JP3389226B2 - 光サブモジュール - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や光信号処
理に用いられる光サブモジュールに関する。

【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、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
チ機能や、光素子を駆動するのに必要な高周波電気配線
機能が光／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、光学ベンチ機能および
高周波電気配線機能を満足する光サブモジュールを提供
することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、活性層に対し
て所定の距離にある光素子高さ基準面を有する光機能素
子と、この光機能素子を保持するための光素子保持面，
この光素子保持面から所定の距離にあるキャリア高さ基
準面およびキャリア電気配線を有するキャリアとから構
成された光サブモジュールであって、前記キャリアは、
凹部および凸部を有する基板と、この基板の前記凹部に
重ねて形成された誘電体層とで構成され、前記光素子保
持面およびキャリア高さ基準面が前記基板の凸部で構成
され、前記光機能素子の前記光素子高さ基準面と前記キ
ャリアの前記光素子保持面とが接触固定され、前記光機
能素子の活性層側電極部と前記キャリア電気配線とが電
気的に接続されていることを特徴とするものである。

【００２３】

【００２４】

【作用】本発明の光サブモジュールは、光素子をキャリ
アに保持するに当たり、光素子に設けた光素子高さ基準
面を、キャリアに設けた光素子保持面に接触させ固定す
るとともに、キャリア保持面から所定の段差を設けてキ
ャリア高さ基準面を設置する。従って、光素子の活性層
と光素子高さ基準面との間の高さがどのような値に設定
されていても、この値に対応してキャリア保持面とキャ
リア高さ基準面との高さの差を適切な値に設定すること
により、キャリア高さ基準面と光素子活性層との間の高
さの差を一定の値に設定できる。

【００２５】本発明の光サブモジュールでは、光素子の
種類によらず、キャリア基準面から活性層までの距離を
一定の値に規格化できる。従って、本発明の光サブモジ
ュールを用いれば、光素子と光導波路または光ファイバ
とを結合した光モジュールの製作にあたって、光実装基
板の寸法を変更することなく異なる種類の光素子搭載が
可能となり、光モジュールの量産、歩留り向上に大きな
効果が期待される。さらに、寸法の異なる複数、多品種
の光素子を一枚の実装基板に搭載することも可能とな
り、高機能なハイブリッド光集積回路の製作が可能とな
る。

【００２６】また、キャリアに電気配線を設け光素子の
活性層側の電極取り出しができるようにしたので、光モ
ジュールおよびハイブリッド光集積回路の製作に当た
り、使用する光素子の事前検査が容易に行えるという効
果がある。

【００２７】さらに、光サブモジュールのキャリアを、
凹凸を有する基板と基板凹部に形成した誘電体層とで形
成し、この誘電体層にキャリア電気配線を形成すること
により、光サブモジュールの高周波特性を格段に向上さ
せることができる。さらに、誘電体層として、表面およ
び内部に電気配線層が形成されたフィルム、いわゆるテ
ープキャリアを用いることにより電気配線密度を向上で
きる。従って、電極端子数の多い光素子、例えば８×８
光マトリクススイッチなどの大規模モノリシック集積回
路、あるいは受発光素子と電子回路との集積したＯＥＩ
Ｃなどの光サブモジュール形成が可能となる。

【００２８】また、光サブモジュールのキャリアとし
て、キャリア表面のみならず内部にも電気配線を有する
基板、例えばアルミナ多層電気配線基板を用いれば、高
周波特性、電気配線密度に優れた光サブモジュールが実
現できる。

【００２９】

【００３０】

【００３１】本発明の光サブモジュールによると、従来
提案されているアップサイドダウン形態で光素子を搭載
するハイブリッド光集積回路であった各種問題、すなわ
ち １）多品種，複数素子の搭載の困難性２）光導波路途中
に挿入する光素子の場合の基板上電気配線形成の困難性 ３）搭載する光素子の事前検査の困難性 を一挙に解決できる。これに加え、本発明の光サブモジ
ュールはキャリアの構造や材質を適宜選択することによ
り、高周波特性および電気配線密度の点で優れた特性が
得られる。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明の第１の形態による光サブ
モジュールにおいて、誘電体層がその表面および内部に
電気配線層を形成したフィルム状材料であってよい。

【００３３】

【００３４】キャリア電気配線をキャリアの表面および
内部に形成してもよい。

【００３５】

【実施例】本発明による光サブモジュールの実施例につ
いて、図９〜図２４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。

【００３６】

【実施例１】図９および図１０は、本発明のハイブリッ
ド光集積回路に搭載可能な光サブモジュールの第１の実
施例の構成を示し、図９は本実施例の光サブモジュール
の構成要素である光素子３０１およびキャリア３０２の
構造を示す斜視図であり、図１０は図９中のＡ−Ａ'矢
視に沿った断面図である。光素子３０１はアレイ状半導
体光アンプであり、３１１はその活性層であり、この活
性層３１１は４００μm間隔で４アレイが形成され、こ
れら活性層３１１はそれぞれ光素子表面３１２から６μ
m離れている。光素子表面３１２には、各活性層３１１
に対応する活性層側電極３１３ａが形成され、光素子表
面３１２の反対側の裏面には、アース側電極３１３ｂが
形成されている。３１４はそれぞれ光素子高さ基準面で
あり、図１０に示すように活性層３１１から３μm裏面
側に下がった位置、すなわち光素子表面３１２より９μ
m低い位置に設けられている。３１５は光素子横方向基
準面であり、光素子表面３１２および光素子高さ基準面
３１４に直交して形成されている。この光素子横方向基
準面３１５の位置は、４つの活性層３１１のうち外側の
活性層３１１の両端から、それぞれ４００μm離れてい
る。本実施例では、光素子横方向基準面３１５を左右両
側に設けたが、片側だけでも充分その機能を達成でき
る。

【００３７】キャリア３０２は、図９に示すようにＳi
基板の表面に３段の段差を設けて形成されている。キャ
リア凸部３２１は、光素子３０１の光素子高さ基準面３
１４を接触固定するための「光素子保持面３２１ａ」で
あり、同時に実装基板に搭載する場合の基準面である
「キャリア高さ基準面３２１ｂ」を兼ねている。すなわ
ち、一般的には「光素子保持面」と「キャリア高さ基準
面」とは高さの異なる面として別個に形成するが、本実
施例では同一面となっている。キャリア凸部３２１で囲
まれた領域３２５は、キャリア凸部３２１から１５μm
の段差を設けて形成されている。この領域３２５の表面
には、厚さ２μmの金からなるキャリア電気配線３２４
が形成されている。この先端部には、半田パターン３２
６が設けられている。この領域３２５は、光素子３０１
の活性層側電極３１３ａの電極取り出し部の機能を果た
す。周辺領域３２３はキャリア凸部３２１から４０μm
の段差を設けて形成され、この表面にも上記キャリア電
気配線３２４が連続して形成されている。この周辺領域
３２３は光実装基板側電気配線との電気接続の機能を果
たす。

【００３８】なお、本実施例の多段の段差を有するキャ
リア３０２は、Ｓi基板の異方性エッチングを繰り返す
ことにより形成した。すなわち、最初にＳi基板の凸部
３２１を形成し、次いで領域３２５の段差を形成した。
このような異方性エッチングで段差を形成した場合に
は、段差間の側面は垂直ではなく、約５５°の角度が領
域３２５と周辺領域３２３との段差間で電気配線３２４
を断線することなく形成できる。

【００３９】図１０は、前述したように図９の半導体光
アンプ３０１をキャリア３０２に固定した光サブモジュ
ールの状態を示し、図９中のＡ−Ａ'矢視に沿った断面
形状を表している。半導体光アンプ３０１の光素子高さ
基準面３１４を、キャリア３０２のキャリア保持面３２
１と接触させて搭載した。この状態で、キャリア３０２
を加熱して半田３２６をリフローすることにより、光素
子活性層側電極３１３ａとキャリアの領域３２５に設け
たキャリア電気配線３２４とを接続固定した。キャリア
各領域間の段差および光素子高さ基準面と活性層との段
差は、上記のように設定してあるので、活性層３１１は
キャリア高さ基準面（キャリア保持面）３２１ｂよりも
３μm上方に位置している。

【００４０】このように光素子を光サブモジュールの形
態にしておけば、光素子の特性を事前に検査することが
容易である。すなわち、すでに光素子活性層側電極３１
３ａはキャリア電気配線３２４に接続されているので、
光素子の表面に直接触れることなく検査が実施できるの
である。

【００４１】

【実施例２】図１１は、本発明のハイブリッド光集積回
路に搭載可能な光サブモジュールの第２の実施例を示す
断面図である。本発明に係る光サブモジュールでは、寸
法の異なる光素子を使用する場合であっても、光素子の
活性層とキャリア基準面との距離を常に一定の値に統一
できる。上述した実施例１では、光素子高さ基準面３１
４と活性層３１１との段差が３μmであったが、例え
ば、この段差が５μmである光素子を搭載する場合を考
える。この場合には、図１１に示すようにキャリア３０
２の光素子保持面３２１ａとキャリア高さ基準面３２１
ｂとの間に２μmの段差を設ければよい。

【００４２】

【実施例３】図１２は、本発明のハイブリッド光集積回
路に搭載可能な光サブモジュールの第３の実施例を示す
断面図である。活性層３１１から６μmの高さにある光
素子表面３１２を光素子高さ基準面３１４として用いた
としても、図１２に示すように光素子表面３１２をキャ
リア３０２のキャリア高さ基準面３２１ｂよりも９μm
高く設定すればよい。

【００４３】実施例１または実施例２のように寸法を設
定することにより、光素子の寸法に係わらず、キャリア
高さ基準面と活性層との段差を図１０に示した実施例１
の場合と同様に３μmとすることができる。

【００４４】

【実施例４】図１３は、図９および図１０に示した光サ
ブモジュールの第１の実施例をハイブリッド光集積回路
に応用した第４の実施例の構成を示す分解斜視図であ
る。図中の符号で３０４は光実装基板であり、段差付き
Ｓi基板３４１上 には光導波路部３４２と、基板電気配
線３４６および光素子搭載部３４８とが形成されてい
る。光導波路部３４２は、Ｓi基板凹部に形成され、ア
ンダークラッ ド３４２ａ（厚さ３０μm），コア３４２
ｂ（厚さ６μm×幅６μm）およびオー バークラッド３
４２ｃ（厚さ３０μm）の３層構造の埋め込み型石英系
光導波路である。

【００４５】基板電気配線３４６は、オーバークラッド
３４２ｃ表面に形成してあり、高周波動作が可能なよう
に中心導体３４６ａと接地導体３４６ｂとからなるコプ
レーナ構造を採用した。これらの配線はオーバークラッ
ド形成後に厚さが５μmの金を蒸着してパターン化する
ことにより形成した。この配線層は十分な厚み、例えば
６６μmの厚みを有し、かつ誘電率の小さい石英ガラス
上に形成したので良好な電気特性を示す。また、基板電
気配線３４６における中心導体３４６ａの先端部には、
光サブモジュールとの電気的接続用に半田パターン３２
７が蒸着およびパターン化によって形成されている。

【００４６】光素子搭載部３４８は、Ｓi凸部３４３を
含む領域に形成されている。Ｓi凸部３４３の表面の高
さは、光導波路のアンダークラッド３４２ａの上面高さ
に一致し、光サブモジュール搭載時の高さ基準面（以
下、基板高さ基準面と記述する）３４３として機能す
る。すなわち、基板高さ基準面３４３から光導波路のコ
ア３４２ｂの中心までの高さは３μmであり、これは実
施例１の光サブモジュールのキャリア高さ基準面３２１
ｂから活性層３１１までの高さに等しい。基板高さ基準
面３４３以外の光素子搭載部３４８となるＳi凹部領域
は光素子挿入溝３４９であり、基板高さ基準面３４３か
ら約１１０μmの深さを有する。光素子挿入溝３４９の
底面には厚さが２μmの金からなる接地用電気配線層３
４７がオーバークラッド上の基板電気配線３４６と同時
に形成されている。接地用電気配線層は微細なパターン
化は不要であるので、このような深溝底部にも容易に形
成できる。光素子挿入溝３４９の底面の端部には配線取
り出し部３４９ａが設けられ、リード３４５により光実
装基板３０４の接地用電気配線層３４７と接地導体３４
６ｂとが接続されている。

【００４７】本実施例の光実装基板３０４は、上記のよ
うにアレイ状の光素子３０１を光導波路中間に挿入する
場合であっても、光素子活性層３１１側の電極３１３ａ
を取り出すための基板電気配線を光導波路表面に形成す
ればよいので、比較的微細な電気配線パターンであって
も容易に形成できる。従来の光素子アップサイドダウン
形態での搭載では、基板電気配線は、段差のある基板の
底面に形成しなければならず、このようなことは困難で
あった。

【００４８】次に、この光実装基板３０４上に光素子３
０１およびキャリア３０２を含む光サブモジュールを搭
載し、ハイブリッド光集積回路を製作する工程を図１
３，図１４および図１５を参照して説明する。図１４は
図１３中のＢ−Ｂ'矢視に沿った断面図、図１５は図１
３中のＣ−Ｃ'矢視に沿った断面図である。

【００４９】図１３および図１４において、光サブモジ
ュールのキャリア高さ基準面３２１ｂと光実装基板の基
板高さ基準面３４３とを接触させることにより、光素子
活性層３１１と光導波路のコア３４２ｂとの高さ方向の
位置合わせを容易に完了することができる。本実施例に
おいては横方向、すなわち段付きＳi基板３４１の面方
向でかつ光導波路と直交する方向に関しては、光導波路
と光素子との光結合率をモニタしながら最適位置に合わ
せた。位置合わせ完了後、光実装基板の光素子挿入溝３
４９の底面に導電性接着剤３５１を滴下し、光サブモジ
ュールと光実装基板とを固定した。最後に図１５に示す
ように、光実装基板上の基板電気配線端部に設けた半田
３２７をリフローし、光サブモジュールのキャリア３０
２の電気配線と光実装基板３０４の電気配線との電気的
接続を行うことにより、ハイブリッド光集積回路の製作
を終了する。

【００５０】なお、本実施例では半田のリフローは基板
全体を加熱することによって行ったが、接続部を局所的
に加熱する方法も可能である。

【００５１】従来の光素子アップサイドダウンでの実装
形態では、光素子固定と電気接続とを一度の工程で行わ
なければならなかったのに対し、本実施例の実装工程で
は上記のように光サブモジュールと光実装基板の調芯固
定工程と、両者の電気配線接続工程とを分離することが
可能となった。

【００５２】また、電気配線端子数が多数の光素子の場
合、従来方法では電気接続がなされない端子が生ずると
いう故障が発生しやすく、歩留り低下を招き易い。これ
に対し、本発明によれば光素子固定後に電気接続を行え
ばよいので、多数の電気接続端子を有する光素子に対し
ても歩留り良く、ハイブリッド光集積回路を製作するこ
とが可能となる。

【００５３】さらに、上述のような本発明の光サブモジ
ュールを用いたハイブリッド光集積回路によると、高さ
方向の寸法の異なる光素子を用いた場合であっても光実
装基板の高さ方向の寸法を変更する必要はない。図１
０，図１１または図１２に示したような光サブモジュー
ルの各基準面間の高さを適切に設定し、キャリア保持面
３２１，光素子保持面３２１ａおよびキャリア高さ基準
面３２１ｂと、光素子活性層３１１との間の高さを３μ
mにすれば、どのような光素子に対しても本実施例の 光
実装基板が適用できる。

【００５４】以上述べたように、本発明を用いれば、従
来のアップサイドダウン搭載形態のハイブリッド光集積
回路で問題であった １）多品種，複数素子搭載 ２）基板上の電気配線形成 ３）光素子の事前検査 に関する困難さを一挙に解決できる。

【００５５】

【実施例５】図１６は、ハイブリッド光集積回路に第４
の実施例の光サブモジュールを搭載可能な第５の実施例
の構成を示す斜視図である。本実施例が実施例１の光サ
ブモジュールと異なる点は、光サブモジュールに横方向
の位置合わせ基準面を設けたこと、および領域３２５と
周辺領域３２３との間の段差をなくしたことにある。図
１６に示すように、光素子３０１は実施例１と同一のア
レイ状半導体光アンプであり、各種の寸法も同一であ
る。キャリア３０２には、実施例１と同様に、光素子保
持面３２１ａとキャリア高さ基準面３２１ｂとが段差な
く同一面として形成されており、光素子保持面３２１ａ
の内側側面に光素子の横方向の位置決めをするための光
素子搭載横方向基準面３２２ａが形成されている。光素
子３０１をキャリア３０２に搭載するにあたり、光素子
高さ基準面３１４と光素子保持面３２１ａとを接触さ
せ、また、光素子横方向基準面３１５と光素子搭載横方
向基準面３２２ａとを接触させることにより、キャリア
３０２と光素子３０１との相対的な位置を決定できる。
キャリア３０２のキャリア高さ基準面３２１ｂの外側側
面にはキャリア搭載横方向基準面３２２ｂが形成されて
おり、キャリア搭載横方向基準面３２２ｂと光素子搭載
横方向基準面３２２ａとは、３００μm 離れている。上
記以外のキャリア３０２の構造および寸法は実施例１の
場合と同様である。

【００５６】従って、光素子３０１をキャリア３０２に
搭載すると、光素子活性層３１１とキャリア高さ基準面
３２１ｂおよびキャリア搭載横方向基準面３２２ｂとの
距離は、それぞれ、３μmおよび７００μmとなる。

【００５７】

【実施例６】図１７は、ハイブリッド光集積回路に先の
実施例５の光サブモジュールを含む第６の実施例の構成
を示す断面図である。本実施例は、先の実施例５の光サ
ブモジュールを含む点に特徴があり、実施例５における
光サブモジュールを搭載する光実装基板の構造は図１３
と同様である。ただし、本実施例では左端の光導波路の
コア中心から素子搭載溝側壁３４８ｂまでの距離を７０
０μmに設定している。その他の寸法は、実施例４の 場
合と同様である。

【００５８】本実施例では、光サブモジュールの搭載に
あたっては図１７に示すように、光サブモジュールのキ
ャリア高さ基準面３２１ｂと光実装基板の基板高さ基準
面３４３とを接触させ、かつキャリア搭載横方向基準面
３２２ｂと素子搭載溝側壁３４８ｂとを接触させること
により、光素子活性層３１１と光導波路のコア３４２ｂ
との位置合わせを完了する。この後は、図１３〜図１５
に示した実施例４と同様の工程を経てハイブリッド光集
積回路を製作することができる。

【００５９】光素子の寸法が異なっても、キャリアに設
ける各高さ基準面および横方向基準面の寸法を適切に設
定すれば、光素子活性層３１１とキャリア高さ基準面３
２１ｂおよびキャリア搭載横方向基準面３２２ａとの距
離を常にそれぞれ３μmおよび７００μmに設定できる。
従って、本実施例によれば、光素子の寸法が変わって
も、光実装基板の光素子搭載部の寸法を変えることな
く、ハイブリッド光集積回路を形成することができる。
これに加え、先の各実施例で得られた各種の効果は、本
実施例によっても全く同様に実現できる。

【００６０】

【実施例７】図１８は、ハイブリッド光集積回路に第５
の実施例の光サブモジュールを搭載可能とした第７の実
施例の構成を示す分解斜視図である。本実施例では、キ
ャリア３０２の材質として透明な石英ガラスを用いてい
る。実施例１のキャリアと比較し、光素子保持面３２１
ａ上および周辺領域３２３上にそれぞれ光素子位置決め
マーカ２１０およびキャリア位置決めマーカ２３０を設
けたことが構造上異なる点である。また、光素子電極取
り出しのための領域３２５と周辺領域３２３とを同一の
高さにした。その他の構成は、図１２に示した実施例３
の光サブモジュールのキャリア構造と同様である。光素
子３０１は光素子表面３１２を光素子高さ基準面３１４
としてあり、この上に光素子位置決めマーカ２１０に対
応する図示していないマーカが形成されている。

【００６１】本実施例ではキャリアとして透明な石英ガ
ラスを用いたので、光素子３０１をキャリア３０２に搭
載するにあたって、透明なキャリアを通して光素子およ
びキャリアに形成したマーカを観察することが可能とな
る。そこで、光素子高さ基準面３１４とキャリア保持面
３２１ａとを接触させると共に、光素子表面に形成した
マーカとキャリアに設けた光素子位置決めマーカとが重
なるようにして搭載し、高さ方向および横方向とも正確
な位置合わせを実現した。

【００６２】また、本実施例におけるキャリア電気配線
３２４はコプレーナ配線であり、しかも誘電率の小さな
石英ガラス表面に形成しているので、キャリア３０２に
Ｓi基板を用いた先の実施例と比較して、高周波特性に
極めて優れている。

【００６３】

【実施例８】図１９は、ハイブリッド光集積回路に図１
８に示した実施例７の光サブモジュールを搭載した第８
の実施例の構成を示す分解斜視図である。本実施例では
図１８に示した実施例７の光サブモジュールを光実装基
板３０４に搭載する点に特徴がある。光導波路部３４２
のオーバークラッド上に基板マーカ４１０を設けた点を
除けば、その他の構成は図１３に示した実施例４とほぼ
同様である。この基板に光サブモジュールを搭載する場
合、基板マーカ４１０とキャリア位置決めマーカ２３０
とを一致させると共に、キャリア高さ基準面と基板高さ
基準面とを接触させ、固定すればよい。

【００６４】なお、本実施例の石英ガラスキャリアにお
いては、実施例１および実施例２のＳiキャリアと比較
して熱伝導率が格段に悪い。しかし、図１９の光実装基
板３０４に搭載すれば、光実装基板自体がヒートシンク
の効果を果たすので、何らの問題も生じない。

【００６５】

【実施例９】図２０は、ハイブリッド光集積回路に第６
の実施例の光サブモジュールを搭載可能とした第９の実
施例の構成を示す斜視図である。本実施例では、キャリ
ア３０２を、表面および内部に多層のキャリア電気配線
３２４を有するセラミック基板を用いて構成している。
キャリア（セラミック基板）３０２は内部に上下両面の
電気配線を接続する垂直方向の配線３２４ｈが形成され
ており、光素子３０１の電極とはセラミック基板３０２
の下面で接続し、基板上面の配線３２４ｓを経て、再び
下面から取り出される。

【００６６】光素子保持面３２１ａおよびキャリア高さ
基準面３２１ｂはポリイミドで形成した。このような構
造は、セラミック基板上に厚いポリイミド膜を形成した
後、不要部分のポリイミドをエッチングにより除去する
ことにより実現できる。

【００６７】この光サブモジュールを用いれば、これま
で述べた他の実施例と同様のやり方で、光実装基板に搭
載して本発明のハイブリッド光集積回路を得ることがで
きる。また、本実施例では光サブモジュールのキャリア
としてセラミック基板を用いているので、良好な電気特
性が得られると共に、多層電気配線も容易に実現でき
る。しかも、電気配線をキャリアの上に設けることがで
きるので、光素子の事前検査が極めて容易となる。

【００６８】

【実施例１０】図２１は、ハイブリッド光集積回路に第
７の実施例の光サブモジュールを搭載可能とした第１０
の実施例の構成を示す斜視図である。本実施例のキャリ
ア３０２は、凹凸形状のＳi基板３０２ａと、その凹部
に形成した十分な厚さの誘 電体層としての石英ガラス
層３０２ｂと、この石英ガラス層３０２ｂ上に形成した
キャリア電気配線３２４と、Ｓi凸部に形成した光素子
保持面３２１ａとキャ リア高さ基準面３２１ｂとを基
本構成要素としている。

【００６９】このように熱伝導性に優れたＳi基板と十
分な厚さの石英ガラスの積層構造のキャリアを用いるこ
とにより、１）電気配線が誘電率の小さい石英ガラス層
の表面に形成されているため、実施例３と同様に上に良
好な高周波特性が得られる２）光素子保持面およびキャ
リア高さ基準面はＳiが露出し、光素子高さ基準面およ
び基板高さ基準面とそれぞれ接触しているため、高い放
熱効果が得られるという効果が得られる。

【００７０】なお、誘電体層としては石英ガラス以外に
も、ポリイミドなどの高分子誘電材料を適用してもよ
い。ポリイミドを用いる場合には電気配線を多層化し高
密度化することが容易であり、マトリクス光スイッチの
ように電気配線数の多い大規模光集積チップの実装に適
している。

【００７１】

【実施例１１】図２２は、ハイブリッド光集積回路に第
８の実施例の光サブモジュールを搭載可能とした第１１
の実施例の構成を示す分解斜視図であり、図２３は図２
２中のＤ−Ｄ'矢視に沿った断面図である。本実施例で
は、図２２に示すように、キ ャリア３０２は、凹凸形
状のＳi基板３０２ａと、電気配線を有する配線フィル
ム３０２ｂとから構成されている。Ｓi基板３０２ａの
凸領域には、光素子保持 面３２１ａとキャリア高さ基
準面３２１ｂとが形成されている。配線フィルム３０２
ｂには、ポリイミドフィルム表面に信号配線３２４ａが
設けられ、裏面には接地配線３２４ｂを設けたマイクロ
ストリップ配線が形成されている。フィルム３０２ｂに
は、窓３５２が設けられている。窓３５２の内側には信
号配線３２４ａと光素子活性層側電極との接続用のイン
ナーリード３２４ｃが延びている。また、フィルム３０
２ｂの外周部には信号配線３２４ａに接続したアウター
リード３２４ｄと、接地配線３２４ｂに接続したアウタ
ーリード３２４ｅとが設けられている。

【００７２】この光サブモジュールは以下の手順で製作
する。すなわち、はじめに光素子活性層側電極３１３ａ
と配線フィルムのインナーリード３２４ｃとを半田によ
り接続し、次いでＳi基板３０２ａの凸部を配線フィル
ムの窓３５２から挿入し、光素子３０１の光素子高さ基
準面３１４および光素子横方向基準面３１５をそれぞれ
光素子保持面３２１ａおよび光素子搭載横方向基準面３
２２ａとに接触させ固定する。

【００７３】

【実施例１２】図２４は、ハイブリッド光集積回路に実
施例１１の光サブモジュールを含めた第１２の実施例の
構成を示す斜視図である。本実施例は、実施例１１にお
ける光サブモジュールを含む点に特徴がある。本実施例
の光実装基板３０４の構造は、図１３〜図１５に示した
実施例４と同様である。光サブモジュールのキャリア高
さ基準面およびキャリア搭載横方向基準面と、光実装基
板の基板高さ基準面および基板横方向基準面とをそれぞ
れ接触固定した後、光サブモジュールのアウターリード
３２４ｄと光実装基板３０４のオーバークラッド上の基
板電気配線３４６とを電気的に接続した。

【００７４】上記のように本実施例における光サブモジ
ュールは、そのキャリアを位置決め機能を有する凹凸形
状Ｓi基板と、電気配線機能を有する配線フィルムとの
組み合わせで構成した。特に、配線フィルムと光素子電
極との電気接続をインナーリードを用いて行うようにし
た。この結果、光素子電極をキャリア表面に設けた電気
配線に直接接続する実施例４，実施例６および実施例８
までの構造と比較すると、光素子に与える応力を大きく
低減することができる。このことは、光素子の信頼性を
大きく向上させる。同時に、インナーリードを用いるこ
とにより、光素子電極と光サブモジュール電気配線との
電気接続工程の歩留りを大きく向上することができる。
さらに、配線フィルムには容易にマイクロストリップ線
路が形成できるので、配線密度を高めることができる。
この電気配線は、フィルム表面のみならず内部にも形成
し、多層電気配線とすることも容易である。これに加
え、光サブモジュールからはアウターリードが延びてい
るため、光実装基板に搭載する前の光素子の事前検査が
極めて容易に行えるという効果も生まれる。

【００７５】本実施例に係るハイブリッド光集積回路に
おいては、光サブモジュールを光実装基板に位置決めお
よび固定する工程と、光素子電極と基板電気配線とを電
気的に接続する工程とを分離できるので、製作歩留りを
大きく向上することができる。

【００７６】

【発明の効果】本発明の光サブモジュールによると、光
素子活性層側の電極取り出し用の電気配線機能と、光素
子および光実装基板との位置決め機能とを有するキャリ
アに、光素子をその活性層側が接触するように搭載して
形成したので、光サブモジュール内部に高周波特性に優
れた電気配線が形成できるようになり、光素子の高速特
性が著しく向上するという効果がある。また、光実装基
板への搭載に先立つ光素子特性の事前検査が極めて容易
に実施できるようになった。さらに、キャリアの位置決
め基準面から光素子活性層までの距離を、光素子寸法に
関係なく規格化した値に設定できるという効果が生まれ
た。

【００７７】

【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】２種類の光導波路構造を示し、（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に搭載可
能な光サブモジュールの第１の実施例の構成のうち光素
子およびキャリアの構造を示す斜視図である。

【図１０】図９中のＡ−Ａ'矢視に沿った断面図であ
る。

【図１１】本発明によるハイブリッド光集積回路に搭載
可能な光サブモジュールの第２の実施例を示す断面図で
ある。

【図１２】本発明によるハイブリッド光集積回路に搭載
可能な光サブモジュールの第３の実施例を示す断面図で
ある。

【図１３】図９および図１０に示した光サブモジュール
を用いた本発明によるハイブリッド光集積回路の第４の
実施例の構成を示す分解斜視図である。

【図１４】図１３中のＢ−Ｂ'矢視に沿った断面図であ
る。

【図１５】図１３中のＣ−Ｃ'矢視に沿った断面図であ
る。

【図１６】本発明によるハイブリッド光集積回路の第５
の実施例に搭載可能な光サブモジュールの第４の実施例
の構成を示す斜視図である。

【図１７】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断面図である。

【図１８】本発明によるハイブリッド光集積回路の第７
の実施例に搭載可能な光サブモジュールの第５の実施例
の構成を示す分解斜視図である。

【図１９】本発明によるハイブリッド光集積回路の第８
の実施例の構成を示す分解斜視図である。

【図２０】本発明によるハイブリッド光集積回路の第９
の実施例に搭載可能な光サブモジュールの第６の実施例
の構成を示す斜視図である。

【図２１】本発明によるハイブリッド光集積回路の第１
０の実施例に搭載可能な光サブモジュールの第７の実施
例の構成を示す斜視図である。

【図２２】本発明によるハイブリッド光集積回路の第１
１の実施例に搭載可能な光サブモジュールの第８の実施
例の構成を示す分解斜視図である。

【図２３】図２２中のＤ−Ｄ'矢視に沿った断面図であ
る。

【図２４】本発明によるハイブリッド光集積回路の第１
２の実施例の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

２１０ 光素子位置決めマーカ ２３０ キャリア位置決めマーカ ３０１ 光素子（半導体アンプ） ３０２ キャリア（セラミック基板） ３０２ａ Ｓi基板 ３０２ｂ 誘電体層（石英ガラス層，配線フィルム） ３０４ 光実装基板 ３１１ 活性層（光素子活性層） ３１２ 光素子表面 ３１３ａ 活性層側電極（光素子活性層側電極） ３１３ｂ アース側電極 ３１４ 光素子高さ基準面 ３１５ 光素子横方向基準面 ３２１ キャリア凸部（キャリア保持面） ３２１ａ 光素子保持面 ３２１ｂ キャリア高さ基準面 ３２２ａ 光素子搭載横方向基準面 ３２２ｂ キャリア搭載横方向基準面 ３２３ 周辺領域 ３２４ キャリア電気配線 ３２４ａ 信号配線 ３２４ｂ 接地配線 ３２４ｃ インナーリード ３２４ｄ，３２４ｅ アウターリード ３２４ｈ，３２４ｓ 配線 ３２５ 領域 ３２６，３２７ 半田パターン（半田） ３４１ 段差付きＳi基板 ３４２ 光導波路部 ３４２ａ アンダークラッド ３４２ｂ コア ３４２ｃ オーバークラッド ３４３ Ｓi凸部（基板高さ基準面） ３４５ リード ３４６ 基板電気配線 ３４６ａ 中心導体 ３４６ｂ 接地導体 ３４７ 接地用電気配線層 ３４８ 光素子搭載部 ３４８ｂ 素子搭載溝側壁 ３４９ 光素子挿入溝 ３４９ａ 配線取り出し部 ３５１ 導電性接着剤 ３５２ 窓 ４１０ 基板マーカ

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 (56)参考文献 特開 平４−161908（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−205889（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−13909（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−242362（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−306402（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−204208（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−18109（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−310617（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−188328（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−201930（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−273630（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−242069（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−131104（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−37087（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−50387（ＪＰ，Ａ) Ｅ．Ｅ．Ｌ．Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ ｅ ｔ．ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌ ｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ ｙ，Ｖｏｌ．10 Ｎｏ．３（Ｍａｒｃｈ 1992），ｐｐ．336−340 Ｙ．Ｙａｍａｄａ ｅｔ．ａｌ．，Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖ ｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．10 Ｎｏ．３（Ｍａｒｃｈ 1992），ｐ ｐ．383−390 Ｙ．Ｙａｍａｄａ ｅｔ．ａｌ．，Ｅ ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ ｓ，Ｖｏｌ．29 Ｎｏ．５（４ｔｈ Ｍ ａｒｃｈ 1993），ｐ．444−446 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/122 - 6/14 G02B 6/42 - 6/43 H01S 5/00 - 5/50 H01S 31/00 - 31/12 H01S 33/00 H01S 21/52

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 活性層に対して所定の距離にある光素子
   高さ基準面を有する光機能素子と、 この光機能素子を保持するための光素子保持面，この光
   素子保持面から所定の距離にあるキャリア高さ基準面お
   よびキャリア電気配線を有するキャリアとから構成され
   た光サブモジュールであって、前記キャリアは、凹部および凸部を有する基板と、この
   基板の前記凹部に重ねて形成された誘電体層とで構成さ
   れ、 前記光素子保持面およびキャリア高さ基準面が前記基板
   の凸部で構成され 、 前記光機能素子の前記光素子高さ基準面と前記キャリア
   の前記光素子保持面とが接触固定され、 前記光機能素子の活性層側電極部と前記キャリア電気配
   線とが電気的に接続されていることを特徴とする光サブ
   モジュール。
2. 【請求項２】 前記誘電体層は、その表面および内部に
   電気配線層が形成されたフィルム状材料であることを特
   徴とする請求項１に記載の光サブモジュール。
3. 【請求項３】 前記キャリア電気配線は、前記キャリア
   の表面および内部に形成されていることを特徴とする請
   求項１に記載の光サブモジュール。