JPH11248954A

JPH11248954A - 光ハイブリッドモジュール

Info

Publication number: JPH11248954A
Application number: JP10054998A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Hashimoto; 俊和橋本; Yasubumi Yamada; 泰文山田; Masahiro Yanagisawa; 雅弘柳澤; Kuniharu Kato; 邦治加藤; Yasuyuki Inoue; 靖之井上
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1998-03-06
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】信号劣化をもたらす光ノイズを効果的に抑制
する構成の光ハイブリッドモジュールを提供する。【解決手段】基板及び光導波路の光導波路コアを中心
とした光信号伝搬部に比較して、該光信号伝搬部以外の
部分の光損失を大きくする。基板が石英基板である場
合、クラッドの光信号伝搬部以外の部分に光を吸収する
物質を添加して構成することができる。また、基板が半
導体基板である場合、基板の光信号伝搬部以外の部分の
電気比抵抗が 0.1Ω以下に構成することができる。更
に、基板裏面に溝が形成してもよいし、表面に微細な凹
凸を形成してもよいし、表面に光吸収層を形成してもよ
い。更に、光導波路と光素子との光結合部以外の基板及
び光導波路の表面部分に遮光層を形成してもよいし、光
導波路と光素子との光結合部以外の光素子の表面部分に
遮光層を形成してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に光導波路
及び光半導体素子をハイブリッド集積した光ハイブリッ
ドモジュールに関するものであり、特にこのようなモジ
ュール中における光ノイズが低減される構成を有する光
ハイブリッドモジュールに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】基板上に光導波路及び光半導体素子をハ
イブリッド集積した光ハイブリッドモジュールにおいて
は、光導波路以外の部分をさまよう迷光が受光素子に入
射して信号を劣化させる。このため、この型の光モジュ
ールでは、迷光を抑制することが重要な課題である。特
に、光送受信モジュールのように発光素子と受光素子と
を集積した場合には、発光素子から受光素子に洩れ込む
光が比較的多くなるため更に重要な問題になる。図７に
この様子を示す。このモジュールでは、基板10上に光導
波路のコア部11及びクラッド部分12が形成され、コア部
11に結合するように発光素子21及び受光素子22が搭載さ
れているが、このように単純な構成では、図７(b) に矢
印で示すように、迷光が簡単に受光素子22に到達してし
まう。このような問題の対策として、従来、クラッド部
分を伝搬する光を遮る方法、或いは光波長選択フィルタ
を用いる方法等が考えられていた。

【０００３】図８に示す構成例は、クラッド部分を伝搬
する光を遮る方法（例えば照井他の特願平7-151641「光
導波路回路」参照）を適用した例である。この例では、
図８(a) に示すように、クラッド部分12の表面に窪み31
を形成し、この窪み31の側面による反射或いは散乱によ
り迷光の伝搬を抑制する。この場合、光モジュールは発
光素子21及び受光素子22を具え、Ｙ分岐の光導波路11を
介して同一出力ポートにより外部と接続するように構成
されている。

【０００４】一般的に、このようなモジュールでは、発
光素子21から出て光導波路11と結合しない迷光が受光素
子22に入ってノイズになる。迷光の幾何光学的経路は、
例えば図８(b) に矢印で示すようになる。この迷光の多
くの部分は窪み31の側面で反射或いは散乱し、受光素子
22に入る迷光の量が低減されている。このような窪みの
形成については、光導波路として石英ガラス光導波路を
用いる場合、機械加工による石英ガラスの微細加工が一
般的に困難であることから、窪みの形成加工はプラズマ
エッチング等、機械加工とは異なる物理化学的な方法で
行われる。このため、深さの深い窪みを形成することは
極めて困難であり、窪みは基板表面に浅く形成される。
従って基板の下方を伝わる迷光はこの窪みで遮ることが
難しく、この部分の迷光は反射を繰り返しながら受光素
子22に到達してしまう。

【０００５】また、図９に示す構成例は、光波長選択フ
ィルタを用いる方法（例えば井上他の特願平9-151825
「双方向ＷＤＭ光送受信モジュール」参照）を適用した
例である。この例では、光モジュールは、受信光及び送
信光が相互に異なる波長λin及びλout を持ち、これら
両光が光波長選択フィルタ41により、それぞれ透過又は
反射し、同一ポートから外部に繋がるように構成されて
いる（図９(a),(b) ）。光波長選択フィルタ41は波長選
択性があるため、断面図図９(c) に矢印で示すように、
発光素子21から出た迷光も反射させることができる。

【０００６】しかし、この方法においては、光波長選択
フィルタ41は極めて狭い溝42に挿入するが、基板に深く
これを挿入するためにはアスペクト比が非常に高い溝を
形成する必要があるため技術的な困難を伴う。このため
適宜の深さに溝を形成するので、この方法も前述の例と
同様、基板の下方を伝わる迷光に対しては有効ではな
い。また、この方法は、同一波長を用いる光モジュール
には適用できない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、基板
上に光導波路及び光半導体素子をハイブリッド集積した
光ハイブリッドモジュールにおいて、信号劣化をもたら
す光ノイズを効果的に抑制する構成を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光ハイブリッド
モジュールは、上記の目的を達成するため、基板上に光
導波路及び光半導体素子をハイブリッド集積した光ハイ
ブリッドモジュールにおいて、基板及び光導波路の光導
波路コアを中心とした光信号伝搬部に比較して、該光信
号伝搬部以外の部分の光損失を大きくすることを特徴と
する。

【０００９】このような本発明の光ハイブリッドモジュ
ールにおいては、基板が石英基板である場合、クラッド
の光信号伝搬部以外の部分に光を吸収する物質を添加し
て構成することができる。また、基板が半導体基板であ
る場合、基板の光信号伝搬部以外の部分の電気比抵抗が
0.1Ω以下に構成することができる。更に、基板裏面に
溝が形成してもよいし、表面に微細な凹凸を形成しても
よいし、表面に光吸収層を形成してもよい。更に、光導
波路と光素子との光結合部以外の基板及び光導波路の表
面部分に遮光層を形成してもよいし、光導波路と光素子
との光結合部以外の光素子の表面部分に遮光層を形成し
てもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に図面を用いて本発明の光ハイ
ブリッドモジュールの実施例を説明する。

【００１１】〔実施例１〕図１は、石英ガラス基板10上
に光導波路コア部11を形成し、発光素子21及び受光素子
22を搭載した光モジュールにおける本発明の第１の実施
例を説明する図である。光導波路は、屈折率の異なるコ
ア部11及びクラッド部分12からなり、発光素子21及び受
光素子22は、クラッド部分12に形成した凹部に、コア部
11と結合するように搭載されている。この実施例におい
ては、光導波路のコア部11の近傍以外の部分に金属を多
量に添加した領域14を形成する。

【００１２】この金属添加領域14により、発光素子21か
らコア部11以外の部分に洩れ出した迷光は、受光素子22
に到達する前に吸収又は散乱される。ここで、コア部11
の近傍とは、一般的に光導波路の光を閉じ込めている領
域であるモードフィールド径の２倍程度のことを指し、
ここでは光導波路幅の約４倍の部分をいう。添加する金
属としてはＣｏ等が有効である（金山他「金属ドープフ
ァイバを用いたＳＣ形光固定減衰器の諸特性」1994年電
子情報通信学会春季大会C-347 参照）。減衰量としては
３dB/cm 程度が好適である。

【００１３】なお、図１には発光素子21の後方部分への
金属のドープを示していないが、後方の放射光が問題に
なる場合は、後方にも金属添加領域14を設ける。また、
理解を助けるために図１には金属添加領域14の輪郭を明
確に示したが、実際には金属膜をパターン化し熱拡散を
用いるのが便利であり、この方法では金属添加領域14の
境界は不明確になる。また、高さ方向にも均一になると
は限らない。但し、光導波路のコア部11及びその周囲に
は、拡散した金属が到達しないようにする必要がある。

【００１４】この実施例のモジュール中の発光素子21と
受光素子22との距離は約２cm程度であるので、以上の構
成により、迷光に起因すると思われるノイズを約６dB程
度抑制することができた。このように、光を伝搬させる
必要がない部分で迷光を吸収或いは散乱させることによ
り、光ノイズを低減することができた。なお、この実施
例では石英ガラス基板を用いたが、例えばＳｉ基板等の
半導体基板、アルミナ等のセラミック基板を用いてもよ
い。

【００１５】〔実施例２〕図２は、Ｓｉ基板13上に石英
ガラス光導波路コア部11及びクラッド部分12を形成し、
発光素子21及び受光素子22を搭載した光モジュールにお
ける本発明の第２の実施例を説明する図である。この実
施例のモジュール構造は、基板をＳｉとした点で実施例
１と異なる。この実施例では、図３に示すように、導電
キャリア密度の増大に伴い急激に吸収係数が増大すると
いうＳｉの性質（例えば、R.D.Soref,et al,"Electroop
tical Effects in Silicon",IEEE J.Quantum Electrn.,
Vol.QE-23,No.1(1987)参照）を利用して、迷光の伝搬を
抑制する。

【００１６】図３は電気比抵抗に対する 1.3乃至 1.5μ
m の波長域の伝搬損失の変化を示している。この図か
ら、１dB/cm 以上の吸収を期待する場合は電気比抵抗が
0.1Ωcm程度以下であればよいことになる。この実施例
においては、５dB/cm 程度を目標にして電気比抵抗を
0.01 Ωcm程度とし、Ｓｉ基板13中に洩れた迷光を減衰
させた。この場合、モジュールの大きさは約２cmである
ので、以上により、Ｓｉ基板13を伝搬する迷光によるノ
イズを約10dB程度抑制することができた。このように半
導体を基板とする光導波路においては、キャリア密度を
調整することにより、基板に洩れた迷光を有効に低減で
きる。

【００１７】〔実施例３〕図４は、図２(a) の場合と同
様に、Ｓｉ基板13上に石英ガラス光導波路コア部11及び
クラッド部分12を形成し、発光素子21及び受光素子22を
搭載した光モジュールにおける本発明の第３の実施例を
説明する図である。Ｓｉの性質上、ノンドープでは通信
波長である 1.3μm 及び1.55μm の波長の光に対して透
明であるため、Ｓｉ中に洩れた迷光がほぼ損失なしに伝
搬し、モジュールの側面或いは底面に当たって反射を繰
り返して受光素子22に入り、ノイズとなる。

【００１８】この実施例においては、Ｓｉ基板13の底面
に溝15を形成してＳｉ中の光の伝搬を阻止する構成とす
るか（図４(a) ）、又はＳｉ基板13の底面又は底面及び
側面の表面に微細な凹凸16を形成してＳｉ中に伝搬した
光を乱反射させて受光素子22に到達しないようにした
（図４(b) ）。後者の場合は、クラッド部分12の表面に
も微細な凹凸16を形成すれば更に効果的である。凹凸加
工は、プラズマエッチングを用いて行うことができる。

【００１９】以上により迷光によると思われるノイズを
約10dB程度抑制することができた。このように、半導体
を基板とする光導波路において、基板裏面に溝を形成し
た構造及び表面を粗面に加工した構造によって、迷光を
有効に低減できる。また、基板裏面に溝を形成した構造
により、光ノイズを抑制すると共に、基板の発光素子と
受光素子との間でインピーダンスを高くすることができ
るため、電気的なクロストークを抑制できる効果も得ら
れる。

【００２０】〔実施例４〕図５は、図２(a) の場合と同
様に、Ｓｉ基板13上に石英ガラス光導波路コア部11及び
クラッド部分12を形成し、発光素子21及び受光素子22を
搭載した光モジュールにおける、本発明の第４の実施例
を説明する図である。この実施例においては、光モジュ
ールの周囲に光吸収体を含む樹脂の層17を形成すること
により、モジュールの表面で迷光を吸収し、表面での迷
光の反射を抑制する。この実施例では、樹脂としてフィ
ラーが入った黒色のエポキシ樹脂を用い、これを光モジ
ュールの周囲に塗布した。エポキシ樹脂の屈折率は1.5
程度であり、石英の屈折率が1.5 、Ｓｉの屈折率が3.5
程度であるから、樹脂とＳｉとの界面では空気の場合に
比べて1.4dB 程度、樹脂と石英導波路クラッドとの界面
では殆ど完全に、迷光を抑制できる。以上のように、光
モジュールの周囲に光吸収体を含む樹脂17の層を形成す
ることにより、迷光によると思われるノイズを有効に抑
制することができた。

【００２１】〔実施例５〕図６は、図２(a) の場合と同
様に、Ｓｉ基板13上に石英ガラス光導波路コア部11及び
クラッド部分12を形成し、発光素子21及び受光素子22を
搭載した光モジュールの第５の実施例における、受光素
子22を搭載する部分の拡大図である。この図において
は、18は受光素子22を搭載するための電気的配線及び半
田の層が形成された部分であり、その他の斜線が施され
た部分19は遮光層が形成された部分である。この実施例
においては、発光素子21及び受光素子22の搭載部分周囲
に金属膜からなる遮光層19を設けた。18で示された部分
も勿論遮光性になっている。図示の部分では、受光素子
22の下方及び横方向からの迷光を遮るように遮光層が形
成されている。同様に発光素子21についても、光導波路
コア11と結合しない光がクラッド12又は基板13に進入す
るのを遮るように遮光層を形成してもよい。

【００２２】以上の構造は、必ずしも光導波路基板又は
クラッド部分に設ける必要はなく、受光素子自体の光導
波路から光を受ける部分以外を覆ってもよい。また、光
を遮るための遮光層は金属膜でなくてもよい。特に、光
を吸収する遮蔽膜を用いることは、光の乱反射を抑制で
きるという効果も期待できる。以上のように、遮光層を
用いることにより、受光素子に達する迷光を有効に抑制
できる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
基板上に光導波路及び光半導体素子をハイブリッド集積
した光ハイブリッドモジュールにおいて、信号劣化をも
たらす光ノイズを効果的に抑制でき、高い受光感度が得
られ、高機能の光ハイブリッドモジュールの構成を提供
することができるという、優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を説明する図である。

【図２】本発明の第２の実施例を説明する図である。

【図３】電気比抵抗に対する 1.3乃至 1.5μm の波長域
の伝搬損失の変化を示す図である。

【図４】本発明の第３の実施例を説明する図である。

【図５】本発明の第４の実施例を説明する図である。

【図６】本発明の第５の実施例を説明する図である。

【図７】光ハイブリッドモジュールにおいて迷光が受光
素子に入射する様子を説明する図である。

【図８】クラッド部分を伝搬する光を遮る方法を説明す
る図である。

【図９】光波長選択フィルタを用いる方法を説明する図
である。

【符号の説明】

１０基板１１コア部１２クラッド部分１３Ｓｉ基板１４金属添加領域１５溝１６微細な凹凸１７光吸収体を含む樹脂層１８電気的配線及び半田の層１９遮光層２１発光素子２２受光素子３１窪み４１光波長選択フィルタ４２溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤邦治東京都新宿区西新宿３丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者井上靖之東京都新宿区西新宿３丁目19番２号日本電信電話株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に光導波路及び光半導体素子をハ
イブリッド集積した光ハイブリッドモジュールにおい
て、基板及び光導波路の光導波路コアを中心とした光信
号伝搬部に比較して、該光信号伝搬部以外の部分の光損
失を大きくしたことを特徴とする光ハイブリッドモジュ
ール。
【請求項２】基板が石英基板であり、クラッドの光信
号伝搬部以外の部分に光を吸収する物質を添加してなる
ことを特徴とする請求項１に記載の光ハイブリッドモジ
ュール。
【請求項３】基板が半導体基板であり、基板の光信号
伝搬部以外の部分の電気比抵抗が 0.1Ω以下であること
を特徴とする請求項１に記載の光ハイブリッドモジュー
ル。
【請求項４】基板裏面に溝が形成されたことを特徴と
する請求項１に記載の光ハイブリッドモジュール。
【請求項５】表面に微細な凹凸が形成されたことを特
徴とする請求項１に記載の光ハイブリッドモジュール。
【請求項６】表面に光吸収層が形成されたことを特徴
とする請求項１に記載の光ハイブリッドモジュール。
【請求項７】光導波路と光素子との光結合部以外の基
板及び光導波路の表面部分に遮光層が形成されたことを
特徴とする請求項１に記載の光ハイブリッドモジュー
ル。
【請求項８】光導波路と光素子との光結合部以外の光
素子の表面部分に遮光層が形成されたことを特徴とする
請求項１に記載の光ハイブリッドモジュール。