JP5323646B2 - ハイブリッド集積光モジュール - Google Patents

Description

本発明は、半導体導波路を有し第１の基板上に搭載された第１の導波路デバイスと、第２の導波路デバイスとを一体化したハイブリッド集積光モジュールに関する。

光通信ネットワークの普及や進展に伴って、光通信システムで使用される光部品の高機能化が進んでいる。光部品には、信号光を発光または受光するような光能動部品、信号光を分岐／結合、または分波／合波したりする光受動部品、信号光の伝送線路となる光ファイバなどがあり、それぞれの光部品に対して高機能化や低コスト化のニーズが高まっている。このうち、光能動部品に関しては、半導体レーザ素子や半導体受光素子といった半導体材料をベースとしたデバイスが中心であり、その技術開発が進められている。半導体材料をベースとした光能動部品は光増幅機能や高速動作、コンパクトな集積が可能であるという特徴を有している。一方、光受動部品に関しては、シリカ系材料をベースとした光導波路を有する平面光波回路（ＰＬＣ；Planar Lightwave Circuit）が製品化されている。ＰＬＣは低損失で偏波依存性のない光導波路を実現できるという長所を有している。

光能動部品、光受動部品とも、これまではそれぞれの部品単体の性能向上がなされていたが、光通信システムの進展によるニーズの高度化により、両者の長所を合わせ持つような高機能光部品への要求が高まっている。そこで、半導体レーザ素子等の光能動部品とＰＬＣとを組み合わせたハイブリッド集積光モジュールの開発が行われている。

例えば特許文献１には、基板と、基板上に配置されて互いに光学的に結合される光導波路および光素子と、光素子を支持し、荷重によって高さが変形する可変形台座とを備えた光モジュールが開示されている。可変形台座の高さ方向に荷重を負荷してその高さを調整することによって、可変形台座に支持される光素子の高さが調整される。

また、異種の導波路を光結合したハイブリッド集積光モジュールとして、例えば、特許文献２に開示された技術がある。この従来技術は、光導波路基板と光素子を光部品搭載基板上に搭載するハイブリッド集積光モジュールにおいて、光素子の光導波路端部を光導波路基板の光導波路端部に対して斜めに傾けて光結合させる。

特開２００７−１３３０１１号公報 特開２０００−２７５４８０号公報

ところで、上記特許文献１の従来技術では、光素子の高さ方向（Ｙ方向）の位置ずれは調整可能であるが、光素子の水平方向（Ｘ方向）の位置合わせと、光導波路と発光素子とを一定の距離（Ｚ方向距離）に調整するＺ方向の距離調整については何ら記載されていない。また、上記特許文献２の従来技術では、光部品搭載基板、光素子および光導波路基板にそれぞれ設けたアライメントマークを使ってパッシブアライメントを行っている。しかし、導波路間での接続ロスを抑制し、結合効率の高い光モジュールを実現するには、導波路間が一定の最適な距離（ギャップ）になるようにするギャップ調整を含めたアクティブ調芯を行うのが好ましい。

また、半導体デバイスとシリカ系ＰＬＣデバイスの各導波路を光結合するために、両デバイスの端面同士を付き合わせた点をゼロとして、導波路間のギャップ調整を行う場合、半導体デバイスが光学ベンチに搭載された構成では、半導体デバイス端面の形状が導波路間のギャップ調整に影響するという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、導波路間での接続ロスを抑制し、結合効率の高いハイブリッド集積光モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の本発明に係るハイブリッド集積光モジュールは、半導体導波路を有し第１の基板上に搭載された第１の導波路デバイスと、第２の導波路デバイスとを一体化したハイブリッド集積光モジュールであって、前記第１の導波路デバイスの端面が前記第１の基板の端面から突き出ており、前記半導体導波路と前記第２の導波路デバイスの導波路とが、一定の距離だけ離れて光学的に結合されていることを特徴とする。
この構成によれば、半導体導波路を有する第１の導波路デバイスの端面が第１の基板の端面から突き出ているので、第１の導波路デバイスの端面と第２の導波路デバイスの端面を接触させた位置を基準位置（ゼロ点）として、半導体導波路と第２の導波路デバイスの導波路とのギャップ調整（Ｚ方向距離の調整）が可能になる。これにより、導波路間での接続ロスを抑制し、結合効率の高いハイブリッド集積光モジュールを実現することができる。

請求項２に記載の本発明に係るハイブリッド集積光モジュールは、前記第２の導波路デバイスが、前記導波路としての光導波路が第２の基板上に形成された平面光波回路であることを特徴とする。

請求項３に記載の本発明に係るハイブリッド集積光モジュールは、前記第１の導波路デバイスと前記第２の導波路デバイス、および前記第１の基板と前記第２の基板が、ＵＶ硬化接着剤でそれぞれ接着されていることを特徴とする。

請求項４に記載の本発明に係るハイブリッド集積光モジュールは、前記第１の導波路デバイスが端面発光型の半導体レーザ素子或いは導波路型の受光素子であり、前記半導体レーザ素子の光出射端面或いは前記受光素子の光入射端面が、前記第１の基板の端面から突き出ていることを特徴とする。

請求項５に記載の本発明に係るハイブリッド集積光モジュールは、前記第１の導波路デバイスが半導体光増幅器、電界吸収型変調器などの半導体導波路素子であり、前記半導体導波路素子の両端面が前記第１の基板の両端面からそれぞれ突き出ていることを特徴とする。

請求項６に記載の本発明に係るハイブリッド集積光モジュールは、前記第１の導波路デバイスが、前記第１の基板上に搭載された半導体基板と、該半導体基板上に形成され入力側から出力側へ光が通過可能な半導体導波路を有する要素とを備え、前記要素の入力側および出力側に、入力側の半導体導波路および出力側の半導体導波路がそれぞれ接続されており、前記入力側および出力側の半導体導波路の一方は、前記半導体基板上で折り返された折り返し部を有し、前記入力側の半導体導波路の端部および前記出力側の半導体導波路の端部は、前記半導体基板の同じ一端面上に存在し、前記半導体基板の前記一端面が前記第１の基板の端面から突き出ていることを特徴とする。

請求項７に記載の本発明に係るハイブリッド集積光モジュールは、前記要素が半導体光増幅器、電界吸収型変調器などの半導体導波路素子であることを特徴とする。

請求項８に記載の本発明に係るハイブリッド集積光モジュールは、複数の前記要素がアレイ状に配置されていることを特徴とする。

請求項９に記載の本発明に係るハイブリッド集積光モジュールは、前記第２の基板の、前記第１の基板と対向する側の端面とは反対側の端面に、前記第２の基板上の前記光導波路と結合した入出力用光ファイバが結合されていることを特徴とする。

請求項１０に記載の本発明に係るハイブリッド集積光モジュールの製造方法は、半導体導波路を有し第１の基板上に搭載された第１の導波路デバイスと、第２の導波路デバイスとを一体化したハイブリッド集積光モジュールの製造方法であって、前記第１の導波路デバイスの端面が前記第１の基板の端面から前記第２の導波路デバイス側へ突き出るように、前記第１の導波路デバイスを前記第１の基板上に実装する工程と、前記第１の導波路デバイスと前記第２の導波路デバイスをＺ方向に相対移動させて、前記第１の導波路デバイスの前記第２の導波路デバイス側へ突き出た端面を前記第２の導波路デバイスの端面に接触させる工程と、前記第１および第２の導波路デバイスの各端面を接触させた位置を基準位置とし、該基準位置から前記第１の導波路デバイスと前記第２の導波路デバイスをＺ方向に相対移動させて、前記半導体導波路と前記第２の導波路デバイスの導波路との間の距離の調整を行う工程と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、半導体導波路を有し第１の基板上に搭載された第１の導波路デバイスと、第２の導波路デバイスとを一体化する際に、半導体導波路と第２の導波路デバイスの導波路との間のギャップ調整を精度良く行うことができる。従って、導波路間での接続ロスを抑制し、結合効率の高いハイブリッド集積光モジュールを実現することができる。

本発明の第１実施形態に係るハイブリッド集積光モジュールの基本構成を示す概念図である。 同ハイブリッド集積光モジュールを示す平面図である。 (ａ)〜（ｆ）は図１に示すハイブリッド集積光モジュールの製造方法を示す説明図である。 従来のハイブリッド集積光モジュールにおいて、半導体導波路からの出射光或いは半導体導波路への入射光が、Ｓｉベンチによりケラレる様子を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係るハイブリッド集積光モジュールの基本構成を示す概念図である。 同ハイブリッド集積光モジュールを示す平面図である。 本発明の第３実施形態に係るハイブリッド集積光モジュールの基本構成を示す平面図である。 図７のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態に係るハイブリッド集積光モジュールの基本構成を示す平面図である。 (ａ)〜（ｇ）はファイバアレイ付きのハイブリッド集積光モジュールの製造方法を示す説明図である。

以下、本発明を具体化した実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係るハイブリッド集積光モジュール１を図１および図２に基づいて説明する。図１は、ハイブリッド集積光モジュール１の基本構成を示す概念図であり、その縦断面を示している。
ハイブリッド集積光モジュール１は、第１の導波路デバイスとしての半導体導波路デバイス２と、第２の導波路デバイスとしての平面光波回路チップ３とを一体化した光モジュールである。

半導体導波路デバイス（以下、「半導体チップ」という。）２は、半導体導波路４を有し、第１の基板としてのシリコン（Ｓｉ）ベンチ５上に搭載されている。
平面光波回路チップ（以下、「ＰＬＣチップ」という。）３は、第２の基板としてのＰＬＣ基板６と、ＰＬＣ基板６上に形成された光導波路７とを備えている。ＰＬＣ基板６は、シリコンや石英などの基板である。ＰＬＣチップ３は、ＰＬＣ基板６上に光ファイバ製造技術と半導体微細加工技術などを組み合わせて、石英系（シリカ系）やポリマー系の材料で形成された光導波路７を有する。
なお、ＰＬＣチップ３に代えて、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）基板に形成したＬＮ導波路からなる光導波路を有するＬＮチップを第２の導波路デバイスとして用いてもよい。

このＰＬＣチップ３、例えば石英系の光導波路７を有するＰＬＣチップは、具体的には、次のようにして作製される。
火炎堆積（ＦＨＤ：Flame Hydrolysis Deposition）法により、シリコン基板などのＰＬＣ基板６上に、下部クラッド層およびコア層となるシリカ材料（ＳｉＯ₂系のガラス粒子）を堆積し、加熱してガラス膜を溶融透明化する。この後、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチングで所望の光導波路を形成し、再びＦＨＤ法により上部クラッドを形成する。図１では、ＰＬＣ基板６上に、下部クラッド層３１および上部クラッド層３２からなるクラッド層が形成され、このクラッド層内にコア層として光導波路７が形成されている。

また、ハイブリッド集積光モジュール１では、半導体チップ２の端面２ａが、Ｓｉベンチ５の端面５ａから、ＰＬＣチップ３側へ突き出し量Ｘだけ突き出ている。突き出し量Ｘは、例えば、５〜１０μｍ程度である。そして、半導体導波路４と光導波路７とが、一定の距離（ギャップ）Ｄだけ離れて光学的に結合（光接続）されている。これにより、導波路間（半導体導波路４と光導波路７の間）での接続ロスが抑制され、結合効率の高いハイブリッド集積光モジュール１が得られるようになっている。
また、ハイブリッド集積光モジュール１では、半導体チップ２とＰＬＣチップ３、およびＳｉベンチ５とＰＬＣ基板６が、ＵＶ硬化接着剤８でそれぞれ接着されている。

本実施形態では、半導体チップ２として、例えば、劈開した端面から光が出射する構造を有する端面発光型の半導体レーザ素子を用いている。この半導体レーザ素子の光出射端面（端面２ａ）がＳｉベンチ５の端面５ａから突き出ている。
なお、半導体チップ２として、端面から光が入射する導波路型の半導体受光素子を用いてもよい。この場合、その半導体受光素子の光入射端面（端面２ａ）がＳｉベンチ５の端面５ａから突き出るようにする。

（光集積回路モジュール１の製造方法）
上記光集積回路モジュール１の製造方法を、図３に基づいて説明する。
（工程１）まず、半導体チップ２およびＳｉベンチ５を用意する（図３（ａ）参照）。

（工程２）次に、半導体チップ２の端面２ａがＳｉベンチ５の端面５ａからＰＬＣチップ３側へ突き出し量Ｘ（図１参照）だけ突き出るように、半導体チップ２をＳｉベンチ５上に接合するダイボンディング（ハンダ実装）を行う（図３（ａ），（ｂ）参照）。
（工程３）次に、Ｓｉベンチ５およびＰＬＣチップ３のＰＬＣ基板６をそれぞれ別のステージ（図示省略）上に固定し、Ｓｉベンチ５とＰＬＣ基板６をＺ方向に相対移動させて、半導体チップ２の端面（ＰＬＣチップ３側へ突き出た端面）２ａをＰＬＣチップ３の端面３ａに接触させる（図３（ｃ）参照）。
この接触位置を基準位置（ゼロ点）とする。

（工程４）次に、Ｓｉベンチ５とＰＬＣ基板６をＺ方向に相対移動させ、半導体チップ２を基準位置から戻す方向へ距離Ｄだけ移動させて、ギャップ調整を行う（図３（ｄ）参照）。
（工程５）次に、半導体チップ２の半導体導波路４（図１参照）とＰＬＣチップ３の光導波路７（図１参照）のアクティブ調芯を行う（図３（ｅ）参照）。
このアクティブ調芯では、半導体導波路４と光導波路７に実際に光を通し、その透過光を受光素子（図示省略）で受光し、透過光の強度が最大になるように、半導体導波路４と光導波路７のＸ方向（水平方向）およびＹ方向（垂直方向）の位置合わせを行う。

（工程６）次に、半導体チップ２とＰＬＣチップ３との間、およびＳｉベンチ５とＰＬＣ基板６の間にＵＶ硬化接着剤８を充填し、ＵＶ硬化接着剤８にＵＶ光（紫外線）を照射してＵＶ硬化接着剤８を硬化させる（図３（ｆ）参照）。
これにより、半導体チップ２とＰＬＣチップ３、およびＳｉベンチ５とＰＬＣ基板６が、それぞれＵＶ硬化接着剤８により接着される。こうして、半導体導波路４と光導波路７とが一定の距離（ギャップ）Ｄだけ離れて結合された状態で、半導体チップ２とＰＬＣチップ３とが一体化したハイブリッド集積光モジュール１が作製される。

第１実施形態に係る光集積回路モジュール１によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）半導体導波路４を有する半導体チップ２の端面２ａがＳｉベンチ５の端面５ａから突き出ているので、半導体チップ２の端面２ａをＰＬＣチップ３の端面３ａに接触させた位置を基準位置（ゼロ点）として、半導体導波路４と光導波路７とのギャップ調整（距離Ｄの調整）が可能になる。これにより、半導体チップ２とＰＬＣチップ３とを一体化する際に、そのギャップ調整を、Ｓｉベンチ５の端面５ａの形状に影響されずに、予め設定された距離Ｄに精度良く行うことができる。従って、導波路間での接続ロスを抑制し、結合効率の高いハイブリッド集積光モジュール１を実現することができる。

（２）半導体チップ２の端面２ａをＰＬＣチップ３の端面３ａに接触させた位置を基準位置（ゼロ点）としてギャップ調整が可能になるので、端面２ａの突き出し量Ｘ（図１,２参照）にバラツキが生じても、半導体導波路４と光導波路７とを一定の距離Ｄで結合することができる。これにより、導波路間での接続ロスのバラツキを低減することができる。
（３）半導体チップ２の端面２ａがＳｉベンチ５の端面５ａから突き出ているので、半導体導波路４からの出射光或いは半導体導波路４への入射光の、Ｓｉベンチ５によるケラレが発生しない。図４は、半導体チップ２の端面２ａがＳｉベンチ５の端面５ａから引っ込んでいる従来のハイブリッド集積光モジュールにおいて、半導体導波路４からの出射光或いは半導体導波路４への入射光１０が、Ｓｉベンチ５のＰＬＣチップ３側の上部によりケラレる様子を示している。このようなＳｉベンチ５によるケラレの発生を、本実施形態により防止することができる。
なお、ここで「ケラレ」とは、半導体導波路４からの出射光或いは半導体導波路４への入射光１０が、Ｓｉベンチ５のＰＬＣチップ３側の上部に遮断されて余分な結合損失を生じる状態を指す。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るハイブリッド集積光モジュール１Ａを図５および図６に基づいて説明する。図５は、ハイブリッド集積光モジュール１Ａの基本構成を示す概念図であり、その縦断面を示している。
ハイブリッド集積光モジュール１Ａは、第１の導波路デバイスとしての半導体チップ２Ａと、第２の導波路デバイスとしての２つのＰＬＣチップ３Ａ、３Ｂとを一体化した光モジュールである。

半導体チップ２Ａは、入力側から出力側へ光が通過可能な半導体導波路４Ａを有し、Ｓｉベンチ５Ａ上に搭載されている。半導体導波路４Ａは、半導体チップ２Ａの一方の端面２ｂからその他方の端面２ｃまで延びている。
ＰＬＣチップ３Ａは、第２の基板としてのＰＬＣ基板６Ａと、ＰＬＣ基板６Ａ上に形成された光導波路７Ａと、を備えている。また、ＰＬＣチップ３Ｂは、第２の基板としてのＰＬＣ基板６Ｂと、ＰＬＣ基板６Ｂ上に形成された光導波路７Ｂとを備えている。

また、ハイブリッド集積光モジュール１Ａでは、半導体チップ２Ａの両端面が、Ｓｉベンチ５Ａの両端面からそれぞれ突き出し量Ｘだけ突き出ている（図５、図６参照）。つまり、半導体チップ２Ａの一方の端面２ｂが、Ｓｉベンチ５Ａの一方の端面５ｂからＰＬＣチップ３Ａ側へ突き出し量Ｘだけ突き出ている。また、半導体チップ２Ａの他方の端面２ｃが、Ｓｉベンチ５Ａの他方の端面５ｃからＰＬＣチップ３Ｂ側へ突き出し量Ｘだけ突き出ている。

なお、本実施形態では、入力側から出力側へ光が通過可能な半導体導波路４Ａを有する半導体チップ２Ａとして、半導体光増幅器、電界吸収型変調器などの半導体導波路素子が使用される。
半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）は、光信号を電気信号に変換せず、直接光の状態で増幅する増幅器である。また、電界吸収（Electro-Absorption：ＥＡ）型変調器は、半導体の電界吸収効果を用いたデバイスで、導波路の一端より入射した連続光を、電気信号のオン／オフに対応して透過／吸収させることにより、光のオン／オフ信号に変換することができる。

また、半導体導波路４Ａと光導波路７Ａ、および半導体導波路４Ａと光導波路７Ｂとが、それぞれ一定の距離Ｄだけ離れて結合されている。
そして、ハイブリッド集積光モジュール１Ａでは、半導体チップ２ＡとＰＬＣチップ３Ａ、およびＳｉベンチ５ＡとＰＬＣ基板６Ａが、ＵＶ硬化接着剤８Ａでそれぞれ接着されている。また、半導体チップ２ＡとＰＬＣチップ３Ｂ、およびＳｉベンチ５ＡとＰＬＣ基板６Ｂが、ＵＶ硬化接着剤８Ｂでそれぞれ接着されている。

ハイブリッド集積光モジュール１Ａを作製する際には、上記（工程４）と同様に、半導体導波路４Ａと光導波路７Ａ、および半導体導波路４Ａと光導波路７Ｂとが、それぞれ一定の距離Ｄだけ離れるようにギャップ調整を行う。
この調整後、上記（工程５）と同様に、半導体チップ２Ａの半導体導波路４ＡとＰＬＣチップ３Ａの光導波路７Ａのアクティブ調芯、および半導体導波路４ＡとＰＬＣチップ３Ｂの光導波路７Ｂのアクティブ調芯をそれぞれ行う。

この調芯後、上記（工程６）と同様に、半導体チップ２ＡとＰＬＣチップ３Ａとの間、およびＳｉベンチ５ＡとＰＬＣ基板６Ａの間にＵＶ硬化接着剤８Ａを充填し、ＵＶ硬化接着剤８ＡにＵＶ光を照射してＵＶ硬化接着剤８Ａを硬化させる。また、半導体チップ２ＡとＰＬＣチップ３Ｂとの間、およびＳｉベンチ５ＡとＰＬＣ基板６Ｂの間にＵＶ硬化接着剤８Ｂを充填し、ＵＶ硬化接着剤８ＢにＵＶ光を照射してＵＶ硬化接着剤８Ｂを硬化させる。
こうして、半導体導波路４Ａと光導波路７Ａ、および半導体導波路４Ａと光導波路７Ｂがそれぞれ一定の距離Ｄだけ離れて結合されたハイブリッド集積光モジュール１Ａが作製される。

第２実施形態に係る光集積回路モジュール１によれば、半導体チップ２Ａの一方の端面２ｂがＳｉベンチ５Ａの一方の端面５ｂから突き出ているので、端面２ｂをＰＬＣチップ３Ａの端面３ｂに接触させた位置を基準位置（ゼロ点）として、半導体導波路４Ａと光導波路７Ａとのギャップ調整（距離Ｄの調整）が可能になる。これと共に、半導体チップ２Ａの他方の端面２ｃがＳｉベンチ５Ａの他方の端面５ｃから突き出ているので、端面２ｃをＰＬＣチップ３Ｂの端面３ｃに接触させた位置を基準位置（ゼロ点）として、半導体導波路４Ａと光導波路７Ｂとのギャップ調整が可能になる。これにより、半導体チップ２Ａの両側にＰＬＣチップ３Ａ，３Ｂを配置した構成において、導波路間での接続ロスを抑制し、結合効率の高いハイブリッド集積光モジュール１Ａを実現することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るハイブリッド集積光モジュール１Ｂを図７乃至図９に基づいて説明する。
図７はハイブリッド集積光モジュール１Ｂの基本構成を示す平面図である。図８は図７のＡ−Ａ線に沿った断面図で、ＰＬＣチップ３Ｃの断面構造を示している。また、図９は図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図で、半導体チップ２Ｂの半導体導波路部分の断面構造を示している。

ハイブリッド集積光モジュール１Ｂは、図７に示すように、第１の基板としてのシリコン基板５Ｂ上に固定された第１の導波路デバイスとしての半導体チップ２Ｂと、第２の導波路デバイスとしてのＰＬＣチップ３Ｃとを一体化した光モジュールである。

ＰＬＣチップ３Ｃは、図７および図８に示すように、ＰＬＣ基板６Ｃと、ＰＬＣ基板６Ｃ上に形成された２本の直線状の光導波路１５、１６とを備えている。光導波路１５，１６はそれぞれ、ＰＬＣチップ３Ｃの一方の端面３ｄからその他方の端面３ｅまで延びている。

半導体チップ２Ｂは、図７および図９に示すように、シリコン基板５Ｂ上に固定された半導体基板１７と、半導体基板１７上に形成され入力側から出力側へ光が通過可能な要素としての半導体光増幅器（ＳＯＡ）１８とを備えている。半導体基板１７上にはさらに、ＳＯＡ１８の入力側および出力側にそれぞれ接続された入力側の半導体導波路１９および出力側の半導体導波路２０が形成されている。出力側の半導体導波路２０は、半導体基板１７上で折り返された折り返し部２０ａを有している。

このように、ＳＯＡ１８の入力側および出力側にそれぞれ接続された２つの半導体導波路の一方（出力側の半導体導波路２０）に折り返し部２０ａを設けたことにより、両半導体導波路１９，２０の各端部は、半導体基板１７の同じ一端面（半導体チップ２Ｂの端面２ｄ）上に存在することになる。これにより、例えば、光導波路１５から出射された光は、入力側の半導体導波路１９に入射し、半導体導波路１９およびＳＯＡ１８の活性層２８を通って出力側の半導体導波路２０に入射し、半導体導波路２０を伝播しながら折り返し部２０ａで折り返され、半導体導波路２０から光導波路１６へ出射される。
なお、半導体チップ２Ｂは、半導体基板１７上に形成された要素として、ＳＯＡ１８に代えて電界吸収（ＥＡ）型変調器を用いてもよい。

また、ハイブリッド集積光モジュール１Ｂでは、図７に示すように、半導体チップ２Ｂの端面２ｄが、Ｓｉ基板５Ｂの端面５ｄからＰＬＣチップ３Ｃ側へ突き出し量Ｘだけ突き出ている。

ＰＬＣチップ３Ｃは、図８に示すように、ＰＬＣ基板６Ｃと、ＰＬＣ基板６Ｃ上に形成された下部クラッド層２１と、下部クラッド層２１上に形成されたコア層２２，２３と、下部クラッド層２１およびコア層２２，２３上に形成された上部クラッド層２４とから構成されている。このようなＰＬＣチップ３Ｃにおいて、光導波路１５，１６が、光の通り道である高屈折率のコア層２２、２３と、その周辺部である低屈折率のクラッド層２１、２４とにより構成されている。本実施形態では一例として、光導波路１５，１６は、下部クラッド層２１，コア層２２、２３および上部クラッド層２４が石英系材料で形成された石英ガラス導波路である。このような光導波路１５，１６では、通常、コア層２２、２３と、クラッド層２１、２４との屈折率差は大きくても数％程度である。

このようなＰＬＣチップ３Ｃは、次のような方法で作られる。火炎堆積(ＦＨＤ)法により、ＰＬＣ基板６Ｃ上に下部クラッド層２１およびコア層２２，２３となるガラス粒子を堆積し、加熱してガラス膜を溶融透明化する。この後、フォトリソグラフィと反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching：ＲＩＥ)で所望の光導波路パターンを形成し、再びＦＨＤ法により上部クラッド２４を形成する。

半導体基板１７上に形成された入力側の半導体導波路１９および出力側の半導体導波路２０はそれぞれ、図７および図９に示すように、半導体基板１７上に形成された下部クラッド層２５と、下部クラッド層２５上に形成されたコア層２６と、コア層２６上に形成された上部クラッド層２７とを備えている。

半導体基板１７、下部クラッド層２５および上部クラッド層２７はそれぞれ化合物半導体ＩｎＰにより形成されており、コア層２６は化合物半導体ＩｎＧａＡｓＰにより形成されている。また、半導体導波路１９は、ハイメサ構造に形成された直線状の導波路である。半導体導波路２０は、ハイメサ構造に形成され、折り返し部２０ａを有する。
なお、本実施形態では、入力側の半導体導波路１９、ＳＯＡ１８、出力側の半導体導波路２０をそれぞれハイメサ構造の導波路としたが、折り返し部２０ａのみをハイメサ構造の導波路とし、折り返し部２０ａに接続された出力側の半導体導波路２０、入力側の半導体導波路１９及びＳＯＡ１８を埋め込み構造の導波路としてもよい。この場合、ＳＯＡ１８の利得特性が向上する。
半導体導波路２０は、埋め込み構造やローメサ構造でも良いが、本例のようにハイメサ構造とするのが好ましい。この場合、コア層２６と、その両側の空気との屈折率差が、例えば４０％以上と非常に大きくなっているため、折り返し部２０ａの曲率半径を小さくしても低損失を保つことができる。

半導体基板１７上に形成されたＳＯＡ１８は、図７および図９に示すように、半導体導波路１９，２０のコア層２６が光増幅媒質で形成された活性層２８になっている点で半導体導波路１９，２０とは異なる。
このような構成により、例えば、光導波路１５から出射された光は、入力側の半導体導波路１９に入射し、そのコア層２６内を伝播し、ＳＯＡ１８の活性層２８を通り、半導体導波路２０のコア層２６を伝播しながらその折り返し部２０ａで折り返され、半導体導波路２０から光導波路１６へ出射される。
そして、半導体導波路１９のコア層２６内を伝播した光が、ＳＯＡ１８の活性層２８および半導体導波路２０のコア層２６を通るように、ＳＯＡ１８と半導体導波路１９，２０とが半導体基板１７上に形成されている。ＳＯＡ１８は、例えば、注入電流をオン／オフさせることで、入射光をオン／オフさせる半導体ゲートとして用いられる。

第３実施形態に係る光集積回路モジュール１Ｂによれば、以下の作用効果を奏する。
（１）半導体チップ２Ｂの端面２ｄがシリコン基板５Ｂの端面５ｄから突き出ているので、端面２ｄをＰＬＣチップ３Ｃの端面３ｅに接触させた位置を基準位置（ゼロ点）として、半導体導波路１９，２０と光導波路１５，１６とのギャップ調整が可能になる。これにより、そのギャップ調整を、シリコン基板５Ｂの端面５ｄの形状に影響されずに、精度良く行うことができる。従って、導波路間での接続ロスを抑制し、結合効率の高いハイブリッド集積光モジュール１Ｂを実現することができる。

（２）半導体基板１７上に形成されたＳＯＡ１８の入力側および出力側に、入力側の半導体導波路１９および出力側の半導体導波路２０がそれぞれ接続されており、かつ、出力側の半導体導波路２０に折り返し部２０ａが設けられている。このような構成により、入力側の半導体導波路１９および出力側の半導体導波路２０の各端部は、半導体基板１７の同じ一端面（半導体チップ２Ｂの端面２ｄ）上に存在する。そのため、ＳＯＡ１８の入力側および出力側にそれぞれ接続された半導体導波路１９および半導体導波路２０を、ＰＬＣチップ３Ｃの光導波路１５および光導波路１６と一箇所で調芯して結合することができる。これにより、調芯作業およびＵＶ硬化接着剤８による接合作業が軽減され、ハイブリッド集積光モジュール１Ｂの作製が容易になると共に、コンパクトなハイブリッド集積光モジュールを実現することができる。

（３）通常の石英系の平面光波回路の光導波路では、この光導波路を構成するコアとクラッドの屈折率差は大きくても数％程度であるが、半導体導波路では、この導波路を構成するコアとクラッドの屈折率差が１０％を超えるような大きな値にすることができる。導波路を折り返した際の折り返し部（曲がり導波路）の曲率半径は、コアとクラッドの屈折率差が大きいほど小さくすることができる。
本実施形態では、半導体基板１７上に形成された出力側の半導体導波路２０に折返し部２０ａを設けているので、折り返し部２０ａの曲率半径を小さくしても低損失を保つことができる。従って、石英系の平面光波回路上で折り返し導波路を作製する場合に比べて、素子（半導体チップ２Ｂの）のサイズを大幅に小さくすることができ、よりコンパクトなハイブリッド集積光モジュールを実現することができる。

（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態に係るハイブリッド集積光モジュール１Ｃの概略構成を示している。
このハイブリッド集積光モジュール１Ｃは、図７に示す上記ハイブリッド集積光モジュール１Ｂにおいて、半導体基板１７上に、要素として複数の半導体光増幅器（ＳＯＡ）をアレイ状に配置している。本実施形態では、一例として４つの半導体光増幅器（ＳＯＡ）１８_１〜１８_４が半導体基板１７上にアレイ状に配置されている。なお、ハイブリッド集積光モジュール１Ｃは、Ｎ個のＳＯＡ１８_１〜１８_Ｎが半導体基板１７上にアレイ状に配置された構成であってもよい。

また、半導体基板１７上には、各ＳＯＡ１８_１〜１８_４の入力側にそれぞれ接続された入力側の半導体導波路１９_１〜１９_４と、各ＳＯＡ１８_１〜１８_４の出力側にそれぞれ接続された出力側の半導体導波路２０_１〜２０_４とが形成されている。各出力側の半導体導波路２０_１〜２０_４は、半導体基板１７上で折り返された折り返し部２０ａをそれぞれ有している。

また、ＰＬＣチップ３ＤのＰＬＣ基板６Ｃ上には、半導体導波路１９_１〜１９_４および２０_１〜２０_４にそれぞれ対応して、２本の直線状の光導波路を１組として４組の光導波路１５_１、１６_１〜１５_４、１６_４が形成されている。これら４組の光導波路はそれぞれ、ＰＬＣチップ３Ｄの一方の端面３ｄからその他方の端面３ｅまで延びている。
その他の構成は、図７に示す上記ハイブリッド集積光モジュール１Ｂと同様である。

（ファイバアレイ付きのハイブリッド集積光モジュール）
次に、図１に示すハイブリッド集積光モジュール１にファイバアレイを付加したファイバアレイ付きのハイブリッド集積光モジュール１Ｄの製造方法を、図１１に基づいて説明する。
（工程１）まず、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、半導体チップ２の端面２ａがＳｉベンチ５の端面５ａからＰＬＣ３側へ突き出し量Ｘだけ突き出るように、半導体チップ２をＳｉベンチ５上に接合するダイボンディング（ハンダ実装）を行う。
（工程２）上記（工程１）の前後或いはその工程と並行して、ＰＬＣチップ３を作製する（図１１（ｄ）参照）。

（工程３）次に、ＰＬＣチップ３の一端側上面にガラスリッド４０を固定し、ガラスリッド４０とＰＬＣチップ３の一端側を斜めに切断し、反射光が戻るのを防止するための傾斜端面を形成する（図１１（ｅ）参照）。
（工程４）その傾斜端面を研磨し、その傾斜端面にファイバアレイ４１のフェルール４２の傾斜端面を接合する（図１１（ｅ）参照）。
この接合を行う前には、ＰＬＣチップ３の光導波路（例えば、図１に示す光導波路７）とファイバアレイ４１の光ファイバ４２との調芯を行う。こうして、図１１（ｅ）に示すＰＬＣモジュール４３が作製される。

（工程５）次に、Ｓｉベンチ５およびＰＬＣモジュール４３をそれぞれ別のステージ上に固定し、Ｓｉベンチ５とＰＬＣモジュール４３をＺ方向に相対移動させて、半導体チップ２の端面２ａをＰＬＣチップ３の端面３ａに接触させる（図１１（ｆ）参照）。
この接触位置を基準位置（ゼロ点）とする。
（工程６）次に、Ｓｉベンチ５とＰＬＣモジュール４３をＺ方向に相対移動させ、半導体チップ２を基準位置から戻す方向へ距離Ｄだけ移動させて、ギャップ調整を行う（図１１（ｆ）参照）。

（工程７）次に、半導体チップ２の半導体導波路４（図１参照）とＰＬＣチップ３の光導波路７（図１参照）のアクティブ調芯を行う。
（工程８）次に、半導体チップ２とＰＬＣチップ３との間、およびＳｉベンチ５とＰＬＣ基板６の間にＵＶ硬化接着剤８を充填し、ＵＶ硬化接着剤８にＵＶ光を照射してＵＶ硬化接着剤８を硬化させる（図３（ｇ）参照）。
こうして、半導体チップ２の半導体導波路４とＰＬＣチップ３の光導波路７とが一定の距離Ｄだけ離れて結合され、半導体チップ２とＰＬＣモジュール４３とが一体化したファイバアレイ付きのハイブリッド集積光モジュール１Ｄが作製される。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ：ハイブリッド集積光モジュール
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ：半導体導波路デバイス（半導体チップ）
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ：平面光波回路（ＰＬＣチップ）
４，４Ａ，４Ｂ，１５，１６，１５_１〜１５_４，１６_１〜１６_４：半導体導波路
５，５Ａ：シリコン（Ｓｉ）ベンチ
５Ｂ：シリコン基板
６，６Ａ,６Ｂ,６Ｃ：ＰＬＣ基板
７：光導波路
８：ＵＶ硬化接着剤

Claims (7)

1. 半導体導波路を有し第１の基板上に搭載された第１の導波路デバイスと、第２の導波路デバイスとを一体化したハイブリッド集積光モジュールであって、
   前記第１の導波路デバイスの端面が前記第１の基板の端面から突き出ており、
   前記半導体導波路と前記第２の導波路デバイスの導波路とが、一定の距離だけ離れて光学的に結合されており、
   前記第２の導波路デバイスは、前記導波路としての光導波路が第２の基板上に一体的に形成された平面光波回路であり、
   前記第１の導波路デバイスは、入力側から出力側へ光が通過可能な半導体導波路を有する半導体導波路素子を備え、前記第１の導波路デバイスの両端面が前記第１の基板の両端面からそれぞれ突き出ており、前記第１の導波路デバイスの両端に、それぞれ前記第２の基板上に形成された平面光波回路が光学的に結合されていることを特徴とするハイブリッド集積光モジュール。
2. 半導体導波路を有し第１の基板上に搭載された第１の導波路デバイスと、第２の導波路デバイスとを一体化したハイブリッド集積光モジュールであって、
   前記第１の導波路デバイスの端面が前記第１の基板の端面から突き出ており、
   前記半導体導波路と前記第２の導波路デバイスの導波路とが、一定の距離だけ離れて光学的に結合されており、
   前記第１の導波路デバイスは、前記第１の基板上に搭載された半導体基板と、該半導体基板上に形成され入力側から出力側へ光が通過可能な半導体導波路を有する半導体導波路素子とを備え、
   前記半導体導波路素子の入力側および出力側に、入力側の半導体導波路および出力側の半導体導波路がそれぞれ接続されており、
   前記入力側および出力側の半導体導波路の一方は、前記半導体基板上で折り返された折り返し部を有し、
   前記入力側の半導体導波路の端部および前記出力側の半導体導波路の端部は、前記半導体基板の同じ一端面上に存在し、
   前記半導体基板の前記一端面が前記第１の基板の端面から突き出ていることを特徴とするハイブリッド集積光モジュール。
3. 複数の前記半導体導波路素子がアレイ状に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド集積光モジュール。
4. 前記第１の導波路デバイスと前記第２の導波路デバイス、および前記第１の基板と前記第２の基板が、ＵＶ硬化接着剤でそれぞれ接着されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のハイブリッド集積光モジュール。
5. 前記半導体導波路素子は半導体光増幅器または電界吸収型変調器であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のハイブリッド集積光モジュール。
6. 前記第２の基板の、前記第１の基板と対向する側の端面とは反対側の端面に、前記第２の基板上の前記光導波路と結合した入出力用光ファイバが結合されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のハイブリッド集積光モジュール。
7. 半導体導波路を有し第１の基板上に搭載された第１の導波路デバイスと、第２の導波路デバイスとを一体化したハイブリッド集積光モジュールの製造方法であって、
   前記第１の導波路デバイスの端面が前記第１の基板の端面から前記第２の導波路デバイス側へ突き出るように、前記第１の導波路デバイスを前記第１の基板上に実装する工程と、
   前記第１の導波路デバイスと前記第２の導波路デバイスをＺ方向に相対移動させて、前記第１の導波路デバイスの前記第２の導波路デバイス側へ突き出た端面を前記第２の導波路デバイスの端面に接触させる工程と、
   前記第１および第２の導波路デバイスの各端面を接触させた位置を基準位置とし、該基準位置から前記第１の導波路デバイスと前記第２の導波路デバイスをＺ方向に相対移動させて、前記半導体導波路と前記第２の導波路デバイスの導波路との間の距離の調整を行う工程と、を備えることを特徴とするハイブリッド集積光モジュールの製造方法。

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