JP2015018193A - 光デバイス及び光デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路内を進む光を、基板表面に固定された受光素子で受光すること。
【解決手段】光デバイスは、基板１に光導波路２及び反射溝３を有する。基板１は、電気光学効果を有する。光導波路２は、光を導く。反射溝３は、光導波路２から出射する光が反射する底面４を有する。受光素子５は、反射溝３の上で基板１に固定される。この光デバイスにおいて、光導波路２から反射溝３内へ出射する光は、反射溝３内の空間７を通過する途中で反射溝３の底面４で反射して受光素子５へ入射する。
【選択図】図１

Description

この発明は、光デバイス及び光デバイスの製造方法に関する。

従来、光導波路から出射される光を受光する受光素子を、光導波路を有する基板の前方または側方において基板の外側に設けることがあるが、この構造では、基板に受光素子が外付けされるため、受光素子の分だけ光デバイスのパッケージが大型化してしまう。

ところで、基板にチップがフリップチップで実装され、両者の間にアンダーフィル材が充填された構造において、基板に設けた溝によって、アンダーフィル材を充填したくない領域に接着剤などのアンダーフィル材が侵入するのを防ぐ技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、光導波路の端部に設けた凸部によって、光導波路端部の反射面へ接着剤が流れ出すのを防ぐ技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−２４３４４４号公報 特開２００８−１４５６８４号公報

基板の外側に受光素子を設けずに、基板の表面に受光素子を例えば接着剤で接着するようにしてもよい。このようにすれば、基板の大きさの中に受光素子を納めることができるため、パッケージを小型化することができる。しかしながら、光導波路から受光素子へ入射する光が、気泡を含む接着剤の中を通ると、気泡によって光が乱反射するため、受光素子で受光される光の光量が小さくなってしまう。基板に溝を設けて、光導波路から受光素子への光路中に接着剤が流れ込むのを防ぐ場合、光導波路を横切るように溝を設けることができないため、接着剤が流れ込むのを防ぐことができない場合がある。

光導波路内を進む光を、基板表面に固定された受光素子で受光することができる光デバイス及びその光デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

この光デバイスは、電気光学効果を有する基板に、光を導く光導波路、及び光導波路から出射する光が底面で反射する反射溝、を有する。受光素子は、反射溝の上で基板に固定される。光導波路から反射溝内へ出射する光は、反射溝内の空間を通過する途中で反射溝の底面で反射して受光素子へ入射する。

この光デバイスの製造方法は、上述した光デバイスを製造するにあたって、基板に光導波路を形成し、その光導波路の一部に反射溝を形成し、基板の表面に電極及び電気配線を形成し、基板を切断してチップにし、チップの反射溝の上に受光素子を固定し、受光素子とチップの受光素子用電気配線とを電気的に接続するものである。

この光デバイスによれば、光導波路内を進む光を、基板表面に固定された受光素子で受光することができる。また、この光デバイスの製造方法によれば、光導波路内を進む光を、基板表面に固定された受光素子で受光することができる光デバイスを製造することができる。

図１は、実施の形態にかかる光デバイスの一例を示す図である。 図２は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第１の例を示す図である。 図３は、図２の切断線Ａ−Ａ’における基板厚さ方向の断面を示す図である。 図４は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第２の例を示す図である。 図５は、図４の切断線Ｂ−Ｂ’における基板厚さ方向の断面を示す図である。 図６は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第３の例を示す図である。 図７は、図６の切断線Ｃ−Ｃ’における基板厚さ方向の断面を示す図である。 図８は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第４の例を示す図であり、図６の切断線Ｃ−Ｃ’における基板厚さ方向の断面を示す図である。 図９は、実施の形態にかかるＬＮ変調器における反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第１の例を示す図である。 図１０は、実施の形態にかかるＬＮ変調器における反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第２の例を示す図である。 図１１は、実施の形態にかかるＬＮ変調器における反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第３の例を示す図である。 図１２は、実施の形態にかかるＬＮ変調器における反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第４の例を示す図である。 図１３は、実施の形態にかかるＬＮ変調器における反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第５の例を示す図である。 図１４は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第５の例を示す図である。 図１５は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第６の例を示す図である。 図１６は、信号光とモニタ光との位相がずれている状態の波形を示す図である。 図１７は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第７の例を示す図であり、図２の切断線Ａ−Ａ’における基板厚さ方向の断面を示す図である。 図１８は、実施の形態にかかる光デバイスの製造方法の一例を示す図（その１）である。 図１９は、実施の形態にかかる光デバイスの製造方法の一例を示す図（その２）である。 図２０は、実施の形態にかかる光デバイスの製造方法の一例を示す図（その３）である。

以下に添付図面を参照して、この光デバイス及び光デバイスの製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。以下の各実施例の説明においては、同様の構成要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

・光デバイスの一例
図１は、実施の形態にかかる光デバイスの一例を示す図である。図１に示すように、光デバイスは、基板１に、光を導く光導波路２、及び光が反射する反射溝３を有する。基板１は、電気光学効果を有する。ＬｉＮｂＯ₃（以下、ＬＮと略す）またはＬｉＴａＯ₂などの例えばＺ−カットの結晶基板は、電気光学効果を有する基板１の一例である。

反射溝３は、光導波路２の一部に設けられている。反射溝３は、光導波路２から出射する光が反射する底面４を有する。受光素子５は、反射溝３の上で基板１に固定されている。例えばフォトダイオード（Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ、ＰＤ）は、受光素子５の一例である。

図１に示す光デバイスにおいて、光導波路２内を進んできた光の少なくとも一部の光６ａは、反射溝３の端面において、光導波路２の媒質と反射溝３内の空間７の媒質とによって決まる屈折角で屈折して、反射溝３内へ出射する。反射溝３内へ入射した光６ｂは、反射溝３の底面４へ向かって進み、反射溝３内の空間７を通過する途中で反射溝３の底面４で反射する。

反射溝３の底面４で反射した光６ｃは、上方へ向かって進む。図１に示す例では、受光素子５は、例えば裏面入射型の素子であるため、反射溝３の底面４で反射した光６ｃは、受光素子５の裏面において、反射溝３内の空間７の媒質と受光素子５の媒質とによって決まる屈折角で屈折して、受光素子５へ入射する。受光素子５へ入射した光６ｄは、受光素子５の受光部８へ入射する。

図１に示す光デバイスによれば、光導波路２から出射した光を反射溝３の底面４で反射させて上方へ向かわせるため、光導波路２の中を進む光を、基板１の表面に固定された受光素子５で受光することができる。

図１に示す光デバイスは、例えばＬｉＮｂＯ₃外部変調器（以下、ＬＮ変調器と称する）、ポリマ材料やＩｎＰやＳｉなどの半導体材料を用いた光変調器、またはＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ、平面光回路）で形成されるマッハツェンダ型の可変光アッテネータなどの光デバイスに適用することができる。以下に、図１に示す光デバイスを、例えば偏波多重機能を有するコヒーレント通信用のＬＮ変調器に適用する場合について説明する。

・ＬＮ変調器の第１の例
図２は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第１の例を示す図である。図３は、図２の切断線Ａ−Ａ’における基板厚さ方向の断面を示す図である。切断線Ａ−Ａ’は、受光素子５の近傍部分において、受光素子５を通り、かつＬＮ変調器へ入力する光の入力方向またはＬＮ変調器から出力される信号光の出力方向に平行な方向へ伸びる。従って、図３には、受光素子５の近傍部分を、受光素子５を通り、かつＬＮ変調器へ入力する光の入力方向またはＬＮ変調器から出力される信号光の出力方向に平行な方向に切断した断面が示されている。

図２及び図３に示すように、ＬＮ変調器は、基板１に、例えばＸ偏波ＩＱ変調部用光導波路１１及びＹ偏波ＩＱ変調部用光導波路１２を有する。Ｘ偏波ＩＱ変調部用光導波路１１及びＹ偏波ＩＱ変調部用光導波路１２の上には、それぞれ図示省略する変調用の電極が設けられている。Ｘ偏波ＩＱ変調部用光導波路１１からは、Ｘ偏波信号光が出力される。Ｙ偏波ＩＱ変調部用光導波路１２からは、Ｙ偏波信号光が出力される。ＬＮ変調域から出力されたＸ偏波信号光及びＹ偏波信号光は、例えば図示しない偏波多重部において多重されてもよい。

モニタ用の受光素子５は、Ｘ偏波ＩＱ変調部用光導波路１１からモニタ用に分岐する光導波路２、及びＹ偏波ＩＱ変調部用光導波路１２からモニタ用に分岐する光導波路２のそれぞれに設けられている。

反射溝３は、モニタ用の光導波路２において、受光素子５の下に形成されている。反射溝３は、光導波路２の厚さよりも浅く形成されていてもよいし、光導波路２の厚さと同じ深さまで形成されていてもよい。反射溝３の深さは、例えば１〜１５μｍ程度であってもよい。反射溝３の深さが１〜１５μｍ程度であれば、光導波路２内を進んできた光の少なくとも一部の光６ａが反射溝３内へ出射する。反射溝３内の空間７において光が通過する部分は、空気で満たされていてもよい。

反射溝３において、光導波路２から光が出射する端面は、光導波路２から出射する光を反射溝３の底面４へ向かうように屈折させる傾斜面１３になっている。それによって、光導波路２から出射して反射溝３内へ入射した光６ｂを、反射溝３の底面４へ向かって進ませることができる。

この傾斜面１３は、基板１の厚さ方向に対して、光導波路２内を進む光６ａが傾斜面１３で全反射する角度よりも小さい角度をなす。例えば、反射溝３内の空間７において光が通過する部分が空気で満たされている場合、ＬｉＮｂＯ₃の屈折率が２．２であり、空気の屈折率が１であるため、両屈折率の差により、光導波路２内を進む光６ａが傾斜面１３で全反射する角度は、基板１の厚さ方向に対して２７．８５°である。

従って、傾斜面１３が基板１の厚さ方向に対してなす角度は、２７．８５°よりも小さくてもよい。傾斜面１３が基板１の厚さ方向に対して２７．８５°よりも小さい角度で傾いていれば、光導波路２内を進む光６ａが傾斜面１３で全反射するのを防いで、光導波路２内を進む光６ａを反射溝３内へ出射させることができる。

傾斜面１３が基板１の厚さ方向に対してなす角度を、例えば５°以上２０°以下に設定してもよい。このようにすれば、反射溝３を製造する際の誤差によって傾斜面１３の傾きが設定値からずれても、傾斜面１３が基板１の厚さ方向に対してなす角度を全反射が起こる角度、すなわち２７．８５°よりも小さい角度にすることができる。

反射溝３において、光導波路２から光が出射する傾斜面１３を除いて、内側の面には、反射膜１４が設けられている。反射膜１４によって反射溝３の底面４での反射率が改善されるため、反射溝３の底面４で反射した光６ｃの光量を増やすことができる。反射膜１４は、例えばＡｕ（金）などの金属でできていてもよい。

また、反射膜１４は、反射溝３の底面４から反射溝３内への光の入射を遮る遮光膜となっている。それによって、光導波路２内を進んできた光６ａのうち、反射溝３の傾斜面１３から出射せずに光導波路２内を進む光が、反射溝３の底面４から反射溝３内へ染み出すのを防ぐことができる。

基板１の表面には、バッファ層及びＳｉ層１５が設けられていてもよい。バッファ層及びＳｉ層１５のうち、バッファ層によって、例えば基板表面に設けられる電極や電気配線による光の吸収損失を防いだり、インピーダンス整合を取ることができる。Ｓｉ層によって、例えば温度ドリフトを抑圧することができる。受光素子５は、バッファ層及びＳｉ層１５に例えば接着剤１６によって受光素子５の裏面が接着されることによって、基板１に固定されていてもよい。

基板１の表面、厳密にはバッファ層及びＳｉ層１５の表面には、受光素子用電気配線１７，１８、並びにＸ偏波ＩＱ変調部用光導波路１１及びＹ偏波ＩＱ変調部用光導波路１２のそれぞれの上の図示省略する変調用の電極が設けられている。受光素子用電気配線１７，１８には、金属製のワイヤ１９の一端がワイヤボンディングによって接続されている。このワイヤ１９の他端は、受光素子５のアノードまたはカソードの電極２０にワイヤボンディングによって接続されている。つまり、受光素子用電気配線１７，１８と受光素子５とは、ワイヤ１９によって電気的に接続されている。受光素子用電気配線１７，１８は、ＬＮ変調器を収納するパッケージの端子に電気的に接続されている。

受光素子５の電極２０の少なくとも一部が接着剤１６の上に載り、接着剤１６が受光素子５の電極２０を下から支えるようになっていてもよい。そうすれば、受光素子５の電極２０の下が中空である場合に比べて、ワイヤボンディング時に受光素子５の電極２０に超音波をより強く作用させることができるため、ワイヤボンディングによるワイヤ１９の接合強度をあげることができる。

図２及び図３に示すＬＮ変調器によれば、光導波路２から出射して反射溝３内へ入射した光６ｂを反射溝３の底面４の反射膜１４で反射させて上方へ向かわせるため、光導波路２の中を進む光を、基板１の表面に固定された受光素子５で受光することができる。また、図２及び図３に示すＬＮ変調器によれば、反射溝３内の空間７において光が通過する部分が空気で満たされていることによって、光が通過する部分に、例えば接着剤中の気泡などのような光の乱反射の原因となるものがない。従って、反射溝３内の空間７を通過する光が乱反射することなく受光素子５へ入射するため、受光素子５が受光する光量を増やすことができる。

例えば、光導波路から染み出す光を受光素子で受光する場合のモニタ用の光の受光感度がおおよそ５０ｍＡ／Ｗであるのに対して、図２及び図３に示すＬＮ変調器によれば、受光素子５が受光する光量が増えるため、モニタ用の光の受光感度がおおよそ２００ｍＡ／Ｗに改善される。また、図２及び図３に示すＬＮ変調器によれば、受光素子５が基板１の表面に設けられているため、受光素子５を基板１の外に設ける場合よりも、ＬＮ変調器を収納するパッケージを小型化することができる。

・ＬＮ変調器の第２の例
図４は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第２の例を示す図である。図５は、図４の切断線Ｂ−Ｂ’における基板厚さ方向の断面を示す図である。切断線Ｂ−Ｂ’は、上述した切断線Ａ−Ａ’と同様である。従って、図５には、図３と同様の断面が示されている。

図４及び図５に示すように、ＬＮ変調器の第２の例では、受光素子５は、受光部８を反射溝３の底面４に臨ませ、フリップチップボンディングによる接合によって受光素子５の電極２０と受光素子用電気配線１７，１８とが電気的に接続された状態で、基板１に固定されている。受光素子５の電極２０と受光素子用電気配線１７，１８との接合箇所にアンダーフィル剤が充填されていてもよい。そうすれば、受光素子５の電極２０と受光素子用電気配線１７，１８との接合強度が増すため、基板１に対して受光素子５を強固に固定することができる。

この場合、反射溝３内の空間７において光が通過する部分にアンダーフィル剤が流れ込んでいると、アンダーフィル剤中の気泡によって光が乱反射するおそれがある。従って、反射溝３内の空間７において光が通過する部分には、アンダーフィル剤が流れ込んでいないのが好ましい。

また、受光素子５に、受光素子用電気配線１７，１８との接合に用いられる電極２０以外のダミーの電極が設けられており、このダミーの電極がフリップチップボンディングによって基板１に接合されていてもよい。このようにすることによっても、基板１に対して受光素子５を強固に固定することができる。また、ダミーの電極を設けることによって接合強度を高める場合、アンダーフィル剤を用いずに済むため、反射溝３内の空間７において光が通過する部分にアンダーフィル剤が流れ込むのを回避することができる。

その他の構成については、図２及び図３に示すＬＮ変調器の第１の例と同様である。従って、重複する説明を省略する。

図４及び図５に示すＬＮ変調器によれば、受光素子５が基板１の表面にフリップチップボンディングによって固定される場合でも、光導波路２の中を進む光を受光素子５で受光することができる。また、図４及び図５に示すＬＮ変調器によれば、フリップチップボンディングによって受光素子５の実装面積を小さくすることができるため、ＬＮ変調器を小型化することができる。従って、図４及び図５に示すＬＮ変調器は、より小型化が要求される用途に適している。

・ＬＮ変調器の第３の例
図６は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第３の例を示す図である。図７は、図６の切断線Ｃ−Ｃ’における基板厚さ方向の断面を示す図である。切断線Ｃ−Ｃ’は、上述した切断線Ａ−Ａ’と同様である。従って、図７には、図３と同様の断面が示されている。

図６及び図７に示すように、ＬＮ変調器の第３の例は、反射溝３の周囲に反射溝保護用凸部２１を有する。反射溝保護用凸部２１は、基板１の表面から例えば堤防状に突出し、接着剤１６による接着箇所の内側で反射溝３を囲んでいてもよい。反射溝保護用凸部２１は、例えば受光素子用電気配線１７，１８、またはＸ偏波ＩＱ変調部用光導波路１１及びＹ偏波ＩＱ変調部用光導波路１２のそれぞれの上の変調用の電極と同じ材料でできていてもよい。例えば、反射溝保護用凸部２１は、Ａｕなどの金属でできていてもよい。

また、ＬＮ変調器の第３の例は、接着剤１６による接着箇所と受光素子用電気配線１７，１８との間に配線保護用凸部２２を有していてもよい。配線保護用凸部２２は、基板１の表面から例えば堤防状に突出し、接着剤１６による接着箇所の外側で受光素子５を囲んでいてもよい。配線保護用凸部２２は、例えば受光素子用電気配線１７，１８、またはＸ偏波ＩＱ変調部用光導波路１１及びＹ偏波ＩＱ変調部用光導波路１２のそれぞれの上の変調用の電極と同じ材料でできていてもよい。例えば、配線保護用凸部２２は、Ａｕなどの金属でできていてもよい。

その他の構成については、図２及び図３に示すＬＮ変調器の第１の例と同様である。従って、重複する説明を省略する。なお、図４及び図５に示すＬＮ変調器の第２の例のように、受光素子５がフリップチップボンディングによって基板１に固定されており、反射溝保護用凸部２１がアンダーフィル剤の流れ込みを防いでいてもよい。

図６及び図７に示すＬＮ変調器によれば、反射溝保護用凸部２１によって、反射溝３内の空間７において光が通過する部分に接着剤１６が流れ込むのを防ぐことができる。そのため、反射溝３内の空間７において光が通過する部分に、例えば接着剤中の気泡などのような光の乱反射の原因となるものがない。従って、反射溝３内の空間７を通過する光が乱反射することなく受光素子５へ入射するため、受光素子５が受光する光量を増やすことができる。また、図６及び図７に示すＬＮ変調器によれば、配線保護用凸部２２によって、受光素子用電気配線１７，１８へ接着剤１６が流れ出すのを防ぐことができる。また、反射溝保護用凸部２１の上に受光素子５が載るため、受光素子５の高さを反射溝保護用凸部２１の高さにすることができる。従って、反射溝保護用凸部２１の高さを調整することによって、受光素子５の高さを調整することができる。

・ＬＮ変調器の第４の例
図８は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第４の例を示す図であり、図６の切断線Ｃ−Ｃ’における基板厚さ方向の断面を示す図である。図８には、図３と同様の断面が示されている。

図８に示すように、ＬＮ変調器の第４の例は、反射溝３の周囲に反射溝保護用凸部２１を多重に有する。図８に示す例では、受光素子５の下に反射溝保護用凸部２１が２重に設けられているが、３重以上設けられていてもよい。多重の反射溝保護用凸部２１のうちの一つは、受光素子５の電極２０の真下に設けられていてもよい。その他の構成については、図６及び図７に示すＬＮ変調器の第３の例と同様である。従って、重複する説明を省略する。

図８に示すＬＮ変調器によれば、反射溝保護用凸部２１によって、反射溝３内の空間７において光が通過する部分に接着剤１６が流れ込むのを防ぐことができるため、図６及び図７に示すＬＮ変調器の第３の例と同様に、受光素子５が受光する光量を増やすことができる。また、図８に示すＬＮ変調器によれば、受光素子５の電極２０が、その真下にある反射溝保護用凸部２１によって下から支えられるため、受光素子５の電極２０の下が中空である場合に比べて、ワイヤボンディング時に受光素子５の電極２０に超音波をより強く作用させることができる。従って、ワイヤボンディングによるワイヤ１９の接合強度をあげることができる。

なお、受光素子５の電極２０の真下に、反射溝保護用凸部２１を設ける代わりに、受光素子５の電極２０を下から支える台座を設けることによって、ワイヤボンディング時に受光素子５の電極２０に超音波をより強く作用させるようにしてもよい。このようにしても、受光素子５の電極２０の下が中空である場合に比べて、ワイヤボンディングによるワイヤ１９の接合強度をあげることができる。

なお、図４及び図５に示すＬＮ変調器の第２の例のように、受光素子５がフリップチップボンディングによって基板１に固定されている場合において、フリップチップボンディングによる接合箇所の内側に反射溝保護用凸部２１が多重に設けられていてもよい。この場合、反射溝保護用凸部２１によって、アンダーフィル剤が反射溝３内へ流れ込むのを防ぐことができる。

・反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第１の例
図９は、実施の形態にかかるＬＮ変調器における反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第１の例を示す図である。図９には、受光素子５が取り付けられる部分が拡大されて示されており、受光素子５、受光素子５の受光部８及び受光素子５の電極２０は、仮想線で示されている。

図９に示すように、反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第１の例では、反射溝保護用凸部２１は、受光素子５の内側で反射溝３を囲むように設けられている。また、配線保護用凸部２２は、受光素子５の外側で例えば２個の受光素子５を囲むように設けられている。

反射溝保護用凸部２１は、受光素子５の電極２０の真下に設けられており、受光素子５の電極２０を下から支える台座を兼ねている。反射溝保護用凸部２１または配線保護用凸部２２の高さは、特に限定しないが、例えば５μｍ以上４０μｍ以下であってもよい。そうすれば、反射溝保護用凸部２１によって反射溝３内に接着剤１６が流れ込むのを防ぐことができる。また、配線保護用凸部２２によって受光素子用電気配線１７，１８へ接着剤１６が流れ出すのを防ぐことができる。図９において、符号２３は、ＬＮ変調器から出力されるＸ偏波信号光またはＹ偏波信号光を導く光導波路である。

・反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第２の例
図１０は、実施の形態にかかるＬＮ変調器における反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第２の例を示す図である。図１０には、受光素子５が取り付けられる部分が拡大されて示されており、受光素子５、受光素子５の受光部８及び受光素子５の電極２０は、仮想線で示されている。

図１０に示すように、反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第２の例では、反射溝保護用凸部２１が２重に設けられている。従って、接着剤１６が外側の反射溝保護用凸部２１を乗り越えて外側の反射溝保護用凸部２１の内側に流れ込んでも、内側の反射溝保護用凸部２１によって反射溝３内に接着剤１６が流れ込むのを防ぐことができる。図１０に示すパターンは、接着剤１６の量が多い場合に適している。反射溝保護用凸部２１は、３重以上に設けられていてもよい。

また、反射溝保護用凸部２１とは別に、受光素子５の電極２０の真下に、受光素子５の電極２０を下から支える台座２４が設けられている。台座２４の高さは、反射溝保護用凸部２１の高さと同じであってもよい。台座２４は、例えば受光素子用電気配線１７，１８、またはＸ偏波ＩＱ変調部用光導波路１１及びＹ偏波ＩＱ変調部用光導波路１２のそれぞれの上の変調用の電極と同じ材料でできていてもよい。例えば、台座２４は、Ａｕなどの金属でできていてもよい。台座２４を設けることによって、受光素子５の電極２０の下が中空である場合に比べて、ワイヤボンディング時に受光素子５の電極２０に超音波をより強く作用させることができるため、ワイヤ１９の接合強度をあげることができる。

なお、図１０に示す例では、配線保護用凸部２２は１重であるが、多重にしてもよい。そうすれば、受光素子用電気配線１７，１８へ接着剤１６が流れ出すのを防ぐ能力を高くすることができる。また、配線保護用凸部２２の高さを反射溝保護用凸部２１の高さよりも高くしてもよい。そうすることによっても、受光素子用電気配線１７，１８へ接着剤１６が流れ出すのを防ぐ能力を高くすることができる。例えば、反射溝保護用凸部２１の高さを５μｍとし、配線保護用凸部２２の高さを２０μｍとしてもよい。

・反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第３の例
図１１は、実施の形態にかかるＬＮ変調器における反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第３の例を示す図である。図１１には、受光素子５が取り付けられる部分が拡大されて示されており、受光素子５、受光素子５の受光部８及び受光素子５の電極２０は、仮想線で示されている。

図１１に示すように、反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第３の例では、反射溝保護用凸部２１及び配線保護用凸部２２が梯子状に設けられている。配線保護用凸部２２は、受光素子用電気配線１７，１８に沿って伸びるように設けられており、複数の反射溝保護用凸部２１が、一対の配線保護用凸部２２の間に掛け渡されている。

接着剤１６による接着箇所と反射溝３との間に複数の反射溝保護用凸部２１があり、隣り合う反射溝保護用凸部２１の間に接着剤１６が流れ込んでも、接着剤１６が反射溝保護用凸部２１に沿って流れるため、接着剤１６が反射溝３内に流れ込むのを防ぐことができる。例えば、反射溝保護用凸部２１の高さを５μｍとし、配線保護用凸部２２の高さを２０μｍとしてもよい。

・反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第４の例
図１２は、実施の形態にかかるＬＮ変調器における反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第４の例を示す図である。図１２には、受光素子５が取り付けられる部分が拡大されて示されており、受光素子５、受光素子５の受光部８及び受光素子５の電極２０は、仮想線で示されている。

図１２に示すように、反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第４の例では、反射溝保護用凸部２１が反射溝３を２重に囲み、そのうちの外側の反射溝保護用凸部２１が受光素子５の電極２０を下から支える台座を兼ねている。また、基板１の表面に、接着剤１６が塗布される領域を囲む例えば堤防状の凸部２５を有する。接着剤１６は、この凸部２５によって囲まれる閉領域に塗布される。例えば、凸部２５は、基板１において、受光素子５の四隅に対応する箇所に設けられている。凸部２５の高さ及び材料は、例えば反射溝保護用凸部２１と同じであってもよい。

図１２に示す例において、受光素子用電気配線１７，１８に近い側の受光素子５に対して、凸部２５と凸部２５とを接続する凸部２６が受光素子用電気配線１７，１８に対して平行に設けられている。それによって、凸部２５によって囲まれる閉領域から接着剤１６が流れ出した場合に、流れ出した接着剤１６が凸部２６に沿って流れるため、流れ出した接着剤１６が受光素子用電気配線１７，１８へ向かって流れるのを防ぐことができる。

また、受光素子用電気配線１７，１８から遠い側の受光素子５に対しては、各凸部２５から外向きに凸部２７が伸びている。これは、受光素子用電気配線１７，１８が離れているため、凸部２５によって囲まれる閉領域から接着剤１６が流れ出した場合に、流れ出した接着剤１６を外側へ向かって流してもよいからである。

凸部２５によって接着剤１６の塗布領域が囲まれていることによって、この塗布領域に塗布された接着剤１６が反射溝３内へ流れ込むのを防ぐことができる。また、基板１に接着剤１６を塗布する際に、凸部２５が塗布領域の目印となり、かつ凸部２５によって接着剤１６を受ける器ができるため、適量の接着剤１６を容易に塗布することができる。

・反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第５の例
図１３は、実施の形態にかかるＬＮ変調器における反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第５の例を示す図である。図１３には、受光素子５が取り付けられる部分が拡大されて示されており、受光素子５、受光素子５の受光部８及び受光素子５の電極２０は、仮想線で示されている。

図１３に示すように、反射溝保護用凸部及び配線保護用凸部のパターンの第５の例では、接着剤１６が塗布される領域において配線保護用凸部２２が外側へ張り出している。それによって、接着剤１６が塗布される領域が拡大されている。図１３に示すパターンは、接着剤１６の量が多い場合に適している。

・ＬＮ変調器の第５の例
図１４は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第５の例を示す図である。図１４に示すように、ＬＮ変調器の第５の例は、図２に示すＬＮ変調器の第１の例において、２個の受光素子５の代わりに、２個の受光部８を有する受光素子２８を用いたものである。受光素子２８は、ＬＮ変調器へ入力する光の入力方向またはＬＮ変調器から出力される信号光の出力方向に対して交差する方向における基板１の幅と同じ長さを有していてもよい。この場合、基板１の側面から接着剤１６を塗布することによって、基板１に受光素子２８を固定してもよい。

その他の構成については、図２及び図３に示すＬＮ変調器の第１の例と同様である。従って、重複する説明を省略する。なお、図４及び図５に示すＬＮ変調器の第２の例、図６及び図７に示すＬＮ変調器の第３の例、または図８に示すＬＮ変調器の第４の例においても、２個の受光部８を有する受光素子２８を用いてもよい。

・ＬＮ変調器の第６の例
図１５は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第６の例を示す図である。図１６は、信号光とモニタ光との位相がずれている状態の波形を示す図である。図１６において、横軸はマッハツェンダ干渉計に印加する電圧であり、縦軸は光出力パワーである。図１５に示すように、ＬＮ変調器の第６の例は、図２に示すＬＮ変調器の第１の例において、受光素子５の直前にガード溝２９を有するものである。

不要光は、例えば入力光の結合損失成分やカプラの過剰損失成分などに起因して発生することがある。不要光が反射溝３内に入射して受光素子５で受光されると、図１６に示すように、モニタ光の位相がシフトしてしまい、信号光とモニタ光との位相が理想状態、すなわち信号光とモニタ光との位相差が１８０°である状態からずれることがある。信号光とモニタ光との位相が理想状態からずれると、ＬＮ変調器の動作点を制御するのが困難となる。従って、不要光が発生する場合には、反射溝３内に不要光が入射しないようにするのが好ましい。ガード溝２９を設けることによって、不要光が反射溝３内に入射するのを抑制することができる。

その他の構成については、図２及び図３に示すＬＮ変調器の第１の例と同様である。従って、重複する説明を省略する。なお、図４及び図５に示すＬＮ変調器の第２の例、図６及び図７に示すＬＮ変調器の第３の例、図８に示すＬＮ変調器の第４の例、または図１４に示すＬＮ変調器の第５の例においても、ガード溝２９を設けてもよい。

・ＬＮ変調器の第７の例
図１７は、実施の形態にかかるＬＮ変調器の第７の例を示す図であり、図２の切断線Ａ−Ａ’における基板厚さ方向の断面を示す図である。図１７には、図３と同様の断面が示されている。図１７に示すように、ＬＮ変調器の第７の例は、図３に示すＬＮ変調器の第１の例において、反射溝３の空間７が接着剤１６で満たされているものである。反射溝３の空間７を接着剤１６で満たす場合には、接着剤１６には気泡が含まれていないのが好ましい。

例えば、反射溝３の深さが３μｍである場合、反射溝３の傾斜面１３が基板１の厚さ方向に対してなす角度が、１０°〜１５°の範囲でばらつくとする。このばらついた場合について、傾斜面１３の中央部から反射溝３内へ入射した光６ｂの光路を図１７に二点鎖線で示す。反射溝３の空間７が接着剤１６で満たされている場合、傾斜面１３の中央部から反射溝３内へ入射した光６ｂが受光素子５の受光部８に到達するときの到達位置のばらつきは、例えば３１μｍである。

一方、図３に示すＬＮ変調器の第１の例において、同じようにばらついた場合について、傾斜面１３の中央部から反射溝３内へ入射した光６ｂの光路を図３に二点鎖線で示す。反射溝３の空間７が空気で満たされている場合、傾斜面１３の中央部から反射溝３内へ入射した光６ｂが受光素子５の受光部８に到達するときの到達位置のばらつきは、例えば１３μｍである。

従って、受光素子５の受光部８が広い場合には、ＬＮ変調器の第１の例及びＬＮ変調器の第７の例のいずれも用いることができる。それに対して、受光素子５の受光部８が狭い場合には、ＬＮ変調器の第１の例を用いるのがよい。

その他の構成については、図２及び図３に示すＬＮ変調器の第１の例と同様である。従って、重複する説明を省略する。なお、図４及び図５に示すＬＮ変調器の第２の例、図６及び図７に示すＬＮ変調器の第３の例、図８に示すＬＮ変調器の第４の例、図１４に示すＬＮ変調器の第５の例、または図１５に示すＬＮ変調器の第６の例においても、反射溝３の空間７を、気泡を含まない接着剤１６で満たしてもよい。

・光デバイスの製造方法の一例
図１８〜図２０は、実施の形態にかかる光デバイスの製造方法の一例を示す図である。

図１８において、まず、符号１０１で示すように、基板１を用意する。次いで、符号１０２で示すように、基板１の表面に例えばＴｉ（チタン）を蒸着して例えば１０００Åの厚さのＴｉ膜３１を生成する。次いで、符号１０３で示すように、Ｔｉ膜３１の上にフォトレジスト３２を例えば１μｍ前後の厚さに塗布し、フォトリソグラフィー法によりフォトレジスト３２をパターニングし、ドライエッチングまたはウェットエッチングによってＴｉ膜３１をパターン化する。

Ｔｉ膜３１をパターン化するときに、光変調器、光スイッチ、フィルタもしくは可変光アッテネータなどで一般的な方向性結合器や、Ｙ分岐を用いたマッハツェンダ干渉計を形成する。次いで、符号１０４で示すように、例えば１０００℃〜１１００℃の温度で基板１内にＴｉを拡散させて、光導波路２を形成する。光導波路２には、例えば図２に示すＬＮ変調器のＸ偏波ＩＱ変調部用光導波路１１、Ｙ偏波ＩＱ変調部用光導波路１２、及びそれらの光導波路１１，１２から分岐するモニタ用の光導波路２が含まれる。なお、Ｔｉの代わりにＭｇ（マグネシウム）を用いて光導波路２を形成してもよいし、プロトン交換法によって光導波路２を形成してもよい。

次いで、図１９において符号１０５で示すように、基板１の表面にフォトレジスト３３を塗布し、フォトリソグラフィー法によりフォトレジスト３３をパターニングして、反射溝３を形成するためのパターンを作成する。次いで、符号１０６で示すように、ポストベークを行い、パターン化後のフォトレジスト３３に残留する溶媒や現像液を除去し、フォトレジスト３３と基板１との密着性を高める。

次いで、符号１０７で示すように、パターン化後のフォトレジスト３３をマスクにして、例えばＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、反応性イオンエッチング）などのドライエッチングによって、反射溝３を形成する。反射溝３を形成するときに、反射溝３内に不要光が入射するのを抑制するガード溝２９を形成してもよい。溝形成後、符号１０８で示すように、マスクとしたフォトレジスト３３を除去する。

次いで、図２０において符号１０９で示すように、例えばスパッタまたはＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ、電子ビーム）蒸着器によって、基板１の表面にバッファ層３４を生成する。バッファ層３４の厚さは、必要帯域や電気反射量によって最適化されるが、例えば０．５μｍ〜１．０μｍ程度であってもよい。

次いで、符号１１０で示すように、例えばスパッタによって、バッファ層３４の表面にＳｉ層３５を生成する。Ｓｉ層３５の厚さは、例えば０．１μｍ程度であってもよい。バッファ層３４及びＳｉ層３５は、例えば図３に示すＬＮ変調器のバッファ層及びＳｉ層１５となる。

次いで、符号１１１で示すように、例えばＥＢ蒸着器によって、Ｓｉ層３５の表面にＡｕを蒸着して、電気配線や電極の下地となるＡｕ膜を生成する。電極下地用のＡｕ膜を生成するときに、例えば図３に示すＬＮ変調器の反射膜１４を形成してもよい。電極下地用のＡｕ膜の厚さは、例えば０．１μｍ程度であってもよい。

そして、電極下地用のＡｕ膜の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィー法によりフォトレジストをパターニングし、エッチングしてＡｕ膜をパターン化した後、Ａｕメッキを行い、電極下地用のＡｕ膜の上に電極３６を形成する。Ａｕメッキの厚さは、必要帯域や電気反射量によって最適化されるが、例えば５μｍ〜４０μｍ程度であってもよい。電極３６には、例えば図２に示すＬＮ変調器の受光素子用電気配線１７，１８、Ｘ偏波ＩＱ変調部用光導波路１１の上の変調用の電極、及びＹ偏波ＩＱ変調部用光導波路１２の上の変調用の電極が含まれる。なお、Ａｕに限らず、Ｃｕ（銅）などの他の金属によって、電気配線や電極の下地となる膜、または電極３６を形成してもよい。

電極３６を形成するときに、例えば図６及び図７に示すＬＮ変調器の反射溝保護用凸部２１及び配線保護用凸部２２を形成してもよい。また、電極３６を形成するときに、例えば図１０に示すパターンの台座２４を形成してもよい。また、電極３６を形成するときに、例えば図１２に示すパターンの凸部２５〜２７を形成してもよい。これら反射溝保護用凸部２１、配線保護用凸部２２、台座２４及び凸部２５〜２７の厚さは、例えば５μｍ〜４０μｍ程度であってもよい。

次いで、基板１を所望のサイズの光デバイスチップに切断する。次いで、光デバイスチップに受光素子５を、接着剤１６を用いたダイボンディング、またはフリップチップボンディングによって固定する。例えば図６または図７に示すＬＮ変調器の場合、ＬＮ変調器チップの所望の位置に、反射溝保護用凸部２１及び配線保護用凸部２２から接着剤１６があふれ出さないように、ディスペンサなどの容量を制御できる器具を用いて接着剤１６を塗布する。

そして、受光素子用電気配線１７，１８のパッドの角を基準として、所望の位置に受光素子５の表面のパターンがくるように、カメラで画像を認識しながら受光素子５の位置調整をして受光素子５を配置する。例えば受光素子５の受光部８の中心を、位置合わせ用のパターンとしてもよい。受光素子５を配置した後、紫外線を照射して接着剤１６を硬化させてＬＮ変調器チップに受光素子５を固定する。その後、熱処理によってキュアを行う。最後に、ワイヤボンディングを行って、受光素子５の電極２０と受光素子用電気配線１７，１８とを電気的に接続する。

図１８〜図２０に示す光デバイスの製造方法によれば、光導波路２内を進む光を、基板１の表面に固定された受光素子５で受光することができる光デバイスを製造することができる。また、図１８〜図２０に示す光デバイスの製造方法によれば、電極３６を形成するときに反射溝保護用凸部２１や配線保護用凸部２２や台座２４や凸部２５〜２７も形成されるため、工程を増やさずに済む。また、図１８〜図２０に示す光デバイスの製造方法によれば、電極用の下地を形成するときに反射膜１４も形成されるため、工程を増やさずに済む。従って、製造コストが増えるのを抑えることができる。

上述した各実施例を含む実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）光を導く光導波路、及び前記光導波路から出射する光が底面で反射する反射溝、を有し、電気光学効果を有する基板と、前記反射溝の上で前記基板に固定される受光素子と、を備え、前記光導波路から前記反射溝内へ出射する光が、前記反射溝内の空間を通過する途中で前記反射溝の底面で反射して前記受光素子へ入射することを特徴とする光デバイス。

（付記２）前記反射溝内の空間において前記光が通過する部分は、空気で満たされていることを特徴とする付記１に記載の光デバイス。

（付記３）前記光導波路から光が出射する前記反射溝の端面は、前記光導波路から出射する光が前記反射溝の底面へ向かうように屈折させる傾斜面になっていることを特徴とする付記１または２に記載の光デバイス。

（付記４）前記傾斜面は、前記基板の厚さ方向に対して、前記光導波路内を進む光が前記傾斜面で全反射する角度よりも小さい角度をなすことを特徴とする付記３に記載の光デバイス。

（付記５）前記反射溝の周囲に、前記基板に前記受光素子を固定する接着剤が、前記反射溝内の空間において前記光が通過する部分へ流れ込むのを防ぐ反射溝保護用凸部を有することを特徴とする付記１乃至４のいずれか一つに記載の光デバイス。

（付記６）前記受光素子に電気的に接続される受光素子用電気配線と前記接着剤による接着箇所との間に、前記接着剤が前記受光素子用電気配線へ流れ出すのを防ぐ配線保護用凸部を有し、前記配線保護用凸部の前記基板の表面からの高さが前記反射溝保護用凸部の前記基板の表面からの高さよりも高いことを特徴とする付記５に記載の光デバイス。

（付記７）前記接着剤または前記反射溝保護用凸部の上で、前記受光素子にワイヤがワイヤボンディングによって接続されることを特徴とする付記５または６に記載の光デバイス。

（付記８）前記受光素子は、前記基板にフリップチップボンディングによって固定されていることを特徴とする付記１乃至６のいずれか一つに記載の光デバイス。

（付記９）前記傾斜面は、前記基板の厚さ方向に対して５°以上２０°以下の角度をなすことを特徴とする付記３に記載の光デバイス。

（付記１０）前記反射溝の底面に反射膜を有することを特徴とする付記１乃至９のいずれか一つに記載の光デバイス。

（付記１１）光を導く光導波路、及び前記光導波路から出射する光が底面で反射する反射溝、を有し、電気光学効果を有する基板と、前記反射溝の上で前記基板に固定される受光素子と、を備え、前記光導波路から前記反射溝内へ出射する光が、前記反射溝内の空間を通過する途中で前記反射溝の底面で反射して前記受光素子へ入射する光デバイスを製造するにあたって、前記基板に前記光導波路を形成し、前記光導波路の一部に前記反射溝を形成し、前記基板の表面に電極及び電気配線を形成し、前記基板を切断してチップにし、前記チップの前記反射溝の上に前記受光素子を固定し、前記受光素子と前記チップの受光素子用電気配線とを電気的に接続することを特徴とする光デバイスの製造方法。

（付記１２）前記電極を形成するときに、前記反射溝の周囲に、前記基板に前記受光素子を固定する接着剤が、前記反射溝内の空間において前記光が通過する部分へ流れ込むのを防ぐ反射溝保護用凸部を形成することを特徴とする付記１１に記載の光デバイスの製造方法。

（付記１３）前記電極を形成する前に、前記電極の形成箇所に電極用下地を形成するとともに、前記反射溝の底面に反射膜を形成することを特徴とする付記１１または１２に記載の光デバイスの製造方法。

１ 基板
２ 光導波路
３ 反射溝
４ 反射溝の底面
５ 受光素子
６ａ 光導波路内を進んできた光
６ｂ 反射溝内へ入射した光
６ｃ 反射溝の底面で反射した光
６ｄ 受光素子へ入射した光
７ 反射溝内の空間
１３ 傾斜面
１４ 反射膜
１６ 接着剤
１７，１８ 受光素子用電気配線
１９ ワイヤ
２１ 反射溝保護用凸部
２２ 配線保護用凸部
３６ 電極

Claims (8)

1. 光を導く光導波路、及び前記光導波路から出射する光が底面で反射する反射溝、を有し、電気光学効果を有する基板と、
   前記反射溝の上で前記基板に固定される受光素子と、
   を備え、
   前記光導波路から前記反射溝内へ出射する光が、前記反射溝内の空間を通過する途中で前記反射溝の底面で反射して前記受光素子へ入射することを特徴とする光デバイス。
2. 前記反射溝内の空間において前記光が通過する部分は、空気で満たされていることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記光導波路から光が出射する前記反射溝の端面は、前記光導波路から出射する光が前記反射溝の底面へ向かうように屈折させる傾斜面になっていることを特徴とする請求項１または２に記載の光デバイス。
4. 前記傾斜面は、前記基板の厚さ方向に対して、前記光導波路内を進む光が前記傾斜面で全反射する角度よりも小さい角度をなすことを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
5. 前記反射溝の周囲に、前記基板に前記受光素子を固定する接着剤が、前記反射溝内の空間において前記光が通過する部分へ流れ込むのを防ぐ反射溝保護用凸部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光デバイス。
6. 前記受光素子に電気的に接続される受光素子用電気配線と前記接着剤による接着箇所との間に、前記接着剤が前記受光素子用電気配線へ流れ出すのを防ぐ配線保護用凸部を有し、
   前記配線保護用凸部の前記基板の表面からの高さが前記反射溝保護用凸部の前記基板の表面からの高さよりも高いことを特徴とする請求項５に記載の光デバイス。
7. 前記接着剤または前記反射溝保護用凸部の上で、前記受光素子にワイヤがワイヤボンディングによって接続されることを特徴とする請求項５または６に記載の光デバイス。
8. 光を導く光導波路、及び前記光導波路から出射する光が底面で反射する反射溝、を有し、電気光学効果を有する基板と、前記反射溝の上で前記基板に固定される受光素子と、を備え、前記光導波路から前記反射溝内へ出射する光が、前記反射溝内の空間を通過する途中で前記反射溝の底面で反射して前記受光素子へ入射する光デバイスを製造するにあたって、
   前記基板に前記光導波路を形成し、
   前記光導波路の一部に前記反射溝を形成し、
   前記基板の表面に電極及び電気配線を形成し、
   前記基板を切断してチップにし、
   前記チップの前記反射溝の上に前記受光素子を固定し、
   前記受光素子と前記チップの受光素子用電気配線とを電気的に接続することを特徴とする光デバイスの製造方法。

Images