回路の断面図であって、図１８（Ａ）はＬＤ
搭載形態を示すＸａ−Ｘａ'矢視に沿った断面図であ
り、図１８（Ｂ）は、変調アレイ搭載形態を示すＸｂ−
Ｘｂ'矢視に沿った断面図である。このような構成とす
ることにより、モニタ用光導波路２２０ｂにモニタ光を
入射し、この受光電流をモニタすることにより、ＬＤ１
００のアクティブアライメントが可能となる。全く同様
に、モニタ用光導波路２２１ｂを用いて変調器アレイ１
０１のアライメントを実現できる。

【００６３】なお、本実施例におけるモニタ用光導波路
の配置は、光機能素子のモニタポートが受光機能を持つ
ことを前提としているので、その適用対象は半導体光素
子に限られる。

【００６４】

【実施例６】図１９は、本発明のハイブリッド光集積回
路の第６の実施例の構成を示す平面図である。本実施例
の特徴は、図１７に示した実施例５と異なり、第２の光
機能素子、つまり変調器アレイ１０１に対するモニタ用
光導波路２２１ｂを、第１の光機能素子、つまりＬＤ１
００と変調器アレイ１０１との間を相互に接続するよう
に設けた点にある。他の構成要素は実施例５と同一であ
るので、同一符号を符し、その説明を省略する。すなわ
ち、変調器アレイ１０１に対するモニタ用光導波路２２
１ｂは、ＬＤ１００の直前でモニタ用光導波路２２０ｂ
と合流し、ＬＤ１００のモニタポート１００ｂと接続さ
れる。

【００６５】このような構成とした場合には、以下の手
順での光素子搭載が可能となる。すなわち、はじめにモ
ニタ用光導波路２２０ｂを用いてＬＤのアクティブアラ
イメントを実施する。この際には、ＬＤを発光させても
よいし、受光機能を利用して行ってもよい。ＬＤ搭載完
了後に、今度はモニタ用光導波路２２１ｂを用い、変調
器アレイ１０１のアライメントを実施する。この際に
は、ＬＤのモニタポート１００ｂを発光させた状態でモ
ニタポート１０１を受光素子として機能させ、その受光
電流をモニタすればよい。

【００６６】この方法の特徴は、第１の光機能素子のア
ライメント時にはモニタ用光導波路に光ファイバを接続
し、モニタ光を入力または出力する必要があったが、光
機能素子相互を接続するモニタ用光導波路を設けたの
で、第２の光機能素子アライメントに際してはファイバ
接続が不要となり、アライメント工程を簡略化できるこ
とにある。

【００６７】

【実施例７】図２０は、本発明のハイブリッド光集積回
路の第７の実施例の平面図である。図２１（Ａ）および
図２１（Ｂ）は、図２０に示した回路上に固定すべき光
機能素子のアライメント方法を説明するための平面図で
あって、図２１（Ａ）はＬＤアレイの調心固定を示し、
図２１（Ｂ）は変調器アレイの調心固定を示す。本実施
例の特徴は、実施例６と異なり、変調器アレイ１０１に
対するモニタ用光導波路として、ＬＤと接続する導波路
に加え、光導波回路基板端部に接続する導波路を併せて
設けた点にある。このような配置とすることにより、変
調器アレイ１０１に対するアライメントをモニタする手
段が増加し、この結果、半導体素子以外の材料からなる
光機能素子に対してもアライメントが可能となる。

【００６８】以下に、この構成でのアライメント手順を
述べる。このような構成の光集積回路のアライメントを
図２１（Ａ）および図２１（Ｂ）を参照しながら説明す
る。はじめに、モニタ用光導波路２２０ｂにモニタ光を
伝搬させ、ＬＤアレイ１００のモニタポート１００ｂと
の光結合をモニタしながら、信号用光導波路２２０ａと
信号ポート１００ａとのアライメントを行い、ＬＤアレ
イ１００を固定する。続いて、モニタ用光導波路２２１
ｂとモニタポート１０１ｂとを用いて変調器アレイ１０
１の調心固定を実施すればよい。この際のモニタ法とし
ては、モニタポート１０１ｂをパッシブ導波路として用
い、モニタ用光導波路２２１ｂに入射したモニタ光をモ
ニタポート１０１ｂに伝搬させ、最終的にＬＤ１００の
モニタポート１００ｂに入射させる。このとき、ＬＤ１
００のモニタポート１００ｂを受光素子として機能さ
せ、この受光電流が最大となる場所を見出せばよい。ま
た、光の伝搬方向をこの逆にして、ＬＤのモニタポート
１００ｂを発光させ、このときのモニタ用導波路２２１
ｂからの出力光をモニタしてもよい。

【００６９】この方法によれば、変調器アレイのモニタ
ポートをパッシブ導波路として用いているので、本実施
例のように光機能素子１０１が半導体材料で形成された
場合は勿論のこと、半導体以外の光素子、例えばＬiＮb
Ｏ₃等の誘電体電気光学結晶、あるいは磁気光学結晶な
どを用いた場合であっても適用できる。

【００７０】以上述べたように、本実施例においては複
数の光機能素子をハイブリッド集積するにあたり、各素
子毎に対応するようにモニタ光導波路を設けたので、光
導波回路中に縦列に複数の素子を搭載することが可能で
ある。

【００７１】

【実施例８】図２２は、本発明のハイブリッド光集積回
路の第８の実施例を示す平面図である。本実施例では、
光導波回路のモニタ用導波路または光機能素子のモニタ
ポートとして、幅の異なる複数のモニタ用導波路９２
ｂ，９２ｃまたはモニタポート１００ｂ，１００ｃを設
けた点に特徴がある。図２２に示すように、光機能素子
のモニタポート１００ｂおよび１００ｃを共に同一幅で
形成する一方、光導波回路のモニタ用光導波路９２ｂの
幅を信号用光導波路９２ａと同一に設定し、モニタ用光
導波路９２ｃについては、モニタ用光導波路９２ｂより
導波路幅を広くしてある。

【００７２】このような構造とすることにより、モニタ
用光導波路９２ｃとモニタポート１００ｃとを用いて調
心の粗調整をしたのち、モニタ用光導波路９２ｂとモニ
タポート１００ｂとを用いて微調整を行うことが可能と
なる。このような２段階調心により、アクティブアライ
メントに要する時間の短縮化を図ることが可能となる。

【００７３】

【実施例９】図２３は、本発明のハイブリッド光集積回
路の第９の実施例を示す平面図である。本実施例の特徴
は、先の実施例８とは逆に光機能素子のモニタポート１
００ｂを信号ポートと同一幅とし、モニタポート１００
ｃを信号ポートより広く設定した点にある。

【００７４】このような構成としても、実施例８と同様
に、粗調整→微調整の２段階調心によりアクティブアラ
イメントに要する時間の短縮化を図ることが可能とな
る。

【００７５】

【発明の効果】本発明のハイブリッド光集積回路におい
ては、光導波回路に信号用光導波路と共にモニタ用光導
波路を設け、光機能素子には光導波回路の導波路配置に
対応して信号ポートとモニタポートとを設け、光導波回
路のモニタ用光導波路と光機能素子のモニタポートが光
結合し、同時に信号用光導波路と信号ポートとが光結合
しつつ、光機能素子が光導波回路上の光素子搭載部に設
置できるようにしたので、信号用光導波路部に波長選択
性／光周波数選択性などの機能を有していたり、または
光機能素子の信号ポートにも各種の機能があり、信号用
光導波路および信号ポートを用いてのアクティブアライ
メントが困難となる場合があっても、モニタ光導波路お
よびモニタポートを用いてのアクティブアライメントが
可能となった。

【００７６】光素子搭載部の表面に薄膜電極を形成した
高さ基準面と、それより高さの低い電気配線面を設け、
高さ基準面をモニタ用光導波路に対応する位置に配置
し、電気配線面を信号用光導波路に対応する位置に配置
することにより、基板上への光機能素子搭載にあたり、
光機能素子と光導波路とのアクティブアライメントを行
い、かつ半田バンプ等の厚膜半田を用いての素子固定が
可能となった。このため、光導波路と光機能素子との高
い位置決め精度を実現すると共に、光機能素子の信号ポ
ート上面が基板に直接接触することがなくなるので、素
子搭載に伴う応力が信号ポートに加わることを防ぐこと
ができる。

【００７７】基板として凹凸を有する基板を用い、かつ
光導波回路として誘電体光導波回路を用いた場合には、
光素子搭載部の高さ基準面の高さ設定精度が大きく向上
すると共に、電気配線部の高周波特性が改善されるとい
う効果も生じる。

【００７８】上記の基板として熱伝導性に優れるシリコ
ン基板を用いれば、上記の効果に加えて光機能素子に対
する放熱特性が大幅に向上するという効果が生まれる。

【００７９】光導波回路上のモニタ用光導波路を光機能
素子−光導波回路端部間と共に、必要に応じて、光機能
素子間を接続するように配置すれば、光導波路中に複数
の光機能素子を縦列に搭載することも可能となり、しか
も半導体光素子は勿論のこと、半導体以外の各種材料か
らなる光機能素子のハイブリッド集積が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｓi光学ベンチの構造を示す斜視図である。

【図２】図１の構造から予想される高周波特性を示す特
性図である。

【図３】二種の光導波路構造を示すもので、（Ａ）はリ
ッジ型光導波路構造の光実装基板を示す断面図であり、
（Ｂ）は（Ａ）の光実装基板上に設けられた素子搭載部
を示す断面図であり、（Ｃ）は埋め込み型光導波路構造
の光実装基板を示す断面図であり、（Ｄ）は（Ｃ）の光
実装基板上に設けられた素子搭載部を示す断面図であ
る。

【図４】リッジ型光導波路構造の光実装基板を示す概略
斜視図である。

【図５】Ｓiテラス付光導波路構造の光実装基板を示す
概略斜視図である。

【図６】従来のハイブリッド光集積回路の構成の一例を
示す斜視図である。

【図７】従来のハイブリッド光集積回路の構成の他の例
を示す斜視図である。

【図８】従来の光半導体装置の構成の一例を示す断面図
である。

【図９】本発明によるハイブリッド光集積回路の第１の
実施例における光実装基板の構成を示す斜視図である。

【図１０】本発明によるハイブリッド光集積回路の第１
の実施例を示す斜視図である。

【図１１】図１０におけるIII−III'矢視に沿った断面
図である。

【図１２】図１１に示したハイブリッド光集積回路にお
ける半田バンプのリフロー後の状態を示す断面図であ
る。

【図１３】本発明によるハイブリッド光集積回路の第２
の実施例における光実装基板の構成を示す概略斜視図で
ある。

【図１４】図１３のハイブリッド光集積回路の基板とし
て表面平坦なアルミナ基板を用い、光導波路として石英
系光導波路を用いた場合の基板構造を示す斜視図であ
る。

【図１５】本発明によるハイブリッド光集積回路の第４
の実施例を示す平面図である。

【図１６】図１５に示した要部を拡大した概略斜視図で
ある。

【図１７】本発明によるハイブリッド集積回路の第５の
実施例の構成を示す平面図である。

【図１８】図１７に示した回路の断面を示し、（Ａ）は
ＬＤ搭載形態を示すＸａ−Ｘａ'矢視に沿った断面図で
あり、（Ｂ）は変調アレイ搭載形態を示すＸｂ−Ｘｂ'
矢視に沿った断面図である。

【図１９】本発明によるハイブリッド光集積回路の第６
の実施例の構成を示す平面図である。

【図２０】本発明によるハイブリッド光集積回路の第７
の実施例の平面図である。

【図２１】図２０に示した回路上に固定すべき光機能素
子のアライメント方法を説明するためのものであり、
（Ａ）はＬＤアレイの調心固定を示す平面図であり、
（Ｂ）は変調器アレイの調心固定を示す平面図である。

【図２２】本発明によるハイブリッド光集積回路の第８
の実施例を示す平面図である。

【図２３】本発明によるハイブリッド光集積回路の第９
の実施例を示す平面図である。

【符号の説明】

１基板１ａ基板凹部３０高さ基準面９２光導波回路９２ａ信号用光導波路９２ｂモニタ用光導波路９２ｃモニタ用導波路９３，９３ａアンダークラッド層９５電気配線面９５ａ中心導体（電気配線層）９５ｂ接地導体（電気配線層）９６固定材（半田バンプ）９７薄膜電極９８電子回路搭載面１００光機能素子（半導体レーザー：ＬＤ，半導体光
アンプ，ＬＤアレイ）１００ａ信号ポート（活性層）１００ｂモニタポート（活性層）１００ｃ表面電極（モニタポート）１０１変調器アレイ（第２の光機能素子）１０１ｂモニタポート２２０ａ第１の信号用光導波路アレイ２２０ｂモニタ用光導波路２２１ａ第２の信号用光導波路アレイ２２１ｂモニタ用光導波路Ｉ／Ｏ入出力導波路部Ｒ周回導波路部Ｃ方向性結合部

【手続補正書】

【提出日】平成１３年５月２日（２００１．５．２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図６】

【図７】

【図８】

【図２３】

【図４】

【図５】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【図１５】

【図１６】

【図１７】

【図１８】

【図１９】

【図２０】

【図２１】

【図２２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号特願平6−148222 (32)優先日平成６年６月29日(1994．6．29) (33)優先権主張国日本（ＪＰ） (72)発明者照井博東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者吉野薫東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者加藤邦治東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者森脇和幸東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者杉田彰夫東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者小川育生東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者柳澤雅弘東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内 (72)発明者橋本俊和東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話株式会社内Ｆターム(参考） 2H047 KA03 KA12 KB03 LA00 MA07 QA02 QA03 QA04 TA05 TA11 TA43 2H079 BA01 EA05 EA07 GA04 GA07 5F073 AA66 AB04 AB15 AB21 AB25 BA01 BA09 FA23 FA30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成され、かつ少なくとも１つ
の信号用光導波路および少なくとも１つのモニタ用光導
波路を有する光導波路部と、この光導波路部の端部または当該光導波路部の途中に形
成された空隙部に設けられる光素子搭載部と、前記光導波路部の前記信号用光導波路および前記モニタ
用光導波路に光結合するための信号ポートおよびモニタ
ポートを有する光機能素子とを含み、前記信号用光導波
路と前記信号ポートとが光結合すると共に前記モニタ用
光導波路と前記モニタポートとが光結合した状態で、前
記光素子搭載部に前記光機能素子が搭載されていること
を特徴とするハイブリッド光集積回路。
【請求項２】一端部が前記モニタポートに光結合する
前記モニタ用光導波路の他端部は、ハイブリッド光集積
用実装基板の端部に導かれていることを特徴とする請求
項１に記載のハイブリッド光集積回路。
【請求項３】前記ハイブリッド光集積用実装基板に
は、２つ以上の前記光機能素子が縦列に搭載され、これ
ら光機能素子の前記モニタポートには、これらモニタポ
ートと前記ハイブリッド光集積用実装基板の端部とを結
ぶモニタ用光導波路か、または２つ以上の前記光機能素
子を接続する前記モニタ用光導波路が光結合しているこ
とを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド光集積回
路。
【請求項４】前記ハイブリッド光集積用実装基板に搭
載される前記光機能素子は前記モニタポートを２つ以上
有しており、前記ハイブリッド光集積用実装基板はこれ
らモニタポートに対応した数の前記モニタ用光導波路を
有しており、少なくとも１つの前記モニタポートの幅が前記信号ポー
トの幅よりも広く設定されているか、少なくとも１つの
前記モニタ用光導波路の幅が前記信号用光導波路の幅よ
りも広く設定されていることを特徴とする請求項１に記
載のハイブリッド光集積回路。
【請求項５】前記ハイブリッド光集積用実装基板は、
Ｓi基板に形成されたアンダークラッド，コアおよびオ
ーバークラッドからなる石英系光導波路と、この石英系
光導波の前記アンダークラッドまたは前記オーバークラ
ッドに被着されて中心導体と接地導体とからなるコプレ
ーナ配線を有する電気配線層とを含むことを特徴とする
請求項２から請求項４の何れかに記載のハイブリッド光
集積回路。